一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法技术

一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，包括以下步骤；近炸引信中的单芯片雷达向检测区域发射三角波检测信号，信号经检测区域反射后被单芯片雷达接收天线接收，单芯片雷达接收机前端对回波信号进行预处理得到雷达回波数字信号，并将回波数字信号发送至信号处理器；对回波数字信号通过信号处理器的WFFT拟合非均匀滤波器组，并对处理结果取模值，得到低频区分辨率高，高频区扩散的目标能量积累的频谱图；设定检测门限，对低频区分辨率高，高频区扩散的目标能量积累的频谱图进行恒虚警检测，提取目标频率信息；对目标频率信息进行计算，将距离信息通过弹载计算机传递给引信控制系统。本发明专利技术提高了高频区的信噪比，更准确地捕捉到高频信息。更准确地捕捉到高频信息。更准确地捕捉到高频信息。

【技术实现步骤摘要】
一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法


[0001]本专利技术属于近炸引信测距
，具体涉及一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法。

技术介绍

[0002]在近炸引信测距的过程中，需要实时获取载弹对地距离，用以实施预设作战任务。然而受弹头体积、低功耗，以及弹载平台响应时间限制，要求引信具有小型化、低功耗、高实时性特点。因此需要研究近炸引信对地测距的高精度、快速测距解算方法。
[0003]近炸引信测距利用的是线性调频连续波体制进行实时精准测距。其工作原理是将经目标反射的回波信号与天线发射的基准信号进行差拍运算得到差拍频率，通过信号处理提取目标的距离信息。在信号处理中，距离正比于差拍信号的频率。距离越近，差拍信号频率越低，反之，距离越远，差拍信号频率越高。差拍信号包含了目标信息，因此要准确提取目标信息，对于差拍信号频率的测量就显得尤为关键。
[0004]在信号处理过程中，通过差频
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离散傅立叶变换在频域中寻找频谱峰值所在的频率点，以此计算出目标的距离信息，所以频谱精度显得尤为重要。频谱精度越高，频谱峰值所在的频率点越准确，计算出的目标信息也更为准确。
[0005]在导弹飞行过程中，由于炸高门限一般为米级，所以应该重点关注炸高附近的频谱，即低频区的频谱，以获得更好的测距精度。此外，在测距过程的远距离时，由于回波信噪比低，也不易于观测距离信息，因此雷达测距系统的性能也会受到一定的限制。
[0006]理想的差频信号一般为正弦信号，借助最大似然估计、小波分析或神经网络等谱分析的方法可以精确估计出单频信号的频率，但因其庞大的计算量而难以应用。快速傅立叶变换(FFT)是最常采用的频谱分析的方法。然而采用FFT会出现部分频谱的泄露和栅栏效应，得到以距离分辨率为间隔的等间隔距离频谱，从而产生测距误差。FFT若想提高频谱精度，只能增加信号处理点数，这必然导致计算量的增加，针对这类问题，目前的解决办法主要有ZOOM
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FFT(以下简称ZFFT)、线性调频Z变换(Chirp
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Z变换，以下简称CZT)。
[0007]传统的ZFFT利用单位复指数信号对初始原信号进行复调制，进而根据傅立叶变换的移频性质把所选频段的中心频率移至零频，为了得到频移之后零频附近的细化频谱，需要降低采样率，同时为了使抽样过后的频谱不发生混叠，需要进行低通滤波处理，在低通滤波后采样率降为原采样率的进行采样，即通过滤波重采样降低采样频率从而提高频谱分辨率，进而提高频率分辨能力。但实际计算中为了使再采样达到原目标点数N，所以需要增加采样数据的长度至原采样点数的D倍，并对增加长度后的数据进行采样，因此，信号真实的物理分辨力并没有提高。另一种基于拟合法的改进型ZFFT，先拟合距离，在有一定距离信息的基础上进行移频，并重复低通滤波重采样降低采样频率，虽然在提高测距精度的基础上减少了部分计算量，但是该方法滤波器阶数很高，实现难度大，且所获得的信息与传统FFT一致，并没有获得更多更精确的距离信息。所以本质上ZFFT只是一种节省部分运算量的FFT，并没有达到实际应用中的目的，即增加频谱的分辨率以获得更多更精确的距离信息，
而且ZFFT仅仅只关注某一频段，另外ZFFT在截止频率较低时对低通滤波器的阶数要求很高，算法复杂度高，增加了信号实时处理的难度。
[0008]CZT是在不增加数据长度的前提下，通过在所选频带内插值，增加FFT在所选频带内的运算点数，从而提高频谱精度，实现对局部频段的细化，一种改进的方法是先进行FFT处理，选定重点观测频段后再进行CZT处理，但是CZT需要在螺旋线上等角度连续取点，因此在对某一区域进行重点观测时，会将其他区域屏蔽掉而无法进行监测。同时，在实际应用中不能丢失远距离(高频区)的目标回波信息，而CZT在对高频区域进行观测时，需要较高的采样率，这会增加CZT的数据量，增加计算量，无法做到实时处理。
[0009]理想的差频信号一般为正弦信号，借助最大似然估计、小波分析或神经网络等谱分析的方法可以精确估计出单频信号的频率，但因其庞大的计算量而难以应用。快速傅立叶变换(FFT)是最常采用的频谱分析的方法。然而采用FFT会出现部分频谱的泄露和栅栏效应，得到以距离分辨率为间隔的等间隔距离频谱，从而产生测距误差。FFT若想提高频谱精度，只能增加信号处理点数，这必然导致计算量的增加，所以针对这类问题，目前的解决办法主要有ZOOM
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FFT(以下简称ZFFT)、线性调频Z变换(Chirp
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Z变换，以下简称CZT)。
[0010]传统的ZFFT利用单位复指数信号对初始原信号进行复调制，进而根据傅立叶变换的移频性质把所选频段的中心频率移至零频，为了得到频移之后零频附近的细化频谱，需要降低采样率，同时为了使抽样过后的频谱不发生混叠，需要进行低通滤波处理，在低通滤波后采样率降为原采样率的进行采样，即通过滤波重采样降低采样频率从而提高频谱分辨率，进而提高频率分辨能力。但实际计算中为了使再采样达到原目标点数N，所以需要增加采样数据的长度至原采样点数的D倍，并对增加长度后的数据进行采样，因此，信号真实的物理分辨力并没有提高。另一种基于拟合法的改进型ZFFT，先拟合距离，在有一定距离信息的基础上进行移频，并重复低通滤波重采样降低采样频率，虽然在提高测距精度的基础上减少了部分计算量，但是该算法滤波器阶数很高，实现难度大，且所获得的信息与传统FFT一致，并没有获得更多更精确的距离信息。所以本质上ZFFT只是一种节省部分运算量的FFT算法，并没有达到实际应用中的目的，即增加频谱的分辨率以获得更多更精确的距离信息，而且ZFFT仅仅只关注某一频段，另外ZFFT在截止频率较低时对低通滤波器的阶数要求很高，算法复杂度高，增加了信号实时处理的难度。
[0011]CZT是在不增加数据长度的前提下，通过在所选频带内插值，增加FFT在所选频带内的运算点数，从而提高频谱精度，实现对局部频段的细化，一种改进的算法是先进行FFT处理，选定重点观测频段后再进行CZT处理，但是CZT需要在螺旋线上等角度连续取点，因此在对某一区域进行重点观测时，会将其他区域屏蔽掉而无法进行监测。同时，在实际应用中不能丢失远距离(高频区)的目标回波信息，而CZT在对高频区域进行观测时，需要较高的采样率，这会增加CZT的数据量，增加计算量，无法做到实时处理。

技术实现思路

[0012]为了克服以上现有技术存在的问题，本专利技术的目的在于提供一种一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，能够提高所关注低频区域的频谱精度，同时不丢失高频区域的信息。满足近炸引信测距的实时性的要求、重点关注的低频区(近距离区域)频谱
密集，分辨率高，精度高，误差小，高频区(远距离区)的频谱分辨率变低，通过WFFT拟合非均匀滤波器组将高频区扩散的目标能量积累起来，提高了高频区的信噪比，更准确地捕捉到高频信息。
[0013]为了实现上述目的，本专利技术采用的技术方案是：
[0014]一种一种本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，其特征在于，包括以下步骤；步骤1.近炸引信中的单芯片雷达向检测区域发射三角波检测信号，信号经检测区域反射后被单芯片雷达接收天线接收，单芯片雷达接收机前端对回波信号进行预处理得到雷达回波数字信号，并将回波数字信号发送至信号处理器；步骤2.对单芯片雷达发送的回波数字信号通过信号处理器的WFFT拟合非均匀滤波器组，并对处理结果取模值，得到低频区分辨率高，高频区扩散的目标能量积累的频谱图；步骤3.设定检测门限，对低频区分辨率高，高频区扩散的目标能量积累的频谱图进行恒虚警检测，提取目标频率信息；步骤4.对所提取目标频率信息进行计算，获得距离信息，并将距离信息通过弹载计算机传递给引信控制系统。2.根据权利要求1所述的一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，其特征在于，所述步骤1中，近炸引信中的单芯片雷达上的发射天线、单芯片雷达接收天线、片内射频通道、片内数字信号处理单元构成近炸引信测距装置，近炸引信测距装置以角度为α的入射角照射地面，用于发射检测信号，以及接收来自目标反射的回波信号，并对距离信息进行输出。3.根据权利要求2所述的一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，其特征在于，所述单芯片雷达用于产生雷达信号、接收混频和放大滤波；数字信号处理单元实现差频中频信号处理、炸高装订、调制三角波的产生和起爆脉冲信号输出。4.根据权利要求2所述的一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，其特征在于，所述数字信号处理单元通过数据总线与弹载计算机通信，接收弹载计算机的控制指令，执行相应的操作；单芯片雷达产生调制三角波通过片内射频通道经发射天线向外辐射，射频通道的接收通道采用De
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chirp接收方式，将接收天线接收到的信号与发射通道的本振信号混频得到差频回波信号，输出给数字信号处理单元进行ADC采样。5.根据权利要求2所述的一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，其特征在于，所述步骤1中角度为α为波束中心与地面的夹角(擦地角)，具体公式为其中导弹高度为h，场景中心斜距为L，波束中心为M。6.根据权利要求1所述的一种基于快速翘曲傅立叶变换的近炸引信测距方法，其特征在于，所述步骤2中中的的信号处理器包括WFFT运算和取模运算；WFFT运算，用于将平面单位圆上的不均匀分布点映射到翘曲之后的平面单位圆上均匀分布的点；取模运算，用于对WFFT运算后的结果求模值。7.根据权利要求6所述的一种基于快速翘曲傅立...

【专利技术属性】
技术研发人员：杨涛，张鑫宇，王通，程春霞，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：