一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法技术

一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，步骤如下：(1)对装在飞行器上的两个波束相互垂直、且指向地面的雷达回波数据进行处理，构造接收数据矩阵X

A measurement method of landing vehicle parameters based on dual beam radar

【技术实现步骤摘要】
一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法
本专利技术涉及一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，可直接应用于多种深空探测着陆平台的飞行参数估计，属于飞行器参数测量领域。
技术介绍
现有的着陆雷达飞行参数测量主要靠单波束测速、测距，然后根据多个不同指向波束的相对几何关系，利用各自的测量结果联合估计着陆器的飞行参数数据。该体制的飞行参数测量雷达精度取决两方面要素：波束中心估计精度、波束中心多普勒速度估计精度。波束中心估计精度目前主要采用重心法，在大入射角下，波束中心估计精度明显下降，此外多普勒扩展也会影响系统的波束中心估计精度，对波束中心处的多普勒估计精度影响也较大。
技术实现思路
本专利技术的
技术实现思路
为：克服现有技术的不足，提供一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，仅采用两个波束即可估计飞行器飞行参数，估计精度高。本专利技术的技术解决方案是：一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，包括如下步骤：(1)对装在飞行器上的两个波束相互垂直、且指向地面的雷达回波数据进行处理，构造两个雷达的接收数据矩阵X1和X2；(2)对接收数据矩阵X1和X2进行脉冲压缩、FFT和检测处理，获取两个雷达回波数据的距离-多普勒信息；(3)将两个雷达回波数据的距离-多普勒信息进行变换，构造对应的数据矩阵；(4)根据步骤(3)构造的数据矩阵反算出着陆飞行器的三维速度、高度；(5)重复步骤(1)-(4)，对下一组相关处理时间内的雷达回波数据进行处理，得到飞行器的实时飞行参数。所述步骤(1)中，为L行M列的复矩阵，接收数据矩阵X1中的第l行第m列元素x1(l,m)为第一个雷达的第m个脉冲的第l个基带信号采样数据，接收数据矩阵X2中的第l行第m列元素x2(l,m)为第二个雷达的第m个脉冲的第l个基带信号采样数据。所述步骤(2)中，对接收数据矩阵X1和X2按列进行脉冲压缩，获得距离向高分辨回波数据和获得过程如下：其中X1(:,m)表示接收数据矩阵X1的第m列，X2(:,m)表示接收数据矩阵X2的第m列，表示矩阵的第m列，表示矩阵的第m列，符号表示卷积操作，为雷达发射信号s(t)对应的数字匹配信号，为1行P列的复矩阵，所述步骤(2)中，对脉冲压缩后的和按行进行FFT处理，获取两个雷达的回波数据距离多普勒谱和获取过程如下：其中，所述步骤(2)中，对两个雷达的回波数据距离多普勒谱和进行检测，得到两个雷达回波数据的距离-多普勒信息，过程如下：令系统检测门限为ρTH，对矩阵和进行检测，将其中取值大于ρTH的元素对应的回波时间和多普勒值进行记录，记作其中t1为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的回波时间向量，fd,1为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的多普勒值向量，t2为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的回波时间向量，fd,2为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的多普勒值向量；J,K分别为矩阵中取值大于ρTH的元素个数和矩阵中取值大于ρTH的元素个数；为J行1列的实矩阵，为K行1列的实矩阵；检测得到两个雷达回波数据的距离-多普勒信息如下：其中t1j为t1中的第j个元素，t2k为t2中的第k个元素，j＝1,2,…,J，k＝1,2,…,K，c为光速。所述步骤(3)的实现方式如下：根据两个雷达回波数据的距离-多普勒信息，构造如下数据矩阵：a＝[a1a2…aJ]b＝[b1b2…bJ]c＝[c1c2…cJ]d＝[d1d2…dK]e＝[e1e2…eK]f＝[f1f2…fK]其中设中间变量x2＝vzH其中，vx、vy、vz分别为着陆飞行器的x方向速度、y方向速度、z方向速度，H为着陆飞行器的高度；根据两个雷达波束Doppler以及距离-多普勒信息，构造如下矩阵：x＝[x1x2x3x4x5]TΓ1Tx+a＝0Γ2Tx+d＝0其中所述步骤(4)的实现方式如下：(S1)根据步骤(3)构造的数据矩阵，解算中间变量x：步骤(3)构造的数据矩阵可以写作ΓTx+g＝0其中求解可得其中表示矩阵的伪逆；(S2)根据x，反算得到和(S3)利用两个雷达波束之间的几何耦合关系求解所述步骤(S2)实现方式如下：表示飞行器x方向的估计速度，表示飞行器y方向的估计速度，表示飞行器的估计高度。所述步骤(S3)实现方式如下：其中mean(·)表示对向量取平均值，α,β为α＝[α1α2…αJ]β＝[β1β2…βK]其中本专利技术与现有技术相比的优点在于：(1)本专利技术仅采用两个波束即可估计平台飞行参数，且采用双波束联合处理的方式，处理精度高。(2)本专利技术双波束雷达采用两个长条状平面天线，保证天线在方位向波束较窄，距离向波束较宽，从而提高单个距离环的多普勒分辨率，增加距离环数目，最终实现平台参数的准确估计，安装简单，减轻了重量。(3)本专利技术利用平台运动导致地面回波的距离-多普勒依赖特性反算出平台的运动参数，估计精度高。附图说明图1为本专利技术流程图；图2为飞行器飞行参数与回波的距离-多普勒耦合关系示意图；图3为不同速度下的等距离环和等多普勒图；图4为不同波束Doppler估计偏差下速度估计误差；图5为不同波束Doppler估计偏差下高度估计误差。具体实施方式本专利技术的基本原理如下：1)利用平台运动导致地面回波的距离-多普勒依赖特性反算出平台的运动参数；2)双波束雷达采用两个长条状平面天线，保证天线在方位向波束较窄，距离向波束较宽，从而提高单个距离环的多普勒分辨率，增加距离环数目，最终实现平台参数的准确估计。如图1所示，本专利技术包括如下步骤：(1)对装在飞行器上的两个波束相互垂直、且指向地面的雷达回波数据进行处理，构造两个雷达的接收数据矩阵X1和X2。为L行M列的复矩阵，接收数据矩阵X1中的第l行第m列元素x1(l,m)为第一个雷达的第m个脉冲的第l个基带信号采样数据，接收数据矩阵X2中的第l行第m列元素x2(l,m)为第二个雷达的第m个脉冲的第l个基带信号采样数据。(2)对接收数据矩阵进行脉冲压缩、FFT、检测处理，获取两个雷达回波数据的距离-多普勒信息。对接收数据矩阵X1和X2按列进行脉冲压缩，获得距离向高分辨回波数据和获得过程如下：本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，其特征在于，包括如下步骤：/n(1)对装在飞行器上的两个波束相互垂直、且指向地面的雷达回波数据进行处理，构造两个雷达的接收数据矩阵X

【技术特征摘要】
1.一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)对装在飞行器上的两个波束相互垂直、且指向地面的雷达回波数据进行处理，构造两个雷达的接收数据矩阵X1和X2；
(2)对接收数据矩阵X1和X2进行脉冲压缩、FFT和检测处理，获取两个雷达回波数据的距离-多普勒信息；
(3)将两个雷达回波数据的距离-多普勒信息进行变换，构造对应的数据矩阵；
(4)根据步骤(3)构造的数据矩阵反算出着陆飞行器的三维速度、高度；
(5)重复步骤(1)-(4)，对下一组相关处理时间内的雷达回波数据进行处理，得到飞行器的实时飞行参数。


2.根据权利要求1所述的一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，其特征在于，所述步骤(1)中，为L行M列的复矩阵，接收数据矩阵X1中的第l行第m列元素x1(l,m)为第一个雷达的第m个脉冲的第l个基带信号采样数据，接收数据矩阵X2中的第l行第m列元素x2(l,m)为第二个雷达的第m个脉冲的第l个基带信号采样数据。


3.根据权利要求1所述的一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对接收数据矩阵X1和X2按列进行脉冲压缩，获得距离向高分辨回波数据和获得过程如下：






其中X1(:,m)表示接收数据矩阵X1的第m列，X2(:,m)表示接收数据矩阵X2的第m列，表示矩阵的第m列，表示矩阵的第m列，符号表示卷积操作，为雷达发射信号s(t)对应的数字匹配信号，为1行P列的复矩阵，


4.根据权利要求3所述的一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对脉冲压缩后的和按行进行FFT处理，获取两个雷达的回波数据距离多普勒谱和获取过程如下：






其中，


5.根据权利要求4所述的一种基于双波束雷达的着陆飞行器参数测量方法，其特征在于，所述步骤(2)中，对两个雷达的回波数据距离多普勒谱和进行检测，得到两个雷达回波数据的距离-多普勒信息，过程如下：
令系统检测门限为ρTH，对矩阵和进行检测，将其中取值大于ρTH的元素对应的回波时间和多普勒值进行记录，记作



其中t1为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的回波时间向量，fd,1为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的多普勒值向量，t2为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的回波时间向量，fd,2为矩阵中取值大于ρTH的元素对应的多普勒值向量；J,K分别为矩阵中取值大于ρTH的元素个数和矩阵中取值大于ρTH的元素个数；为J行1列的实矩阵，为K行1列的实矩阵；
检测...

【专利技术属性】
技术研发人员：解虎，党红杏，李琪，贺亚鹏，张爱军，李栓劳，高飞，
申请(专利权)人：西安空间无线电技术研究所，
类型：发明
国别省市：陕西;61