基于多普勒频率的机载测距原理

基于数学定义,通过对多普勒频移变化率方程的近似处理即可实现仅基于多普勒频移测量的机载单站测距。在此基础上,进一步研究了在某一时间段内多普勒变化率的均值表达问题,在机载探测平台匀速直线飞行条件下所进行的分析表明,在某一时间段内多普勒变化率的平均值与此时段两端点处的切向速度之积成正比,并与时段终端位置处的径向距离成反比,且模拟计算证实由此表示才能获得更为准确的测距结果。与现有的方法不同,本文提出的测距方法既不需要直接检测多普勒频移变化率,也不需要和其它定位测量方法配合使用。同时,基于文献研究结果,在探测得到被测目标辐射信号中心频率后,即可实现仅基于频率测量的机载单站测距。本文的研究结果为直接利用多普勒原理准确测距奠定了工程应用基础。     

机载频移测距的严格解及误差特性

利用混合坐标系统,在对多普勒频移方程作恰当的变量变换之后,即可以得到仅需二次频移测量的机载无源测距严格解。与基于多普勒变化率所导出的近似解相比较,严格解适用于任意基线长度,且相对计算误差将随着基线长度的增加而降低。一个引人注意的特性是,如两次探测间距接近目标径向距离时,则就能以较差的频移测量精度实现很高的定位测量精度。     

一种仅基于时差测量的运动单站无源定位方法

在相移与频移之间函数关系的基础上,利用相差与时差定位方程对路程差测量的相等性导出了基于时差测量的多普勒频移表示式,由此即可将从多普勒方程中所导出的基于多普勒频移测量的运动单站无源测距公式转化为仅基于时差测量的运动单站无源测距公式。误差分析表明,和基于频移的测距方法相比,基于时差测量的运动单站无源测距方法呈现出较好的测量精度,只要平台的移动距离大于数千米,即可实现相对测距误差小于5%R的技术要求。     

对瞬时信号波长的相频检测

首先,将短基线相差测向严格解和多普勒频移方程联解,获得基于相差测量的频移表达式;然后,利用中心频率、瞬时测频值和多普勒频移间的关系,将频移表示式化为一个仅包含未知信号波长的一元三次函数方程,从中可导出基于瞬时测频和相差测量的信号波长解析公式。在此基础上,还通过模拟比较,采用合并等值项的方法对解析公式进行了简化。对简化解的误差分析表明,对于分米波信号,且在瞬时测频的测量误差大于数兆赫的情况下,由基于短基线相差测量所得到的波长测量误差可小于 1mm。所提出的新方法可能是至今为止最具有工程应用价值的。     

双站交会角的单站虚拟观测

利用程差的相似递推,并通过和由正弦定理所得到的三角函数式联解,可得到含有未知主站径向距离的双站交会角的单站测算方程。在此基础上,进一步利用短距相差测距法,给出了基于相差测量的双站交会角的单站测算公式。由于仅和主站的参数测量相关,故副站以及双站间的间距实际上可以是虚设的。误差分析表明,由于所得到的交会角测算式与径向距离成反比,所以,基于短基线相差检测所得到的双站交会角可具有较好的测量精度。     

一种新的固定单站多普勒无源定位系统

提出了一种仅基于多普勒频率的、能够实现对移动目标的方位、速度和距离快速测量的固定单站无源定位系统,其包含有。个旋转接收天线阵列和一根固定接收天线,由正交旋转天线阵列能获得二组多普勒频差和系统同步测量所需的周期信号,而由单根固定天线则能获得仅由目标运动所产生的多普勒频移信息。定位系统首先利用二组多普勒频差来估计目标所处的坐标象限,并由前置角和方位角之间的关联求得目标的方位角及其增量;同时,由二组多普勒频差还能得到辐射信号的中心频率,从而有助于利用多普勒频移对目标速度的快速测量与求解;最终应用二天线单元所得到的角度和速度信息即能求得目标的距离。     

一种利用短基线程差测量值递推长基线几何参数的方法

利用单基中点相差测向式可导出了适用于任意基线长度的相差变化率测距式,利用相差变化率的多通道检测方式,可将相差变化率测距式改写成基于程差差分的函数。在此基础上,可导出对应于长短基线的单位长度上程差差分函数的比例关系式,由此就能利用短基线一维双基阵列的程差测量值递推得到基于虚拟长基线的一维双基阵列的几何参量,由此还能实现基于虚拟长基线的定位测量。     

一种新的固定单站多普勒无源定位系统

提出了一种仅基于多普勒频率的、能够实现对移动目标的方位、速度和距离快速测最的固定单站无源定位系统,其包含有一个旋转接收天线阵列和一根固定接收天线,由正交旋转天线阵列能获得二组多普勒频差和系统同步测最所需的周期信号,而由单根固定天线则能获得仅由目标运动所产生的多普勒频移信息.定位系统首先利用二组多普勒频差来估计目标所处的坐标象限,并由前置角和方位角之间的关联求得目标的方位角及其增最;同时,由二组多普勒频差还能得到辐射信号的中心频率,从而有助于利用多普勒频移对目标速度的快速测量与求解;最终应用二天线单元所得到的角度和速度信息即能求得目标的距离.     

机载双基地STAP的OP-DW预处理算法及其性能研究

距离模糊杂波和杂波数据样本距离非均匀对机载双基地雷达杂波STAP性能影响严重,文章提出了一种正交投影-多普勒频移算法以实现模糊杂波抑制和非均匀性补偿.该算法首先基于待检测距离环杂波空间和时间多普勒频率信息构造空间和时间投影矩阵,重构杂波数据,消除模糊杂波,然后利用多普勒频移对杂波样本间距离非均匀性进行补偿.仿真表明:该...     

时变多普勒频移直扩信号的检测方法

针对时变多普勒频移影响直接序列扩频信号相关性,导致常规检测方法失效的问题,分析了时变多普勒频移对相关峰值的影响,仿真了多普勒频移变化率与相关峰值间的关系。利用短时间内多普勒频移变化很小的特点,设计了利用后一时段载波将前一时段信号下变频,从而克服多普勒频移对相关峰值影响的方案,并利用高阶累积量提取信号周期特征完成了信号检测。仿真了新方法在时变多普勒频移情况下不同信噪比时的检测概率。理论分析和仿真表明该方法计算量小、检测概率高、适应范围广。     

一种用于海洋要素反演的机载SAR多普勒中心偏移计算方法

多普勒中心偏移是合成孔径雷达(SAR)反演海面风场、海表流场的重要参数。该文针对机载正侧视提出一种多普勒中心偏移计算方法,分别利用载机运动状态数据和海洋探测回波数据计算多普勒中心频率,再作差求解多普勒中心偏移,并在多普勒谱分析中加入小波分析去除噪声的影响来提高计算精度。以CDOP经验模型计算结果作为比对真值,机载SAR飞行探测试验结果表明,9组探测数据多普勒中心偏移计算误差的绝对值均小于2 Hz,均方根误差为1.4 Hz,满足海洋环境要素反演的精度要求。实验表明高精度的平台运动状态数据和探测回波数据是多普勒中心偏移海洋应用的关键。      

太赫兹视频SAR多普勒中心估计方法

受外界因素影响,机载合成孔径雷达(SAR)的飞行航迹与理想状态相比往往存在偏差,同时平台导航系统精确度有限,故需要从回波数据中精确估计多普勒中心频率,从而进行距离走动校正。多普勒中心估计误差决定了距离走动的校正精确度,从而决定了合成孔径成像方位压缩效果,是影响SAR成像质量的关键。在机载太赫兹成像雷达系统中,对运动补偿精确度的要求达到了亚毫米级,从而对多普勒中心估计误差提出了更高的要求。传统的多普勒中心估计方法在正侧视或小斜视模式下具有良好的效果,但在具有一定斜视角的模式下往往偏差较大。为了在多模式下有效完成太赫兹视频SAR距离走动校正,本文基于实测数据结果,从传统的包络估计方法出发,探究了一种改进包络估计的多普勒中心估计方法。通过比较,本文所提出的改进包络估计方法在对太赫兹视频SAR正侧视模式回波数据的多普勒中心估计上与另外两种传统方法都具有很高精确度,但在本文所提方法扫描模式下对97%的图像都作出了较为精确的估计,精确度与鲁棒性明显高于另外两种传统方法。结果说明了本文所提出的多普勒中心估计方法具有更好的鲁棒性、更高的效率。这一工作有助于高频段SAR多模式下的成像研究。     

纯角度量测序列的参数航迹滤波新方法

红外探测器只能测量运动目标的方位角和俯仰角,难以获取目标的距离信息,所测量的空中目标信息为不完全信息,无法在直角坐标系下有效对三维运动目标进行滤波与跟踪。针对这一问题,提出红外单站跟踪运动目标的参数航迹滤波方法。该方法利用传感器测量到的目标方位角和俯仰角信息,根据假设的目标运动模型,先对目标飞行方向进行估计,然后利用估计出的方向向量和角度量测序列计算出目标的两个航迹参数;最后综合解算得到目标到传感器的方向向量参数航迹计算公式,从而得到方位和仰角估计值。仿真结果表明,该模型对方位和仰角的估计值较稳定,误差较小,效果较优。     

机载平台径向加速度的无模糊相差检测

在由短基线相差测向严格解给出了相移与频移之间的函数关系之后,导出了一个基于相差和辐射频率测量的信号波长解析公式。随后,通过模拟比较,采用合并等值项的方法对解析公式进行了简化。对简化解的误差分析表明,对于分米波信号,且在实测频率的测量误差大于数兆赫的情况下,由基于短基线相差测量的新方法所得到的波长测量误差可小于 1mm。这可能是至今为止最具有工程应用价值的方法。     

一种改进的机载多普勒雷达目标跟踪算法

针对传统的基于多普勒雷达量测转换的目标跟踪算法只适用于静止雷达的问题,将该算法推广至机载多普勒雷达。在每个递推周期里,首先将机载导航数据转换到东北天坐标系中;然后,将距离量测转换成东北天系下的位置伪量测,由此完成对目标的位置滤波;最后,联合目标位置滤波值及多普勒量测对目标进行运动状态滤波,由此得到目标的位置最终估计值。仿真实验结果表明,改进后算法的跟踪精度优于传统的多普勒雷达目标跟踪算法。