调频连续波激光雷达距离-多普勒解耦新方法

调频连续波激光雷达探测运动目标时,通常采用二维傅里叶变换解耦合方法.当探测高速运动目标时,由于目标移动导致不同调频周期的中频信号频谱峰值不在同一距离单元,用二维傅里叶变换法进行解耦将产生速度模糊.新的解耦方法通过对多个周期的中频信号频谱峰值位置进行直线拟合,获得目标径向速度估计值.利用速度估计值构建多普勒补偿信号,并与原中频信号相乘.补偿后的中频信号频谱峰值在同一距离单元内.将补偿后的中频信号用二维傅里叶变换法获得的径向速度与之前的速度估计值相加,得到最终的目标径向速度.仿真结果说明新方法在获得较高测距、测速精度的同时,可以有效提高调频连续波激光雷达的无模糊速度.     

基于雷达测距和测速的GEO目标实时关联算法

针对航迹密集情况下地球同步轨道（GEO）目标容易关联错误的问题，提出了一种基于雷达测距和测速二维判决的GEO目标实时关联算法。利用空间目标两行轨道根数（TLE）建立待关联初始库属目标集；根据空间目标轨道预报误差扩散规律设置粗关联门限，得到二次关联库属目标集；利用雷达测距和测速精度高的特点构建二次关联代价函数，根据归一化加权均方根误差最小原则得到关联结果。仿真结果表明：该算法在目标航迹密集的情况下取得了较好的关联效果，具有较高的关联正确率。     

调频引信粗糙面目标与干扰信号识别

为有效识别调频（FM）引信地面目标回波信号和数字射频存储（DRFM）转发式干扰信号,提出了一种对地调频引信粗糙面目标与干扰信号识别方法。建立了对地调频引信粗糙面差频信号模型,利用二维距离-速度提取方法提取其差频频率和多普勒频率,采用差频频率峰值带宽和多普勒频率峰值带宽2个特征量识别地面目标回波信号和DRFM转发式干扰信号,并使用蒙特卡罗仿真和非参数假设统计检验对其进行了验证。结果表明:差频频率峰值带宽和多普勒频率峰值带宽的展宽幅度与引信天线照射范围内粗糙面的大小呈正相关,多普勒频率峰值带宽的展宽与载频成正比,利用峰值带宽特性可有效区分粗糙面目标回波信号和DRFM转发式干扰信号。      

全相位FFT频率测量在调频激光测距技术中的应用

调频连续波激光测距技术在常见的非合作目标激光测距技术中,目前具有最高的测量精度,其原理是对激光的光频进行线性调制,通过测量发射信号和回波信号的频率差反推目标的距离。因此频率测量精度对于距离测量精度具有决定性影响。传统FFT由于存在频谱泄露,且频谱细化方法从根本上受限于FFT的精度,导致测量精度低。全相位FFT较好的解决了频谱泄露的问题,具有相位不变性。本文提出将全相位FFT方法应用于调频激光测距,采用时移相位差法对频率进行测量,在MATLAB环境下对试验获取的数据进行频率解算并计算目标距离。试验证明,全相位FFT应用于调频激光测距数字信号处理时,在大于50m距离处测距误差小于0.3mm,达到了良好的应用效果。     

卫星编队对空间非合作目标测距相对导航精度分析

针对单颗卫星对空间非合作目标测距不能估计全部相对运动状态的问题,提出利用编队中多颗卫星同时测距相对导航。建立了相对运动状态估计的系统模型;推导了系统可观测矩阵;通过计算系统可观测度和采用无迹卡尔曼滤波（UKF）对目标相对运动状态进行估计,研究了观测矢量方向和数量与相对导航精度的关系。结果表明双星测距能估计全部相对运动状态,观测矢量夹角越大,相对导航精度越高,在编队尺寸远小于目标距离的前提下,多于两颗的卫星测距并不能明显提高相对导航精度。     

基于运动约束的脉冲雷达游标测距方法

为解决传统脉冲雷达游标测距中解相位模糊和解速度模糊相互耦合的问题,将目标的运动约束与传统游标测距结合在一起,提出了一种新的基于运动约束的游标测距方法.利用运动约束积累一段时间的观测数据进行UKF滤波,得到精度较高的径向速度来解速度模糊,得到的无模糊速度可用于距离游标.利用得到的游标距离取代脉冲测距数据进行UKF预测,可准确估计下一时刻的速度并解速度模糊,这样建立了可同时解相位模糊和解速度模糊的耦合滤波器,成功实现脉冲雷达游标测距,并大大减小脉冲雷达测距随机误差.高速飞行器主动段仿真和脉冲雷达实测数据验证表明,该算法能大大减小径向距离随机误差,将距离随机误差减少一个数量级至分米级.      

曲线合成孔径雷达迭代算法

研究了曲线合成孔径雷达(SAR,Synthetic Aperture Radar)二维信号模型和三维信号模型,得到了曲线SAR回波信号的数学表达式.将迭代算法应用于曲线SAR, 根据最小化非线性方差准则得到了曲线SAR中RELAX估计算法代价函数,详细研究了二维RELAX估计算法和三维RELAX估计算法的每一个具体步骤,可估计出目标点的散射强度和位置.给出了递推过程,规定了收敛条件,分析了RELAX估计算法的特点和计算量,得出RELAX算法收敛速度快,计算量相对较小,收敛条件苛刻会增加RELAX算法的计算量.研究成果为应用迭代算法提取曲线SAR数据的三维信息提供了指导.     

融合距离变化率的微分平滑

研究了目标跟踪中，测量信息为目标的斜距、方位角、高低角和距离变化率时的微分平滑求速算法。该方法融合了位置信息和距离变化率信息。仿真结果表明，该方法能提高速度参数的估计精度。     

基于谐波系数幅值平均的复合调制引信抗扫频式干扰方法

为提高混沌码调相与线性调频（CCPM-LFM）复合调制无线电引信的抗扫频式干扰性能,分析了扫频式干扰作用下复合调制无线电引信的响应,并提出了谐波系数幅值平均的抗干扰方法。在瞬时相关和谐波解调串联（ICHD）定距算法原理的基础上,采用快速傅里叶变换（FFT）算法提取谐波包络,并对多次FFT所得谐波系数幅值平均,充分利用混沌码的随机性和统计特性抑制干扰。理论和仿真结果表明:所提方法在不影响引信定距精度的前提下,能够有效抑制扫频干扰。      

基于单目视觉的非合作目标相对位姿测量

为实现对空间姿态翻滚航天器的在轨服务与维护以及对空间碎片的清理，需对其进行精确的相对位姿测量。针对相对位姿测量问题，提出了基于单目视觉与卡尔曼滤波的相对位姿测量方法。通过对特征点匹配算法进行调查，采用了具有尺度不变性与旋转不变性的尺度不变特征变换算法(SIFT)和加速稳健特征算法(SURF)的特征点提取方法，并对二者进行了对比，得到了二者分别适用的工况条件。通过对Kalman滤波算法进行研究，引入了相机偏置矩阵，设计了Kalman滤波器，解决了单目相机的距离模糊问题，估计得到了非合作目标的相对位姿、主惯量比以及特征点位置信息。经过仿真，姿态角度估计误差在稳定后低于0.3°，相对位置估计误差在稳定后低于0.5m，相较于真值，误差小于1.67%，主惯量比估计误差在稳定后低于0.01，特征点位置误差在稳定后低于0.005m。在引入相机偏置条件后，滤波状态变量均收敛，并得到具有足够精度的估计，成功解决了单目相机深度信息缺失问题。     

基于瞬时相关频域检测的复合调制引信定距方法

为了实现混沌调相与线性调频复合调制无线电引信对不同散射特性的地面目标的精确定距功能,提出一种基于瞬时相关频域检测的复合调制引信定距方法。在时域瞬时相关处理之前,对本地预设混沌码与目标回波信号以码元宽度为采样周期进行同步采样;为减小目标回波幅值对定距方法的影响,以二维快速傅里叶变换（2D-FFT）提取目标的距离、速度信息,以相关窗位置、谐波包络主瓣位置、稳定的多普勒频率3个特征量作为定距依据,从频域角度进行精确定距。仿真结果表明:所提方法的判定结果只与目标信号信噪比有关,而与信号幅值具体大小无关;所提方法可在-28 dB的极低信噪比条件下实现复合调制引信对不同散射特性地面目标的精确定距功能。      

调频引信谐波时序检测抗干扰方法及实现

针对调频（FM）引信抗干扰能力差的问题,提出了调频引信谐波时序检测抗干扰方法,利用弹目交会过程中谐波时序特征,提高了调频引信抗调幅（AM）、调频和扫频干扰能力;设计了基于快速傅里叶变换（FFT）的调频引信谐波提取方案,通过对差频信号进行FFT获得谐波幅值,与现有谐波定距调频引信通过带通滤波器（BPF）获得谐波幅值相比,在保证同等定距精度的前提下,可以灵活选取谐波次数和谐波通道,利用谐波时序性提高调频引信抗干扰能力,同时易于实现炸高分挡。仿真及实测结果验证了本文方案的可行性,调频引信抗干扰成功率由16.7%提高到90%以上。      

基于非线性规划的室内TOA测距值优化方法

在室内环境中,无线信道中的非视距和多径传输等效应严重影响了到达时间（TOA）定位系统的测距值精度,从而导致较大的测量误差和定位误差。将测距值优化抽象为非线性规划问题,在实现视距/非视距（LOS/NLOS）场景识别的基础上,利用TOA测距误差模型和“目标-基站”间的几何约束为序列二阶非线性规划方法设置合理的初始值,建立了目标函数和约束条件,对定位测距值进行了有效校正。利用典型的TOA测距误差模型进行了仿真验证,利用具有TOA测距功能的无线定位节点在办公环境中进行了实测验证。结果表明,该方法优化后的测距值精度明显优于原始测距值和传统的测距值修正方法,从而验证了该方法的有效性。      

基于步进频连续波的近距离主动毫米波圆柱扫描成像系统

为了克服压控振荡器（VCO）输出线性调频（LFM）信号频率线性度较差的缺点,本文提出了基于直接数字合成（DDS）技术产生步进频连续波信号的近距离主动毫米波圆柱扫描成像系统,该系统具有距离分辨率高、频率精度高以及波形产生和波形控制较为简单的优点。首先,本文通过步进频连续波信号的探测原理分析了该信号的一维距离像、距离分辨率以及距离模糊的特点;然后,通过波动方程推导出近距离主动毫米波圆柱扫描成像系统的重构算法;最后,在微波暗室搭建了半实物仿真成像系统,验证了步进频连续波信号在近距离主动毫米波圆柱扫描成像系统中应用的可行性和有效性。     

基于岭回归的红外协同定位优化算法

针对双机协同定位误差较大问题,首先,在球坐标与直角坐标相结合的基础上,建立双机协同定位的数学模型,并通过对数学模型的分析得出双机距离较近时定位误差大的原因。其次,利用岭回归算法求解出定位精度较高的两组测量子集的目标位置估计值和定位误差协方差矩阵。最后,利用加权最小二乘算法对两组测量子集进行融合定位,推导出协同定位优化算法。仿真分析表明,该算法能显著改善了整个探测区域内的定位精度,并且在双机相距较近时也能保持高的定位精度。      

GPS定位与测速算法研究

给出了GPS定位与测速的数学模型,然后在Gauss-Newton算法的基础上讨论了正常情况下的GPS定位与测速的迭代算法,最后给出了只有3颗可见卫星或几何精度因子太大时的处理方法,从而得出了一个完整的GPS定位与测速的迭代算法.该算法首先迭代地求定位解,并在迭代中不断更新卫星信号传播时间,然后用最后一步迭代中计算出的正规矩阵和卫星信号传播时间求解速度.