矢量脱靶量参数的测量方法、装置、电子设备和存储介质

1.本发明涉及微波测量技术领域，尤其涉及一种矢量脱靶量参数的测量方法、装置、电子设备和存储介质。


背景技术：

2.高精度攻击性武器的性能一般在弹靶的遭遇段得到较为集中的体现，脱靶量测量利用遭遇段参数数据来分析武器系统的误差因素，对于鉴定和评估攻击性武器的性能起着关键的作用，是靶场测量任务的核心内容之一。随着攻击性武器的打击精度的提升，对靶场的脱靶量测量设备的测量精度提出更高的要求。
3.基于电磁波的多普勒雷达脱靶量测量技术不受光线和天气影响等优势在国内外得到了深入的研究和广泛的应用。多普勒雷达脱靶量测量技术利用多普勒效应测量得到弹靶径向速度的时间函数及接收天线间的相位差时间函数，经与理论函数的比价解算得到相应的矢量脱靶量参数。矢量脱靶量测量精度取决于多普勒频率和相位差的估计精度，传统的基于fft的数字谱分析和现代高分辨的谱分析方法先后应用于脱靶量测量中的多普勒频率估计，使得多普勒频率和相位差的估计精度得到了一定的提升。
4.在弹靶交会过程中，目标与雷达的相对速度较大，雷达相对于目标的视线角在1至2秒甚至更短时间内变化可达90度，角速度与角加速度极大，目标的径向速度分量变化很快，雷达回波信号本身呈现严重非平稳的特性。在基于多普勒频率和相位差的矢量脱靶量测量技术中，对雷达回波信号进行数据分帧，并对组成的数据帧进行短时平稳假设，将分段的雷达回波数据近似为恒幅恒频的正弦波，从而得到多普勒频率和相位差观测量的估计。其处理中的分帧短时平稳假设本身与实际回波信号模型存在偏差，分帧时间太短，使得每段数据点数太少，参数估计的随机性误差增大；分帧时间太长，使得短时平稳假设引起的参数估计的系统性误差增大。
5.而目前还没有一种矢量脱靶量参数测量方案在实现高精度测量的同时还能提高抗噪性能，因此，如何能实现高精度和抗噪性能好的矢量脱靶量参数测量，仍然是本领域技术人员亟待解决的问题。


技术实现要素：

6.本发明提供一种矢量脱靶量参数的测量方法、装置、电子设备和存储介质，用以解决目前尚无一种矢量脱靶量参数测量方案在实现高精度测量的同时还能提高抗噪性能的问题，通过对持续实时接收的多路回波信号进行模拟转数字等预处理得到有效回波数字信号，由于假设的加性高斯白噪声最满足现实情况，因此，基于加性高斯白噪声构建的最大似然函数可以更精确地对矢量脱靶量参数进行估计，比现有技术中的分帧恒幅恒频假设处理带来的模型误差小，可以更好地提升矢量脱靶量参数估计精度和抗噪性能。
7.本发明提供一种矢量脱靶量参数的测量方法，该方法包括：
8.对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数
据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数；
9.对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；
10.基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
11.根据本发明提供的一种矢量脱靶量参数的测量方法，所述对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，具体包括：
12.对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波依次进行a/d转换采样、正交下变频和基于累计时间间隔cpi组帧处理，得到所述每一路模拟雷达回波在各个距离波门的数字组帧；
13.对所述每一路模拟雷达回波的数字组帧，分别对不同的距离波门以快速傅里叶变换的目标检测算法确定对应的回波信噪比，确定波门信噪比最大的回波数据为有效回波数据。
14.根据本发明提供的一种矢量脱靶量参数的测量方法，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过所述被测目标反射得到，具体包括：
15.所述每一路模拟雷达回波均基于发射天线发射出的脉冲调制信号和所述被测目标的运动参数确定，所述运动参数包括实时位置和实时速度。
16.根据本发明提供的一种矢量脱靶量参数的测量方法，所述每一路模拟雷达回波均基于发射天线发射出的脉冲调制信号和所述被测目标的运动参数确定，所述运动参数包括实时位置和实时速度，具体包括：
17.通过如下公式确定第m个接收天线在时刻t接收的雷达回波r
m
(t)：
[0018][0019][0020]
q
t
＝[x(t),y(t),z(t)]
t
,x(t)＝x0+(l0‑
v0t)cosαcosβ,
[0021]
y(t)＝y0+(l0‑
v0t)sinαcosβ,z(t)＝z0+(l0‑
v0t)sinβ,
[0022]
其中，α
m
为第m路模拟雷达回波的幅度，τ
m
(t)为所述发射天线发射所述脉冲调制信号经过所述被测目标后到达第m个接收天线所经历的时延，所述发射天线发射出的脉冲调制信号为s(t)，f
c
为s(t)的载波频率，u(t)为矩形波，rect(t)为标准单位矩形函数，t
p
为脉冲宽度，||
·
||2为欧几里得范数，c为电磁波的传播速度，n
m
(t)为零均值且方差为的加性高斯白噪声，p0为所述发射天线的三维坐标，p
m
为第m个接收天线的三维坐标，q
t
为所述被测目标时刻t的三维坐标，q0为脱靶点，且q0＝[x0,y0,z0]
t
，α和β分别为所述被测目标的弹道偏角和弹道倾角，v0为所述被测目标的匀速速度标量，l0为所述被测目标初始时刻距离脱靶点的距离，r0为所述被测目标在所述脱靶点时与所述发射天线的距离，所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数ξ为[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
；
[0023]
在确定上述回波信号r
m
(t)后，对回波信号进行离散化处理，得到回波模型如下：
[0024]
[0025]
其中，n为正整数，t为所述发射天线发射脉冲的重复间隔时间；
[0026]
对r
m
(t
n
)进行矩阵化表示，具体如下：
[0027]
r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
，m＝1,2,...,m,
[0028]
r
m
＝[r
m
(0),r
m
(1),...,r
m
(n
‑
1)]
t
，n
m
＝[n
m
(0),n
m
(1),...,n
m
(n
‑
1)]
t
，
[0029][0030]
其中，(
·
)
t
表示转置运算符，1
n
表示n
×
1维的全1向量，
⊙
表示hadamard积运算符，u
m
为相位矩阵，β
m
为包含基带幅度的幅度。
[0031]
根据本发明提供的一种矢量脱靶量参数的测量方法，所述对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0032]
基于所述每一路模拟雷达回波的信号模型，得到所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式；
[0033]
基于所述关系式确定所述m路数字有效回波的似然函数；
[0034]
确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数。
[0035]
根据本发明提供的一种矢量脱靶量参数的测量方法，所述基于所述每一路模拟雷达回波的信号模型，得到所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式，具体包括：
[0036]
通过如下公式表示所述m路数字有效回波的似然函数f(r)：
[0037][0038]
其中，所述数字加性高斯白噪声n
m
～cn(0,γ
m
)，
[0039]
对应地，所述确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0040]
基于所述似然函数f(r)的表达式确定f(r)值最大时的优化模型如下：
[0041][0042][0043]
其中，为的实数部分；
[0044]
求解所述优化模型，确定所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
。
[0045]
根据本发明提供的一种矢量脱靶量参数的测量方法，所述确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位
参数，具体包括：
[0046]
确定目标脱靶量待搜索参数ξ的上边界和下边界，基于所述上边界、所述下边界和预设初始值ξ
ini
随机确定若干矢量定位参数空间的网格点ξ1,ξ2,...,ξ
g
,...,ξ
g
，g＝1,2,...,g，g为网格点总数；
[0047]
任一网格点ξ
g
根据所述回波信号模型构造得到θ
m
，代入到预设似然估计器的表达中，进行参数优化，得到c(ξ
g
)；
[0048]
选取数值最大的c(ξ
g
)，确定其对应的ξ
g
为最终的矢量定位参数的估计值。
[0049]
本发明还提供一种矢量脱靶量参数的测量装置，包括：
[0050]
预处理单元，用于对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射发出，m为大于3的正整数；
[0051]
似然估计器单元，用于对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；
[0052]
坐标换算单元，用于基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
[0053]
本发明还提供一种电子设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任一种所述的矢量脱靶量参数的测量方法的步骤。
[0054]
本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任一种所述的矢量脱靶量参数的测量方法的步骤。
[0055]
本发明提供的矢量脱靶量参数的测量方法、装置、电子设备和存储介质，通过对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数；对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。由于持续实时接收的多路回波信号进行模拟转数字和下采样等预处理得到有效回波数字信号，每一路模拟雷达回波均由发射天线发射的脉冲调制信号和被测目标的运动参数来表示，然后使用最大似然估计器处理m路数字有效回波数据，由于最大似然估计器进行建模优化时假设的是加性高斯白噪声情境，而加性高斯白噪声最满足现实情况，因此，基于加性高斯白噪声构建的最大似然函数可以更精确的对矢量脱靶量参数进行估计，比现有技术中的分帧恒幅恒频假设处理带来的模型误差小，可以更好的提高矢量脱靶量参数估计精度和抗噪性能。因此，本发明实施例提供的方法、装置、电子设备和存储介质，能实现高精度和抗噪性能好的矢量脱靶量参数测量。
附图说明
[0056]
为了更清楚地说明本发明或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0057]
图1为本发明提供的矢量脱靶量参数的测量方法的流程示意图；
[0058]
图2为本发明提供的天线布局示意图；
[0059]
图3为本发明提供的矢量脱靶量参数r0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0060]
图4为本发明提供的矢量脱靶量参数v0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0061]
图5为本发明提供的矢量脱靶量参数l0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0062]
图6为本发明提供的矢量脱靶量参数α估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0063]
图7为本发明提供的矢量脱靶量参数β估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0064]
图8为本发明提供的矢量脱靶量参数x0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0065]
图9为本发明提供的矢量脱靶量参数y0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0066]
图10为本发明提供的矢量脱靶量参数z0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图；
[0067]
图11为本发明提供的矢量脱靶量参数的测量装置的结构示意图；
[0068]
图12为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
[0069]
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明中的附图，对本发明中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0070]
目前尚无一种矢量脱靶量参数测量方案在实现高精度测量的同时还能提高抗噪性能。下面结合图1
‑
图10描述本发明的一种矢量脱靶量参数的测量方法。图1为本发明提供的矢量脱靶量参数的测量方法的流程示意图，如图1所示，该方法包括：
[0071]
步骤110：对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数。
[0072]
具体地，本发明提供的矢量脱靶量参数的测量方法应用基于在靶标周围环境中布设一个发射天线和多个接收天线形成的天线阵列测量系统中完成。
[0073]
假设基于主动雷达的无线电矢量脱靶量测量系统包含一个发射天线和m个接收天线组成的接收阵列对弹靶交会段的弹靶相对运动轨迹进行测量，图2为本发明提供的天线布局示意图，天线布局如图2所示，图2中的空心圆表示系统中唯一的发射天线，围绕在空心圆旁边的m个实心圆表示对应的m个接收天线，m个接收天线形成天线阵列，其中，发射天线的三维坐标为p0＝[0,0,0]
t
，第m个接收天线p
m
的三维坐标为p
m
＝[x
m
,y
m
,z
m
]
t
(m＝1,2,
…
,
m)。因此，本系统是基于一个发射天线发射脉冲调制信号，该调制信号遇上逐渐逼近靶的子弹后形成的反射回波被各个接收天线接收，弹靶交会段弹靶相对运动建模为速度为v0的匀速直线运动，于是，在运动过程中的子弹坐标可以通过如下公式表示：
[0074]
x(t)＝x0+(l0‑
v0t)cosαcosβ
[0075]
y(t)＝y0+(l0‑
v0t)sinαcosβ
[0076]
z(t)＝z0+(l0‑
v0t)sinβ
[0077]
其中，如图1所示，与靶交会过程中的被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数被定义为脱靶点q0＝[x0,y0,z0]
t
，α和β分别为弹道偏角和弹道倾角，r0为所述被测目标在所述脱靶点时与所述发射天线的距离，l0为所述被测目标初始时刻距离脱靶点的距离。
[0078]
在预设被测目标在靶标附近的运行为匀速直线的情况下，只需要确定在靶标附近运动轨迹上一个点的位置和速度，即可得到被测目标的矢量脱靶量参数。
[0079]
由于所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过被测目标反射而来，因此，每个接收天线接收的回波信号可以由发射天线发射的脉冲调制信号和被测目标的运动参数来表征。
[0080]
本系统中的发射天线发射如下公式表示的脉冲调制信号：
[0081][0082]
其中，f
c
为载波频率，u(t)为通过如下公式定义的矩形波：
[0083][0084]
其中，rect(t)为标准单位矩形函数，t
p
为脉冲宽度；
[0085]
假设系统中的时间和频率都同步，那么在窄带估计下的第m个接收天线接收的从与靶交会过程中的被测目标上反射的回波可以通过如下公式表示：
[0086][0087]
其中，n
m
(t)为零均值且方差为σ
m2
的加性高斯白噪声，α
m
为幅度，τ
m
(t)为电磁波从发射天线经过与靶交会过程中的被测目标的反射到第m个接收天线之间的传输时长，通过如下公式表示:
[0088][0089]
其中，p0为所述发射天线的三维坐标，p
m
为第m个接收天线的三维坐标，q
t
为所述与靶交会过程中的被测目标时刻t的三维坐标，||
·
||2为欧几里得范数，c为电磁波的传播速度。
[0090]
基于上述接收到的模拟雷达回波得理论模型，可以进一步得到有效数字雷达回波的表达方式，对于在离散时间中不同距离单元采集的回波数据，可以通过下式表示：
[0091][0092]
其中，t为发射天线发射脉冲调制信号时的脉冲间隔时间，β
m
为回波信号的幅度，让上式可以通过如下更为紧凑的
形式表示：
[0093]
r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
ꢀꢀꢀ
公式1
[0094]
其中，r
m
＝[r
m
(0),r
m
(1),...,r
m
(n
‑
1)]
t
,
[0095][0096]
n
m
＝[n
m
(0),n
m
(1),...,n
m
(n
‑
1)]
t
[0097]
其中，(
·
)
t
表示转置运算符，u
m
为相位矩阵，1
n
表示n
×
1维的全1向量，
⊙
表示hadamard积运算符。
[0098]
从上述式子可以总结出：对于矢量脱靶量参数的测量问题可以归结为如下简单的问题模型：基于采集到的n组m个接收天线接收回波信号的样本，确定被测目标的弹道，也就是确定如下矢量脱靶量参数[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
。
[0099]
步骤120，对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数。
[0100]
具体地，基于步骤110构建的问题模型，以及实际采集的各个接收天线的实际数据，可以在问题模型中代入实际采集数据使用最大似然估计器处理，输出问题模型需要求解的矢量脱靶量参数[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
，即被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数。
[0101]
步骤130，基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
[0102]
具体地，由于已知发射天线的位置，基于靶相对于发射天线的相对位置和被测目标的实际位置，可以推算出被测目标相对于靶的位置，即脱靶量参数。
[0103]
本发明提供的矢量脱靶量参数的测量方法，通过对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数；对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。由于持续实时接收的多路回波信号进行模拟转数字和下采样等预处理得到有效回波数字信号，每一路模拟雷达回波均由发射天线发射的脉冲调制信号和被测目标的运动参数来表示，然后使用最大似然估计器处理m路数字有效回波数据，由于最大似然估计器进行建模优化时假设的是加性高斯白噪声情境，而加性高斯白噪声最满足现实情况，因此，基于加性高斯白噪声构建的最大似然函数可以更精确地对矢量脱靶量参数进行估计，比现有技术中的分帧恒幅恒频假设处理带来的模型误差小，可以更好的平衡矢量脱靶量参数估计精度、抗噪性能和计算复杂度。因此，本发明实施例提供的方法，能实现高精度和抗噪性能好的矢量脱靶量参数测量。
[0104]
基于上述实施例，该方法中，所述对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，具体包括：
[0105]
对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波依次进行a/d转换采样、正交下变频和基于累计时间间隔cpi组帧处理，得到所述每一路模拟雷达回波在各个距离波门的数字组
帧；
[0106]
对所述每一路模拟雷达回波的数字组帧，分别对不同的距离波门以快速傅里叶变换的目标检测算法确定对应的回波信噪比，通过波门信噪比选大确定有效回波数据。
[0107]
具体地，每个接收天线下都会连接一个模拟信号预处理装置，用于将接收的每路模拟雷达回波进行处理得到对应的数字有效回波数据，而预处理装置的处理依次包括如下操作：将经a/d采样、正交下变频后的雷达回波按照给定的录取时刻按波门(波门号l＝0,1,
…
,l
‑
1)进行存储，并按一定的积累时间间隔cpi进行数据组帧，对第i个数据帧(i＝0,1,
…
,i
‑
1)逐波门进行快速傅里叶变换进行目标检测得到第i帧对应的各个波门的回波信噪比snr
il
，对snr
il
(l＝0,1,
…
,l
‑
1)进行排序，选取第l帧最大信噪比的波门的回波数据作为第l数据帧的有效回波数据，最后得到m路接收天线接收到的所有的有效回波数据
[0108]
基于上述实施例，该方法中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过所述被测目标反射发出，具体包括：
[0109]
所述每一路模拟雷达回波均基于发射天线发射出的脉冲调制信号和所述被测目标的运动参数确定，所述运动参数包括实时位置和实时速度。
[0110]
具体地，此限定用于进一步将回波的数学模型构建方式具体化，本系统中的发射天线发射如下公式表示的脉冲调制信号：
[0111][0112]
其中，f
c
为载波频率，u(t)为通过如下公式定义的矩形波：
[0113][0114]
其中，rect(t)为标准单位矩形函数，t
p
为脉冲宽度；
[0115]
假设系统中的时间和频率都同步，那么在窄带估计下的第m个接收天线接收的从所述被测目标上反射的回波可以通过如下公式表示：
[0116][0117]
其中，n
m
(t)为零均值且方差为σ
m2
的加性高斯白噪声，α
m
为回波信号幅度，τ
m
(t)为电磁波从发射天线经过所述被测目标的反射到第m个接收天线之间的传输时长，通过如下公式表示:
[0118][0119]
其中，p0为所述发射天线的三维坐标，p
m
为第m个接收天线的三维坐标，q
t
为所述被测目标时刻t的三维坐标，||
·
||2为欧几里得范数，c为电磁波的传播速度。
[0120]
基于上述实施例，该方法中，所述每一路模拟雷达回波均基于发射天线发射出的脉冲调制信号和所述被测目标的运动参数确定，所述运动参数包括实时位置和实时速度，具体包括：
[0121]
通过如下公式确定第m个接收天线在时刻t接收的雷达回波r
m
(t)：
[0122]
[0123][0124]
q
t
＝[x(t),y(t),z(t)]
t
,x(t)＝x0+(l0‑
v0t)cosαcosβ,
[0125]
y(t)＝y0+(l0‑
v0t)sinαcosβ,z(t)＝z0+(l0‑
v0t)sinβ,
[0126]
其中，α
m
为第m路模拟雷达回波的幅度，τ
m
(t)为所述发射天线发射所述脉冲调制信号经过所述被测目标后到达第m个接收天线所经历的时延，所述发射天线发射出的脉冲调制信号为s(t)，f
c
为s(t)的载波频率，u(t)为矩形波，rect(t)为标准单位矩形函数，t
p
为脉冲宽度，||
·
||2为欧几里得范数，c为电磁波的传播速度，n
m
(t)为零均值且方差为的加性高斯白噪声，p0为所述发射天线的三维坐标，p
m
为第m个接收天线的三维坐标，q
t
为所述被测目标时刻t的三维坐标，q0为脱靶点，且q0＝[x0,y0,z0]
t
，α和β分别为所述被测目标的弹道偏角和弹道倾角，v0为所述被测目标的匀速速度标量，l0为所述被测目标初始时刻距离脱靶点的距离，r0为所述被测目标在所述脱靶点时与所述发射天线的距离，所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数ξ为[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
；
[0127]
在确定上述回波信号r
m
(t)后，对回波信号进行离散化处理，得到回波模型如下：
[0128][0129]
其中，n为正整数，t为所述发射天线发射脉冲的重复间隔时间；
[0130]
对r
m
(t
n
)进行矩阵化表示，具体如下：
[0131]
r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
，m＝1,2,...,m,
[0132]
r
m
＝[r
m
(0),r
m
(1),...,r
m
(n
‑
1)]
t
，n
m
＝[n
m
(0),n
m
(1),...,n
m
(n
‑
1)]
t
，
[0133][0134]
其中，(
·
)
t
表示转置运算符，1
n
表示n
×
1维的全1向量，
⊙
表示hadamard积运算符，u
m
为相位矩阵，β
m
为包含基带幅度的幅度。
[0135]
具体地，上述构建的信号模型是前文已经描述过回波的数学模型构建方式，描述完模拟回波信号后，这里接着给出离散化后的过程，然后在这里写为矩阵表达的形式，即完整的描述完回波信号模型。示例如下：
[0136]
在得到上述回波信号后，对回波信号进行离散化处理，得到回波模型如下
[0137][0138]
其中，n为正整数，t为所述发射天线发射脉冲的重复间隔时间；
[0139]
进一步的，写成矩阵的表达，即
[0140]
r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
，m＝1,2,...,m,
[0141]
r
m
＝[r
m
(0),r
m
(1),...,r
m
(n
‑
1)]
t
，n
m
＝[n
m
(0),n
m
(1),...,n
m
(n
‑
1)]
t
，
[0142][0143]
其中，(
·
)
t
表示转置运算符，1
n
表示n
×
1维的全1向量，
⊙
表示hadamard积运算符，u
m
为相位矩阵，β
m
为包含基带幅度的幅度。
[0144]
基于上述实施例，该方法中，所述对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0145]
基于所述每一路模拟雷达回波的信号模型，得到所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式；
[0146]
基于所述关系式确定所述m路数字有效回波的似然函数；
[0147]
确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数。
[0148]
具体地，对于需要考虑的目标空间位置区域的逼近子弹进行回波数据的采集，需要考虑感兴趣的空间，即从距离靶200米或150米的位置开始采集与靶交会过程中的被测目标的状态参数。因此，对获取得到的所有数据帧中有效回波数据进行处理估计得到目标的矢量脱靶量参数ξ为[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
，首先需要确定感兴趣的目标空间位置区域并划分合适的网格点，然后对于目标网格点，构建所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式，再进行后续的基于所述关系式确定所述m路数字有效回波的似然函数的计算；确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数。
[0149]
基于上述实施例，该方法中，所述基于所述每一路模拟雷达回波的信号模型，得到所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式，具体包括：
[0150]
通过如下公式表示所述m路数字有效回波的似然函数f(r)：
[0151][0152]
其中，所述数字加性高斯白噪声n
m
～cn(0,γ
m
)，
[0153]
对应地，所述确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0154]
基于所述似然函数f(r)的表达式确定f(r)值最大时的优化模型如下：
[0155][0156][0157]
其中，为的实数部分；
[0158]
求解所述优化模型，确定所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
。
[0159]
具体地，基于构建的接收的回波信号模拟数据的数学模型，进行离散化的数学模型的构建，其中的关键在于考虑到脉冲调制信号的发射间隔，以发射间隔作为离散化的单位时间，同时，对于不同距离单元采集的回波数据，都将离散化的单位时间进行代入处理，得到如下离散化公式：最后在以上公式的基础上，将序列形式的公式合并成更紧凑的数学矩阵模型：
[0160]
r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
，m＝1,2,...,m,
[0161]
r
m
＝[r
m
(0),r
m
(1),...,r
m
(n
‑
1)]
t
，n
m
＝[n
m
(0),n
m
(1),...,n
m
(n
‑
1)]
t
，
[0162][0163]
其中，(
·
)
t
表示转置运算符，1
n
表示n
×
1维的全1向量，
⊙
表示hadamard积运算符，u
m
为相位矩阵，β
m
为包含基带幅度的幅度。
[0164]
基于上述实施例，该方法中，所述确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0165]
确定目标脱靶量待搜索参数ξ的上边界和下边界，基于所述上边界、所述下边界和预设初始值ξ
ini
随机确定若干矢量定位参数空间的网格点ξ1,ξ2,...,ξ
g
,...,ξ
g
，g＝1,2,...,g，g为网格点总数；
[0166]
任一网格点ξ
g
根据所述回波信号模型构造得到θ
m
，代入到预设似然估计器的表达中，进行参数优化，得到c(ξ
g
)；
[0167]
选取数值最大的c(ξ
g
)，确定其对应的ξ
g
为最终的矢量定位参数的估计值。
[0168]
具体地，从公式r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
可以看出，矢量脱靶量参数ξ＝[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
被包含在回波信号r
m
中，考虑到加性高斯白噪声n
m
～cn(0,γ
m
)，令θ
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)，则回波数据的似然函数可表示为：
[0169][0170]
其中，
[0171]
可以使上式最大化得到极大似然估计器，等同于使g(r)最小：
[0172][0173]
进一步地，g(r)可以简化为如下公式:
[0174][0175]
其中，表示为取实部操作。从上式可以看出，为回波数据的欧几里得范数，为恒定值，二者均对g(r)最小化没有贡献，因此，可以下面实部求和的部分最大得到矢量脱靶参数：
[0176][0177][0178]
下面展示基于前面得到的矢量定位参数确定被测目标的矢量脱靶量的计算方式：
[0179]
通过求解可以得到脱靶点坐标如下，
[0180][0181][0182]
其中，脱靶点可以算出两个值，但是通过计算两者的代价函数值可以轻松快速的剔除掉虚假的脱靶点数值，最终获得矢量脱靶量参数的估计。
[0183]
可以看出代价函数比较复杂，且待估计参数的维度为6，这将使得代价函数很难寻优到全局最优解，为此，选取传统矢量脱靶量估计得到的参数值作为该代价函数寻优的初始值，从而使得收敛到全局解。表1为算法流程描述表格，该算法的流程框图如表1所示:
[0184]
表1算法流程
[0185][0186]
通过数值仿真验证本发明提供的方案的算法，基于图2提供的天线布局，表2为天线坐标布局表格，具体的天线坐标如表2所示，
[0187]
表2天线坐标布局
[0188][0189]
载波频率为2.2ghz，采样间隔0.02ms，脱靶点坐标q0＝[
‑
7.26，6.19，3]
t
，脱靶量r0＝10m，目标速度v0＝1000m/s，弹道偏角和弹道倾角分别为α＝60
°
，β＝30
°
，初始切向距离l0＝40m，对不同信噪比情况下进行500次蒙特卡罗仿真，图3为本发明提供的矢量脱靶量参数r0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图4为本发明提供的矢量脱靶量参数v0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图5为本发明提供的矢量脱靶量参数l0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图6为本发明提供的矢量脱靶量参数α估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图7为本发明提供的矢量脱靶量参数β估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图8为本发明提供的矢量脱靶量参数x0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图9为本发明提供的矢量脱靶量参数y0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，图10为本发明提供的矢量脱靶量参数z0估计的均方根误差随信噪比变化实验结果图，如图3
‑
图10所示，统计得到的结果中，相比于传统的矢量脱靶量测量算法，所提算法对矢量脱靶量参数的估计精度在不同信噪比条件下均有较高的估计精度，且可以看出，随着信噪比的降低，传统测量方法参数的估计精度存在明显的门限效应，而本发明提供的方法不存在门限效应，在低信噪比的条件下仍获得较高的估计精度，且更加贴近克拉美罗界。
[0190]
下面对本发明提供的矢量脱靶量参数的测量装置进行描述，下文描述的矢量脱靶量参数的测量装置与上文描述的一种矢量脱靶量参数的测量方法可相互对应参照。
[0191]
图11为本发明提供的矢量脱靶量参数的测量装置的结构示意图，如图11所示，包括预处理单元1110、似然估计器单元1120和坐标换算单元1130；
[0192]
所述预处理单元1110，用于对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射发出，m为大于3的正整数；
[0193]
所述似然估计器单元1120，用于对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；
[0194]
所述坐标换算单元1130，用于基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
[0195]
本发明提供的矢量脱靶量参数的测量装置，通过对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正
整数；对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。由于持续实时接收的多路回波信号进行模拟转数字和下采样等预处理得到有效回波数字信号，每一路模拟雷达回波均由发射天线发射的脉冲调制信号和被测目标的运动参数来表示，然后使用最大似然估计器处理m路数字有效回波数据，由于最大似然估计器进行建模优化时假设的是加性高斯白噪声情境，而加性高斯白噪声最满足现实情况，因此，基于加性高斯白噪声构建的最大似然函数可以更精确的对矢量脱靶量参数进行估计，比现有技术中的分帧恒幅恒频假设处理带来的模型误差小，可以更好的平衡矢量脱靶量参数估计精度和抗噪性能。因此，本发明实施例提供的装置，能实现高精度和抗噪性能好的矢量脱靶量参数测量。
[0196]
在上述实施例的基础上，该装置中，所述对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，具体包括：
[0197]
对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波依次进行a/d转换采样、正交下变频和基于累计时间间隔cpi组帧处理，得到所述每一路模拟雷达回波在各个距离波门的数字组帧；
[0198]
对所述每一路模拟雷达回波的数字组帧，分别对不同的距离波门以快速傅里叶变换的目标检测算法确定对应的回波信噪比，确定波门信噪比最大的回波数据为有效回波数据。
[0199]
在上述实施例的基础上，该装置中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过所述被测目标反射得到，具体包括：
[0200]
所述每一路模拟雷达回波均基于发射天线发射出的脉冲调制信号和所述被测目标的运动参数确定，所述运动参数包括实时位置和实时速度。
[0201]
在上述实施例的基础上，该装置中，所述每一路模拟雷达回波均基于发射天线发射出的脉冲调制信号和所述被测目标的运动参数确定，所述运动参数包括实时位置和实时速度，具体包括：
[0202]
通过如下公式确定第m个接收天线在时刻t接收的雷达回波r
m
(t)：
[0203][0204][0205]
q
t
＝[x(t),y(t),z(t)]
t
,x(t)＝x0+(l0‑
v0t)cosαcosβ,
[0206]
y(t)＝y0+(l0‑
v0t)sinαcosβ,z(t)＝z0+(l0‑
v0t)sinβ,
[0207]
其中，α
m
为第m路模拟雷达回波的幅度，τ
m
(t)为所述发射天线发射所述脉冲调制信号经过所述被测目标后到达第m个接收天线所经历的时延，所述发射天线发射出的脉冲调制信号为s(t)，f
c
为s(t)的载波频率，u(t)为矩形波，rect(t)为标准单位矩形函数，t
p
为脉冲宽度，||
·
||2为欧几里得范数，c为电磁波的传播速度，n
m
(t)为零均值且方差为的加性高斯白噪声，p0为所述发射天线的三维坐标，p
m
为第m个接收天线的三维坐标，q
t
为所述被测目标时刻t的三维坐标，q0为脱靶点，且q0＝[x0,y0,z0]
t
，α和β分别为所述被测目标的弹道偏角和弹道倾角，v0为所述被测目标的匀速速度标量，l0为所述被测目标初始时刻距离脱靶
点的距离，r0为所述被测目标在所述脱靶点时与所述发射天线的距离，所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数ξ为[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
；
[0208]
在确定上述回波信号r
m
(t)后，对回波信号进行离散化处理，得到回波模型如下：
[0209][0210]
其中，n为正整数，t为所述发射天线发射脉冲的重复间隔时间；
[0211]
对r
m
(t
n
)进行矩阵化表示，具体如下：
[0212]
r
m
＝u
m
(β
m
⊙1n
)+n
m
，m＝1,2,...,m,
[0213]
r
m
＝[r
m
(0),r
m
(1),...,r
m
(n
‑
1)]
t
，n
m
＝[n
m
(0),n
m
(1),...,n
m
(n
‑
1)]
t
，
[0214][0215]
其中，(
·
)
t
表示转置运算符，1
n
表示n
×
1维的全1向量，
⊙
表示hadamard积运算符，u
m
为相位矩阵，β
m
为包含基带幅度的幅度。
[0216]
在上述实施例的基础上，该装置中，所述对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0217]
基于所述每一路模拟雷达回波的信号模型，得到所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式；
[0218]
基于所述关系式确定所述m路数字有效回波的似然函数；
[0219]
确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数。
[0220]
在上述实施例的基础上，该装置中，所述基于所述每一路模拟雷达回波的信号模型，得到所述m路数字有效回波数据、数字加性高斯白噪声和预设时延的数字脉冲调制信号之间的关系式，具体包括：
[0221]
通过如下公式表示所述m路数字有效回波的似然函数f(r)：
[0222][0223]
其中，所述数字加性高斯白噪声n
m
～cn(0,γ
m
)，
[0224]
对应地，所述确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0225]
基于所述似然函数f(r)的表达式确定f(r)值最大时的优化模型如下：
[0226][0227]
[0228]
其中，为的实数部分；
[0229]
求解所述优化模型，确定所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数[r0,v0,l0,α,β,z0]
t
。
[0230]
在上述实施例的基础上，该装置中，所述确定所述似然函数最大时的所述被测目标的运动参数为所述被测目标在于所述发射天线最近距离处的矢量定位参数，具体包括：
[0231]
确定目标脱靶量待搜索参数ξ的上边界和下边界，基于所述上边界、所述下边界和预设初始值ξ
ini
随机确定若干矢量定位参数空间的网格点ξ1,ξ2,...,ξ
g
,...,ξ
g
，g＝1,2,...,g，g为网格点总数；
[0232]
任一网格点ξ
g
根据所述回波信号模型构造得到θ
m
，代入到预设似然估计器的表达中，进行参数优化，得到c(ξ
g
)；
[0233]
选取数值最大的c(ξ
g
)，确定其对应的ξ
g
为最终的矢量定位参数的估计值。
[0234]
图12为本发明提供的一种电子设备的实体结构示意图，如图12所示，该电子设备可以包括：处理器(processor)1210、通信接口(communications interface)1220、存储器(memory)1230和通信总线1240，其中，处理器1210，通信接口1220，存储器1230通过通信总线1240完成相互间的通信。处理器1210可以调用存储器1230中的逻辑指令，以执行矢量脱靶量参数的测量方法，该方法包括：对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数；对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
[0235]
此外，上述的存储器1230中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0236]
另一方面，本发明还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法所提供的矢量脱靶量参数的测量方法，该方法包括：对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数；对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
[0237]
又一方面，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各方法提供的矢量脱靶量参数的测量方法，该方法包括：对m路接收天线接收的每一路模拟雷达回波进行预处理，得到m路数字有效
回波数据，其中，所述每一路模拟雷达回波均由发射天线发射出的脉冲调制信号经过与靶交会过程中的被测目标反射得到，m为大于3的正整数；对所述m路数字有效回波数据采用最大似然估计器处理，输出所述被测目标在与所述发射天线最近距离处的矢量定位参数；基于所述矢量定位参数确定所述被测目标的矢量脱靶量参数。
[0238]
以上所描述的服务器实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0239]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0240]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。