[发明专利]一种运动平台矢量脱靶量参数估计修正方法

说明书

技术领域

本发明涉及矢量脱靶量测量测量技术领域，特别是一种运动平台矢量脱靶量参数估计修正方法。

背景技术

现代战争中，导弹由于其具有精确的制导性能而倍受青睐，对于各种新型制导武器的研制日趋重要。然而对于制导武器性能的测试却存在高成本、难度大、实验条件难以满足等问题。因此采用目标上安装脱靶量测量设备来检测武器性能。制导武器的性能一般在弹与靶的遭遇段得到比较集中的体现，因此在靶场试验中，通过测量制导武器在遭遇段的运动参数(包括标量脱靶量参数(作用距离L₀，导弹运动速度v₀，脱靶量r₀)和矢量运动参数(脱靶点坐标，导弹运动轨迹的方位角与俯仰角)，可以确定导弹在接近目标这一过程中在空中的运动轨迹，从而检验制导武器的精度，评定其性能的优劣。

矢量脱靶量测量实际上是要测量弹靶遭遇段导弹的运动轨迹。假设弹靶遭遇段目标作匀速直线运动，导弹运动轨迹与测量雷达收发天线阵的关系如图1。在图中定义的系统测量坐标中，设靶标位于坐标原点。显然，目标的直线运动轨迹可由五个参数唯一确定：脱靶点的坐标(x₀,y₀,z₀)；弹道运动轨迹与oxy平面的夹角既弹道倾角β；运动轨迹方向角既弹道偏角α。加上目标运动速度v和目标脱靶时刻t₀(或起始时刻目标到脱靶点的距离L₀)，目标在空间运动的整个时间历史就可唯一确定。因此，矢量脱靶量测量的任务就是设法测量这些运动参数：

标量脱靶量测量原理是弹靶交会过程中目标回波的多普勒频率随时间而变化，变化规律由导弹与目标的相对速度v、标量脱靶量r₀、脱靶时刻t₀(起始时刻目标到脱靶点的距离L₀)决定。对应不同的参数，多普勒频率随时间的变化规律也不同。因此，只要测得交会过程目标回波多普勒频率随时间的实际变化曲线，采用最优化方法对其作最优拟合，就可得到标量脱靶量参数。

设脱靶量测量设备安装在靶标上，导弹相对靶标作匀速直线运动，设导弹运动速度为v，导弹运动轨迹与靶标最近点到靶标的距离即标量脱靶量为r₀，时间参考点t＝0时刻，导弹与脱靶点的距离为L₀。若脱靶量测量设备发射波长为λ，根据多普勒效应，则导弹反射回到接收天线的回波信号多普勒频率变化为：

只要测得交会过程目标回波的多普勒频率随时间的实际变化曲线就可以根据下面公式，求解如下非线性最小二乘问题。

矢量脱靶量的测量原理是通过测量弹靶交会过程中空间位置不同的接收天线接收的目标回波相位差随时间变化曲线，通过与运动轨迹模型的相位差最优拟合，估计出矢量脱靶量参数。

假设脱靶点的坐标为(x₀,y₀,z₀)，M个接收天线的坐标为(x_i,y_i,z_i)，其中i＝1,2,3....M，导弹的弹道偏角和弹道倾角分别为α和β，t时刻导弹的轨迹的坐标为(x(t),y(t),z(t))。由于导弹与各接收天线的斜距不同，不同的接收天线在同一时刻接收到的目标回波存在相位差，第i与第j路天线接收到的多普勒回波的相位差为：

其中r_i(t)和r_j(t)分别是第i和第j路在t时刻导弹到接收天线的瞬时距离：

其中,

显然，不同的接收天线接收的目标回波相位差随时间变化的规律与脱靶点的坐标(x₀,y₀,z₀)、弹道偏角α、弹道倾角β以及{v,L₀,r₀}有关，导弹运动速度为v，导弹运动轨迹与靶标最近点到靶标的距离即标量脱靶量为r₀，时间参考点t＝0时刻，导弹与脱靶点的距离为L₀。因此，只要测得交会过程目标回波的M-1条相位差随时间的实际变化曲线，在获得{v,L₀,r₀}的测量结果后，可构造如下准则函数