利用声多普勒信息估计目标运动参数

   

    0　引言

    反直升机智能地雷系统是防止武装直升机超低空空袭的有效武器之一。国外已经发展了采用声或声/红外复合引信的反直升机地雷系统。该系统的关键技术就是声目标的识别和定位技术。通过对声目标定位技术的研究,本文提出了一种利用直升机噪声的多普勒信息估计做等高匀速直线飞行的目标的运动参数的方法,该方法采用最小二乘曲线拟合进行函数逼近,在估计出直升机的飞行速度后,计算直升机的距离。

    1　测速方法

    目标在接近探测阵的过程中,由于目标相对探测阵运动,从而产生多普勒频移。本文假定目标做等高匀速直线飞行,如图1。多普勒频移方程为:

    式中fi—目标信号的瞬时频率;

    f0—目标信号的实际频率;

    V—目标的飞行速度;

    Ui—目标的方位角;

    B—目标运动轨迹投影与y轴的夹角;

    Hi—目标的仰角;

    C—空气中的声速。

    对目标进行连续三次测量,得到fi、Ui、Hi(i=1,2,3)。由(1)式可得

    式中f0、V、B为未知数。

    由(2)、(3)、(4)式,得

    (5)式减(6)式,得

     由(8)式和(9)式有

    解此方程组,即可得Vx、Vy,则速度V就可求出

    2　计算距离

    利用假定等高条件有　　　

　R1cosH1=R2cosH2=Z0(11)

    如图1所示,由余弦定理可得

    式中S=Võ$t,$t为测角H1、H2之间的时间间隔。

    由(11)式可得

     把(13)式代入(12)式,得

    3　误差分析

    3.1　测速误差分析

    由(10)式,可得

　　因为Vx、Vy的偏导较长,这里从略。

    3.2　测距误差分析

    由(14)式,可得

    4　仿真计算及其结果

    4.1　仿真方法

    为了验证本文提出的方法,我们进行了仿真计算。

    仿真计算步骤如下:

    (1)　计算fi、Hi、Ui的理论值;

    (2)　向理论值加入正态误差;

    (3)　采用最小二乘曲线拟合方法,分别拟合出f、H、U的曲线,以减少误差的影响;

    (4)　计算速度V和距离R。

    4.2　仿真结果

    仿真初值:V= 50 m/s,Z0= 100 m,f0= 100 Hz。

    仿真进行100次。

　　仿真结果表明该方法误差较大。为了减小误差,我们对测速方法进行了改进:原测速方法中速度由分量合成,相当于多引入了一次误差,现改为直接求解速度。改进后的结果列表如下:

　　仿真结果表明,采用该方法测距误差小于30%的占90%以上。