专利名称：一种机载esm系统对离心加速度的测量方法
技术领域：
本发明属于无线电测量技术领域，具体涉及机载ESM系统，通过应用小波变换方法、相位参数测量技术和最小二乘准则，并综合利用质点运动学原理以及多普勒频率变化率与离心加速度的数学关系，实现对离心加速度的高精度测量。
背景技术：
对目标辐射源的定位，是预警机和电子战飞机的基本功能，可以使用其机载雷达、 激光等有源设备进行有源定位，也可使用机载电子支援侦察(ESM)系统进行无源定位。ESM 系统是指担负战术情报侦察任务，为战术指挥员和有关的作战系统提供当前战场上敌方辐射源的数量、类型、部署情况、工作参数等信息的装备，其主要性能特点是快速、及时，并能对威胁程度高的特定雷达信号优先进行处理，是预警机和专用电子战飞机的核心设备之一。有源定位系统需发射大功率的信号，这样就很容易暴露自己，被对方发现，从而遭受到对方电子干扰软杀伤和反辐射导弹(ARM)硬杀伤等攻击，使定位精度受到很大影响，甚至威胁到系统平台的安全。因此，对目标进行无源定位已成为机载ESM系统必备的重要功能之一。机载单站无源定位系统作为世界各军事强国重点发展的机载作战支援系统，已成为目前国外新一代战斗机空对地(空)目标侦察告警的重要观测手段，与陆基和舰载系统相比，机载单站无源定位系统具有作用距离远、覆盖范围广、机动性好等优点，并且可以与陆基和舰载的各类信息系统协同使用组成战场信息网络系统，具有极高的军事应用价值。 机载ESM系统对目标辐射源进行无源定位所涉及的主要技术之一是机载单站无源定位方法，是近年来发展最快的无源定位技术。机载单站无源定位技术由于获取的信息量相对较少，定位难度相对较大。现有的 ESM系统一般采用只测向定位(BO)方法，尽管BO定位法具有成本低、设备成熟和容易实现等优点，但因其收敛速度慢、定位误差大等弊端，难以满足日益发展的电子战的战术和技术需求。在目标辐射源和载机具有相对运动时，如果ESM系统不但可以观测到目标辐射源相对于载机的来波到达角，还可以通过电子测量手段得到离心加速度参数，利用质点运动学原理，就有可能得到目标辐射源的相对距离，这样，机载ESM系统也能和普通雷达一样，每次得到目标的相对距离后再进行定位数据处理。该定位方法实质是在BO定位法的基础上增加离心加速度信息，能够降低对载机运动的可观测性限制，并提高定位误差收敛速度和定位精度，其定位的速度、精度和稳定性比BO定位法有明显提高。显然，离心加速度是否可测、测量精度能否满足单站无源定位的精度要求，就成为该定位方法的关键技术问题。机载ESM系统通过接收目标辐射源发射的信号进行无源定位，当目标辐射源与载机存在相对运动时，将引起ESM系统接收信号频谱结构的突变。例如，载机勻速运动时，接收信号中不仅含有相对径向速度引起的多普勒调制项，而且相对切向速度引起的二次相位项也对回波信号产生时变调制，若目标辐射源发射恒定载频信号，目标辐射源相对于载机的离心加速度信息体现在接收信号的调频率上，此时的接收信号属于典型的非平稳信号。已有研究给出了一种利用傅里叶变换进行离心加速度的测量方法，利用傅里叶变换进行相参积累，通过测量相位得到多普勒频率变化率的估计值，再根据多普勒频率变化率和离心加速度的数学关系获得离心加速度信息。该方法采用传统的傅里叶变换，对包含二次相位项的非平稳信号处理效果不佳，难以实现高精度测量。近年来，随着时频分析方法研究的不断深入，以分数傅里叶变换、Wigner-Ville分布和小波变换等为代表的时频分析理论逐渐成熟，为在非线性相位接收信号中提取蕴含的离心加速度信息提供了可能。事实上，如能精确测量出接收信号中包含的离心加速度信息，则就能直接求解出目标辐射源的相对于载机的斜距信息，结合目标辐射源来波的到达角信息，进行定位数据处理。显然，对于机载ESM系统来说，为提高系统对目标辐射源的定位精度，ESM系统自身就必须具有准确测量或估计离心加速度的能力。
发明内容
针对已有技术存在的不足，本发明的目的在于提供一种机载ESM系统对离心加速度的测量方法。满足机载ESM系统对离心加速度测量精度的技术需求，为ESM系统实现单站无源定位提供技术支持。本发明所提供的测量方法有助于执行单站无源定位任务的机载ESM系统提高定位测量的精度。本发明是通过以下技术方案实现的在载机勻速移动的条件下，接收到地面固定目标辐射源发射的相参脉冲串信号， 一方面借助于质点运动学原理和多普勒效应公式，可得到离心加速度与多普勒频率变化率之间的等式关系；另一方面，根据接收信号相位的数学模型，离心加速度信息体现在接收信号相位的二次项上。在此基础上，对接收信号进行小波变换，对变换后的信号进行相参积累，即能得到一个含有未知多普勒频移和离心加速度的数学表达式，在信噪比较高时，将加性噪声等效为相位噪声，并采用基于相位测量的参数估计方法，就很容易地将相位参数估计的非线性问题简化为线性问题来求解，最后根据最小二乘准则得到离心加速度的测量值。测量方法包括如下步骤(1)携带ESM系统的载机沿着直线作勻速运动；(2)将所接收的探测信号送入超外差接收机和测向接收机，测量每一个脉冲的脉冲描述字(PDW)，并将PDW输入信号处理计算机；超外差接收机输出信号进入中频变频组件，中频变频组件将输入的信号变换到中频，输入到中频采集电路，中频采集电路将输入模拟信号转换为中频数字信号输入信号处理计算机。(3)信号处理计算机利用软件和算法，通过自动或人工指令的方式，从存储器中调用最新存储的P个脉冲数据，利用FFT计算出每个脉冲的角频率( /7二1，2，…P )，按照下
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式中，τ p为第ρ个脉冲的脉冲宽度；β = log(2)/(ji · B)2 0. 07/B2，B为小波的带宽代为第P个脉冲的采样点数；TS为采样间隔；Sp(nTs)为第P个脉冲信号正交采样后的值。然后按照下式计算参数A
权利要求
1. 一种机载ESM系统对离心加速度的测量方法，测量方法包括如下步骤(1)携带ESM系统的载机沿着直线作勻速运动；(2)将所接收的探测信号送入超外差接收机和测向接收机，测量每一个脉冲的脉冲描述字(PDW)，并将PDW输入信号处理计算机；超外差接收机输出信号进入中频变频组件，中频变频组件将输入的信号变换到中频，输入到中频采集电路，中频采集电路将输入模拟信号转换为中频数字信号输入信号处理计算机。(3)信号处理计算机利用软件和算法，通过自动或人工指令的方式，从存储器中调用最新存储的P个脉冲数据，利用FFT计算出每个脉冲的角频率化(P = IU )，按照下式计算出每一个脉冲的小波变换系数 ΑηΙ~Τρ/2) -M^-rA 产U,·. ⑴ ωο K71PJ "=O1Pωο式中，τ ρ为第ρ个脉冲的脉冲宽度；β =l0g⑵/(π 8)2 0.07邝2，8为小波的带宽代为第P个脉冲的采样点数；TS为采样间隔；Sp(nTs)为第ρ个脉冲信号正交采样后的值。然后按照下式计算参数％
2.根据权利要求1所述的一种机载ESM系统对离心加速度的测量方法，其特征在于 在计算出每个脉冲的小波变换系数后，仅通过简单的相位测量即能精确估计得到离心加速度{曰息。
全文摘要
本发明公开了一种机载ESM系统对离心加速度的测量方法，测量方法包括以下步骤(1)携带ESM系统的载机沿着直线作匀速运动；(2)将所接收的探测信号送入超外差接收机和测向接收机，测量每一个脉冲的脉冲描述字，并将脉冲描述字输入信号处理计算机；超外差接收机输出信号进入中频变频组件，中频变频组件将输入的信号变换到中频，输入到中频采集电路，中频采集电路将输入模拟信号转换为中频数字信号输入信号处理计算机；(3)信号处理计算机利用软件和算法，通过自动或人工指令的方式，计算出每个脉冲的角频率和小波变换系数；(4)对小波变换后的信号进行相参积累，并采用基于相位测量的参数估计方法，根据最小二乘准则和相位测量值测量得到离心加速度信息。本发明所提供的测量方法有助于执行单站无源定位任务的机载ESM系统提高定位测量的精度。
文档编号G01S1/04GK102466790SQ20101054368
公开日2012年5月23日 申请日期2010年11月9日 优先权日2010年11月9日
发明者何明浩, 徐廷新, 郁春来, 陈昌孝, 韩俊 申请人:何明浩, 徐廷新, 郁春来