对目标飞行物测距方法及系统技术方案

本发明专利技术涉及高空飞行物测距领域，提供一种对目标飞行物测距方法及系统，所述方法包括：步骤S1：地面设备将测距询问脉冲加载到第一微波上，并向目标飞行物发送第一微波；步骤S2：目标飞行物上的发射系统每隔预定时间发送第二微波，在未发送第二微波期间接收第一微波；发射系统接收到第一微波后，检测到测距询问脉冲，根据测距询问脉冲生成帧数据并组装成数据组帧，将数组组帧加载到第二微波上，将第二微波传回地面设备；步骤S3：地面设备接收并处理第二微波，提取数据组帧并获取帧数据，通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离；第一微波和第二微波的频率相等。本发明专利技术通过数字信号处理技术能够精确计算出目标飞行物的距离。

【技术实现步骤摘要】
对目标飞行物测距方法及系统
本专利技术涉及高空飞行物测距领域，尤其涉及一种对目标飞行物测距方法及系统。
技术介绍
目前高空探空火箭系统或卫星系统等的测距原理为：探空火箭系统或卫星系统间隔一定时间地向地面设备发送探空数据，在两次发送探空数据的间隔时间内，会通过调幅调制在副载波上，向地面设备连续发送800kHz的正弦波。需要测量距离时，地面设备会向探空火箭系统或卫星系统发射询问脉冲，探空火箭系统或卫星系统接收到询问脉冲后被激发，在发送的正弦波上产生“缺口”。地面设备接收并检测到该“缺口”，根据发射和接收到“缺口”的时间来测出探空火箭系统或卫星系统与地面的距离。由于探空火箭系统或卫星系统的信号易受到环境的影响，在不同环境下测量信号会有较大变化，而且对于测距的“缺口”，在探空火箭系统或卫星系统信号质量较差的情况下，产生的“缺口”较浅，人为识别较为困难，从而造成测距的误差超过几十米，甚至能够到达375米。因此，需要研究一种能够高精度测量高空目标飞行物与地面设备的距离的方法和系统。
技术实现思路
本专利技术的技术目的就在于解决上述现有技术的缺陷，提供一种对目标飞行物测距方法及系统，使得测量高空目标飞行物的距离的精度得到提升。作为本专利技术的第一个方面，本专利技术提供一种对目标飞行物测距方法，包括如下步骤：步骤S1：地面设备将测距询问脉冲加载到第一微波上，并向目标飞行物发射第一微波；步骤S2：目标飞行物上的发射系统每隔预定时间发送第二微波，在未发送第二微波期间接收第一微波；发射系统接收到第一微波后，检测到测距询问脉冲，根据测距询问脉冲生成帧数据并组装成数据组帧，将该数组组帧加载到第二微波上，将第二微波传回地面设备；步骤S3：地面设备接收并处理第二微波，提取数据组帧并获取帧数据，通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离；所述第一微波和第二微波的频率相等。所述微波是指频率为300MHz-300GHz的电磁波。由于地面设备发出测距询问脉冲的信号和接收到数据组帧的信号加载在频率相等的微波上，收发同频，可以直接精确地计算出对应的时间和距离；其次微波的频率很高，在传输的过程中抗干扰能力强。根据本专利技术的一示例实施方式，所述第一微波和第二微波的频率均为1-3GHz。根据本专利技术的一示例实施方式，步骤S2中，所述将该数据组帧加载到第二微波上的方法包括：将数据组帧进行PSK调相后，在进行射频信号的调制。根据本专利技术的一示例实施方式，在进行射频信号的调制之前，对信号进行空缺处理。根据本专利技术的一示例实施方式，步骤S2中，所述根据测距询问脉冲生成帧数据的方法包括：检测到测距询问脉冲，判断是否有效，如果有效，记录测距询问脉冲前沿的相位累加器相位，发射端系统时钟开始计数；开始组装数据组帧时，发射端系统时钟停止计数；所述帧数据包括发射端系统时钟计数值和测距零头修正值；所述测距零头修正值为测距询问脉冲前沿的相位累加器相位。所述发射端系统时钟计数值为发射端系统时钟计数的次数。根据本专利技术的一示例实施方式，所述根据测距询问脉冲生成帧数据的方法还包括：如果检测到的测距询问脉冲有效，则询问脉冲计数值加一；所述帧数据还包括询问脉冲计数值。根据本专利技术的一示例实施方式，所述通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离之前，先通过询问脉冲计数值判断目标飞行物是否检测到有效的测距询问脉冲，如果询问脉冲计数值与上一次接收到的询问脉冲计数值相同，则目标飞行物未检测到有效的测距询问脉冲，本次测量结果无效；如果询问脉冲计数值比上一次接收到的询问脉冲计数值增加一，则目标飞行物检测到有效的测距询问脉冲，本次测量结果有效。根据本专利技术的一示例实施方式，所述通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离的方法包括：通过帧数据计算出测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和，再根据该时间之和计算出地面设备与目标飞行物的距离。根据本专利技术的一示例实施方式，所述测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和采用公式(1)计算：T＝T2-T1(1)其中，T2为地面设备发送测距询问脉冲到检测到数据组帧帧头的时间，单位为秒；T1为目标飞行物上的发射系统从检测到测距询问脉冲到开始组装数据组帧的时间，单位为秒；T为测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和，单位为秒。根据本专利技术的一示例实施方式，所述根据该时间之和计算出地面设备与目标飞行物的距离采用公式(2)计算：R＝T·C/2(2)其中，R为地面设备与目标飞行物的距离，单位为米；T为测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和，单位为秒；C为光速，单位为米/秒。根据本专利技术的一示例实施方式，步骤S1中，所述地面设备发射第一微波时，地面系统时钟开始计数；步骤S3中，地面设备处理第二微波时，还对数据组帧帧头进行检测，检测到数据组帧帧头时，地面系统时钟停止计数，并记录接收位同步相位零头，所述接收位同步相位零头为地面设备接收到数据组帧的帧头时相位累加器的相位。根据本专利技术的一示例实施方式，所述T2的计算方法采用公式(3)：T2＝Discount2/sysclk2+Bitphase/216/Rc(3)其中，T2为地面设备发送测距询问脉冲到检测到数据组帧帧头的时间，单位为秒；Discount2为从地面系统时钟计数值；sysclk2为地面系统时钟频率，单位为Hz；Bitphase/216为归一化接收位同步相位零头；Rc为信息速率，单位为bps。根据本专利技术的一示例实施方式，所述T1的计算方法采用公式(4)：T1＝Discount1/sysclk1+Phase/216/Rc(4)其中，T1为目标飞行物上的发射系统从检测到测距询问脉冲到开始组装数据组帧的时间，单位为秒；Discount1为发射端系统时钟的计数；sysclk1为发射端系统时钟频率，单位为Hz；Phase/216为归一化测距零头修正值；Rc为信息速率，单位为bps。作为本专利技术的第二个方面，本专利技术提供一种对目标飞行物测距系统，包括：地面设备，用于向目标飞行物发射带有测距询问脉冲的第一微波，接收并处理目标飞行物上的发射系统发送的第二微波，提取数据组帧中的帧数据，通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离；发射系统，设置在目标飞行物上，用于接收第一微波，检测测距询问脉冲，根据测距询问脉冲生成帧数据并组装成数据组帧，将该数据组帧加载到第二微波上，并向地面设备发射第二微波；所述第一微波和第二微波的频率相等。根据本专利技术的一示例实施方式，所述地面设备包括：脉冲产生加载模块，用于产生测距询问脉冲并加载到第一微波上；发射和接收模块，用于发射第一微波并接收第二微波；...

【技术保护点】
1.一种对目标飞行物测距方法，其特征在于，包括如下步骤：/n步骤S1：地面设备将测距询问脉冲加载到第一微波上，并向目标飞行物发射第一微波；/n步骤S2：目标飞行物上的发射系统每隔预定时间发送第二微波，在未发送第二微波期间接收第一微波；发射系统收到第一微波后，检测到测距询问脉冲，根据测距询问脉冲生成帧数据并组装成数据组帧，将该数据组帧加载到第二微波上，将第二微波传回地面设备；/n步骤S3：地面设备接收并处理第二微波，提取数据组帧并获取帧数据，通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离；所述第一微波和第二微波的频率相等。/n

【技术特征摘要】
1.一种对目标飞行物测距方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤S1：地面设备将测距询问脉冲加载到第一微波上，并向目标飞行物发射第一微波；
步骤S2：目标飞行物上的发射系统每隔预定时间发送第二微波，在未发送第二微波期间接收第一微波；发射系统收到第一微波后，检测到测距询问脉冲，根据测距询问脉冲生成帧数据并组装成数据组帧，将该数据组帧加载到第二微波上，将第二微波传回地面设备；
步骤S3：地面设备接收并处理第二微波，提取数据组帧并获取帧数据，通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离；所述第一微波和第二微波的频率相等。


2.根据权利要求1所述的对目标飞行物测距方法，其特征在于，所述第一微波和第二微波的频率均为1-3GHz。


3.根据权利要求1所述的对目标飞行物测距方法，其特征在于，步骤S2中，所述将该数据组帧加载到第二微波上的方法包括：
将数据组帧进行PSK调相后，再进行射频信号的调制。


4.根据权利要求1所述的对目标飞行物测距方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述根据测距询问脉冲生成帧数据的方法包括：
检测到测距询问脉冲，判断是否有效，如果有效，记录测距询问脉冲前沿的相位累加器相位，发射端系统时钟开始计数；开始组装数据组帧时，发射端系统时钟停止计数；
所述帧数据包括发射端系统时钟的计数值和测距零头修正值；所述测距零头修正值为测距询问脉冲前沿的相位累加器相位。


5.根据权利要求4所述的对目标飞行物的测距方法，其特征在于，所述步骤S2中，所述根据测距询问脉冲生成帧数据的方法还包括：
如果检测到的测距询问脉冲有效，则询问脉冲计数值加一；所述帧数据还包括询问脉冲计数值；
所述步骤S3中，所述通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离之前，先通过询问脉冲计数值判断目标飞行物是否检测到有效的测距询问脉冲，如果询问脉冲计数值与上一次接收到的询问脉冲计数值相同，则目标飞行物未检测到有效的测距询问脉冲，本次测量结果无效；如果询问脉冲计数值比上一次接收到的询问脉冲计数值增加一，则目标飞行物检测到有效的测距询问脉冲，本次测量结果有效。


6.根据权利要求4所述的对目标飞行物测距方法，其特征在于，步骤S3中，所述通过帧数据计算出地面设备与目标飞行物的距离的方法包括：
通过帧数据计算出测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和，再根据该时间之和计算出地面设备与目标飞行物的距离；
所述测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和采用公式(1)计算：
T＝T2-T1(1)
其中，T2为地面设备发送测距询问脉冲到检测到数据组帧帧头的时间，单位为秒；
T1为目标飞行物上的发射系统从检测到测距询问脉冲到开始组装数据组帧的时间，单位为秒；
T为测距询问脉冲发射到目标飞行物的时间和数据组帧发射到目标设备的时间之和，单位为秒；
所述根据该时间之和计算出地面设备与目标飞行物的距离采用公式(2)计...

【专利技术属性】
技术研发人员：董玮，李彦玮，郭涛涛，其他发明人请求不公开姓名，
申请(专利权)人：北京航天驭星科技有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11