基于恒包络ｃｈｉｒｐ信号模型的标量脱靶量快速测量方法技术

本发明专利技术涉及雷达领域，具体涉及一种基于无线电技术的靶标坐标系标量脱靶量快速测量方法。包括如下步骤：（１）根据系统要求，确定信号分段时长、步进拟合时长和总拟合时长；（２）发射单频信号，采样接收目标回波，并作预滤波；（３）按照恒包络ｃｈｉｒｐ信号模型，利用分数阶Ｆｏｕｒｉｅｒ变换来分段估计回波信号的多普勒频率，并步进拟合出足够时长的多普勒频率变化曲线；（４）根据匀速直线运动模型对得到的多普勒频率变化曲线作最小二乘拟合，估计出标量脱靶量参数。本发明专利技术在满足精度要求下缩短了测量耗时，可用于实时测量系统。此外，由于分段时间的延长，改善了积累效果，使得本发明专利技术具备较强的鲁棒性，在低信噪比下仍具有较好性能。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及雷达领域，具体涉及一种基于无线电技术的靶标坐标系标量脱靶量快速测量方法。
技术介绍
脱靶量测量是指对射击武器或制导武器遭遇段运动参数的测量，它是评估武器精度、分析武器系统误差因素必不可少的手段。脱靶量测量包括标量脱靶量测量和矢量脱靶量测量。标量脱靶量测量是指测量遭遇过程中弹与靶的相对最小距离，而矢量脱靶量测量不仅要获得标量脱靶量，而且还要测得弹与靶遭遇过程中的相对运动轨迹和相对速度矢量。从基本体制上来分，脱靶量测量可分为地面坐标系和靶标坐标系测量。前者以地面坐标为基准，同时测量出靶标与被测目标在地面坐标系中的位置与运动参数，而后换算成脱靶量。由于是以地面坐标系为准，测量误差与靶标和被测目标二者相对于地面测量设备的位置有关。当它们之间的距离较大时，一般测量误差较大，为提高精度，将使设备大为复杂化。而后者是将测量设备置于靶标上，因而测量精度只与被测目标和靶标的相对位置有关，而与二者至地面站的距离无关，故一般易于得到较高的测量精度，设备较为简单。从基本原理上来看，脱靶量测量可以借助无线电波、光波、声波等能量形式作为获取信息的媒介。目前，借助无线电波作为信息获取的媒介是脱靶量测量应用最广泛的技术手段。其中基于靶标坐标系的无线电测量方法因其技术难度小，设备简单，且可获得高的测量精度，而成为了国内外重点发展的脱靶量测量技术。基于无线电技术的靶标坐标系标量脱靶量测量方法主要有窄脉冲测量法和多普勒测量法。窄脉冲测量的原理是冲击雷达发射极窄的射频脉冲，然后确定被测目标反射回波所在的距离波门随时间的变化，并根据最近的距离波门直接读出标量脱靶量或根据距离波门时间序列经最小二乘拟合后得出标量脱靶量更准确的结果。这种测量方法的优点在于对被测目标与靶标的相对运动特性无限定，可用于高机动目标的测量。其缺点是在低空或地面、海面工作时，易受杂波等影响，且难以实现大脱靶量测量。多普勒测量方法的基本原理是依据弹靶交会过程中回波信号多普勒频率随时间变化的规律取决于被测目标与靶标的相对运动速度、相对运动加速度、标量脱靶量和脱靶时刻。也就是说，如果能够测出交会过程中被测目标回波的多普勒频率随时间的实际变化曲线，然后基于选定的多普勒频率曲线模型通过最优化方法进行最优拟合，就能估计出被测目标相对于靶标的标量运动速度、脱靶距离等标量脱靶量参数。这种测量方法的优点在于易克服低空或地面、海面工作时杂波等的影响，以及可实现大脱靶量测量。其缺点是需要对弹靶相对运动规律作某种假设(例如匀速直线运动)，不利于高机动目标测量。根据多普勒测量方法的原理，可以知道多普勒频率的测量是其中的关键环节。当前所使用的测频方法都是建立在恒包络恒频的假设前提下，然后采用基于快速Fourier变换(FFT)的谱分析或超分辨的现代谱分析等方法来进行频率测量。前者简写为FFT-MDM，其实时性较好。基于恒包络恒频的做法是对接收信号作分段处理，假定其在每小段内近似为恒频恒包络的谐波信号，对每小段信号作限带降噪后再来估计瞬时频率，得出相应的多普勒频率变化曲线。FFT-MDM能够有效降低计算复杂度，满足脱靶量测量系统的实时性要求。但是，由于利用FFT的常规谱分析算法受到瑞利限的限制，因此希望分段的长度比较长，以提高频域分辨率。而脱靶量测量中由于多普勒频率的快速变化而对回波信号的分段通常较短。这就造成了利用恒包络恒频的假设来估计信号频率在脱靶点附近，尤其是在小脱靶量的情况下，会引起较大的测频误差。目前现代参数化谱估计算法已被应用于脱靶量的测量中，由于其具有超分辨能力，在信号分段长度较小时仍能较准确地估计出多普勒频率。但是由于参数化谱估计往往都要用到矩阵的奇异值分解，计算量较大，因此，使用该算法的脱靶量测量必须通过相当一段时间的后台处理。所以，只有在对实时性没有要求的应用场合才适合采用该算法。在匀速直线运动模型下，被测目标反射回波所产生的多普勒频率为权利要求1.，其特征在于:本专利技术包括以下四个步骤，其中: (1)根据灵敏度、精度、单次测量耗时以及鲁棒性的要求，确定信号分段时长a、步进拟合时长b和总拟合时长T ； (2)发射单频信号，检测并跟踪被测目标的回波，在对回波信号采样后作预滤波处理，以提闻彳目噪比； (3)按照恒包络chirp信号的假设，利用分数阶Fourier变换来分段估计回波信号的多普勒频率，并步进拟合出足够时长的多普勒频率变化曲线； (4)根据匀速直线运动模型对上一步所得到的多普勒频率变化曲线作最小二乘拟合，估计出相应的标量脱祀量参数。专利摘要本专利技术涉及雷达领域，具体涉及一种基于无线电技术的靶标坐标系标量脱靶量快速测量方法。包括如下步骤(1)根据系统要求，确定信号分段时长、步进拟合时长和总拟合时长；(2)发射单频信号，采样接收目标回波，并作预滤波；(3)按照恒包络chirp信号模型，利用分数阶Fourier变换来分段估计回波信号的多普勒频率，并步进拟合出足够时长的多普勒频率变化曲线；(4)根据匀速直线运动模型对得到的多普勒频率变化曲线作最小二乘拟合，估计出标量脱靶量参数。本专利技术在满足精度要求下缩短了测量耗时，可用于实时测量系统。此外，由于分段时间的延长，改善了积累效果，使得本专利技术具备较强的鲁棒性，在低信噪比下仍具有较好性能。文档编号F41J5/00GKCN101957158 B发布类型授权 专利申请号CN 201010281654公开日2013年5月1日 申请日期2010年9月15日专利技术者邓兵, 董云龙, 张韫, 苏峰 申请人:中国人民解放军海军航空工程学院导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan专利引用 (3), 非专利引用 (5),本文档来自技高网...

【技术保护点】
基于恒包络ｃｈｉｒｐ信号模型的标量脱靶量快速测量方法，其特征在于：本专利技术包括以下四个步骤，其中：（１）根据灵敏度、精度、单次测量耗时以及鲁棒性的要求，确定信号分段时长ａ、步进拟合时长ｂ和总拟合时长Ｔ；（２）发射单频信号，检测并跟踪被测目标的回波，在对回波信号采样后作预滤波处理，以提高信噪比；（３）按照恒包络ｃｈｉｒｐ信号的假设，利用分数阶Ｆｏｕｒｉｅｒ变换来分段估计回波信号的多普勒频率，并步进拟合出足够时长的多普勒频率变化曲线；（４）根据匀速直线运动模型对上一步所得到的多普勒频率变化曲线作最小二乘拟合，估计出相应的标量脱靶量参数。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：邓兵，董云龙，张韫，苏峰，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空工程学院，
类型：发明
国别省市：37[中国|山东]