一種頻率步進雷達引信速度補償方法
2023-08-06 10:45:56 1
一種頻率步進雷達引信速度補償方法
【專利摘要】本發明提供了一種頻率步進雷達引信速度補償方法，包括：將波形熵與免疫科隆選擇算法進行結合，以波形熵為搜索的親和度函數，並以速度補償準則為約束條件，採用免疫克隆選擇算法完成搜索，以實現頻率步進雷達引信一維距離像速度補償。所述速度補償準則包括對一次相位項進行補償的最大速度變化單元、以及二次相位項相位變化不超過時一維距離像不失真條件。
【專利說明】一種頻率步進雷達引信速度補償方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及雷達信號處理【技術領域】，更具體地說，本發明涉及一種頻率步進雷達引信速度補償方法。
【背景技術】
[0002]頻率步進雷達信號的速度補償方法很多，主要方法有時域互相關法、頻域互相關法、循環補償法、最小波形熵法等。現有技術也提出了其他很多方法，但大多由上述方法衍生而來。
[0003]時域互相關法是利用兩組回波數據互相關函數，求出目標在兩幀之間的走動距離，進而利用走動距離和目標速度之間的關係來估計目標速度的，在速度估計範圍內，該方法能夠獲得較好的速度估計值，並且具有較好的抗噪聲和雜波幹擾。
[0004]頻域互相關法是基於兩組回波數據互相關函數在零時刻的值建立目標速度估計模型，速度補償精度較高。循環補償法則是假定速度在給定的區間變化的條件下，對一維距離像進行速度補償的一種方法，該方法的目標函數是信噪比SNR，在循環結束後，比較目標函數的值，選出該函數值最大的距離像作為輸出，速度精確估計值，依賴於速度步進量。
[0005]最小波形熵法是一種閉環迭代算法，將衡量隨機變量不確定性的熵引申用于衡量一個信號的能量沿其參數軸的發散程度，並定義一個波形熵，在速度軸上搜索該波形熵的全局最小值對應的運動參數值，即目標的運動參數，估計精度隨信噪比SNR的降低而明顯降低。
[0006]在上述速度補償方法中，每種方法都有其固有的缺點，如時域互相關法受逆快速傅立葉變化長度的影響較大，雖然能通過補零來減小估計誤差，但付出的代價卻是增大系統的計算量；頻域互相關法雖精度高，但不模糊測速範圍小，僅適用於彈目相對運動速度小的交會情況；循環速度補償法除受速度步進量大小的限制外，還受所需補償速度值是否為速度步進量的整數倍的影響；最小波形熵法計算量大，實時性較差，且存在局部最小值。
【發明內容】
[0007]從頻率步進脈衝高分辨處理的角度來看，要用到不同周期子脈衝的相位信息，而目標在各個周期之間的運動會使子脈衝回波的相位發生變化。相位的變化對子脈衝本身沒有影響，但是在後面的合成處理中，它會破壞脈衝序列的相位關係，造成一維距離像輸出產生誤差。從頻率步進波形模糊特性上來看，也需要解決這一問題。「距離——速度」耦合是頻率步進脈衝體制不可迴避的問題，因此彈目之間徑向相對速度所產生的都卜勒效應對目標一維距離像有非常大的影響，即波形發散，峰值降低，其程度與彈目相對速度大小有關，相對速度越大波形發散越嚴重，峰值降低越多，從而使距離解析度下降越大；峰值位置產生時移，彈目相對速度越大，產生的時移越大；模糊函數時間軸切割圖形與sine函數相比進一步失真，而且主峰加寬，其程度均與彈目相對速度大小有關，速度越大，失真越嚴重；使信噪比降低，影響檢測效果。[0008]因此，本發明旨在解決由於彈目徑向相對速度引起的上述問題，而解決問題的關鍵就是速度補償，即利用目標波形的最小波形熵進行速度補償，速度補償準則為約束條件，並將波形熵與免疫科隆選擇算法進行結合來實現頻率步進雷達引信的速度補償。
[0009]具體地說，對於頻率步進脈衝信號，彈目相對速度越大，主瓣脈衝展寬、旁瓣電平抬高、波形趨於平坦，波形熵越大，彈目相對速度越小，波形銳化度越高，波形熵越小。當彈目徑向相對速度補償誤差為零時，波形熵達到最小，此時得到的速度估計值為最佳速度補償值。但最小波形熵法是一種迭代算法，其計算量大，實時性較差，且在局部區域進行。因此，在本發明中，將波形熵與免疫科隆選擇算法有效結合，以波形熵為搜索的親和度函數，並以速度補償準則為約束條件，採用免疫克隆選擇算法完成搜索，可減少計算量，加快搜索速度，從而滿足引信實時性要求、引戰良好配合的要求、及對目標實現精確打擊的要求。
[0010]本發明提供了一種頻率步進雷達引信速度補償方法，其中，將波形熵與免疫科隆選擇算法進行結合，以波形熵為搜索的親和度函數，並以速度補償準則為約束條件，採用免疫克隆選擇算法完成搜索，以實現頻率步進雷達引信一維距離像速度補償。
[0011]優選地，所述速度補償準則包括對一次相位項進行補償的最大速度變化單元、以及二次相位項相位變化不超過時一維距離像不失真條件。
[0012]優選地，採用免疫克隆選擇算法完成搜索包括:
[0013]第一步驟，用於初始化個體，產生一個初始化個體；
[0014]第二步驟，用於初始化種群，由初始化個體，通過變異產生第一代種群；
[0015]第三步驟，用於計算各種群個體的親和度，將其值從大到小排列，且將多個親和度值最大的個體放入記憶庫中；
[0016]第四步驟，用於從記憶庫中取出經第三步驟排序後的多點採樣值，對其進行克隆複製，親和度值最大的個體克隆的個數也相應最多，然後根據親和度值從大到小排序；
[0017]第五步驟，用於將克隆的個體進行變異，從而獲得新的抗體群落；
[0018]第六步驟，用於計算個體之間的親和度，在個體之間相似度超過閾值的個體中只保留親和度值最高的一個個體，其餘從種群中排除，然後重新排序，並用親和度最高的多個個體替代原記憶庫中的個體；
[0019]第七步驟，在滿足引信實時性要求和速度補償準則的指導下，判斷是否滿足速度補償精度要求，如果不滿足精度要求，則重複執行第二步驟至第六步驟；如果滿足速度補償精度要求，則搜索結束。
[0020]優選地，所述頻率步進雷達引信速度補償方法用於具有多模戰鬥部的空地巡飛彈。
[0021]優選地，所述頻率步進雷達引信速度補償方法用於裝載頻率步進雷達引信的飛彈。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0022]結合附圖，並通過參考下面的詳細描述，將會更容易地對本發明有更完整的理解並且更容易地理解其伴隨的優點和特徵，其中:
[0023]圖1示意性地示出了根據本發明優選實施例的採用免疫克隆選擇算法完成搜索的步驟。[0024]需要說明的是，附圖用於說明本發明，而非限制本發明。注意，表示結構的附圖可能並非按比例繪製。並且，附圖中，相同或者類似的元件標有相同或者類似的標號。
【具體實施方式】
[0025]為了使本發明的內容更加清楚和易懂，下面結合具體實施例和附圖對本發明的內容進行詳細描述。
[0026]為實現頻率步進雷達引信一維距離像的速度補償，並滿足補償精度和實時性要求，本發明優選實施例提出一種速度補償方法，其中可採取下述手段之一或者下述手段的組合:
[0027](I)結合克隆選擇、免疫、最小波形熵思想，以最小波形熵為親和函數，速度補償準則為約束條件，免疫科隆選擇進行局部、全局搜索，實現頻率步進雷達引信一維距離像速度補償；
[0028](2)在結構上採用「初始種群產生一親和度函數評價一種群個體信息交換——新種群產生」的循環過程，以尋求速度估計的最優解，且較好的群體多樣性使群體中的某些個體能夠跳出局部最優，更有效地達到全局最優解；
[0029](3)設置了速度補償準則，即設置了對一次相位項進行補償的最大速度變化單元、以及二次相位項相位變化不超過η /2時一維距離像不失真條件；
[0030](4)加入了克隆選擇因子，對速度信息集合進行選取，可以得到充分體現速度信息的最小集合，減少了運算量，同時搜索解空間中的一系列的點，這使得它的搜索速度大大加快；
[0031](5)該速度補償方法是通過回波採樣空間的擴張和壓縮，將局部搜索和全局搜索結合起來實現問題的求解，即將一個低維的問題轉化到更高維空間(擴張)去解決，然後將結果投影到低維空間(壓縮)中，從而`獲得對問題更全面的認識，克服了傳統方法搜索範圍小的缺點；
[0032](6)引入了克隆選擇擴增、克隆刪除、克隆變異等思想，這不僅使親合度高的優秀抗體能夠獲得較大的克隆規模，提高了速度補償精度，而且能加快方法的收斂速度，更好地滿足引信實時性要求；
[0033]
[0034]本發明【具體實施方式】以具有多模戰鬥部的空地巡飛彈為應用背景，該巡飛彈的戰鬥部是一種多用途/可選擇EFP戰鬥部，這種戰鬥部可以根據攻擊目標類型的不同，通過引信系統起爆方式的選擇，分別形成攻擊重型裝甲目標的長延展杆、攻擊輕型裝甲目標的空氣穩定的單個EFP和攻擊中軟目標(如雷達系統、器材、人員等)的多個EFP。因此，針對不同的攻擊目標，要求引信對目標進行分類識別，故而選擇不同的起爆方式。
[0035]為實現引信對目標的分類識別，採用步進頻雷達引信對目標的一維距離成像。但是，由於彈目之間存在徑向相對速度，嚴重影響了成像質量，需要對其進行速度補償，同時考慮引信對實時性的嚴格要求。為了精確補償彈目徑向相對速度，同時減少計算量，提高估計速度，本發明以波形熵為搜索的親和度函數，採用免疫克隆選擇算法來完成搜索。
[0036]假設離散化信號波形序列為
【權利要求】
1.一種頻率步進雷達引信速度補償方法，其特徵在於，將波形熵與免疫科隆選擇算法進行結合，以波形熵為搜索的親和度函數，並以速度補償準則為約束條件，採用免疫克隆選擇算法完成搜索，以實現頻率步進雷達弓I信一維距離像速度補償。
2.根據權利要求1所述的頻率步進雷達引信速度補償方法，其特徵在於，所述速度補償準則包括對一次相位項進行補償的最大速度變化單元、以及二次相位項相位變化不超過時一維距離像不失真條件。
3.根據權利要求1或2所述的頻率步進雷達引信速度補償方法，其特徵在於，採用免疫克隆選擇算法完成搜索包括: 第一步驟，用於初始化個體，產生一個初始化個體； 第二步驟，用於初始化種群，由初始化個體，通過變異產生第一代種群； 第三步驟，用於計算各種群個體的親和度，將其值從大到小排列，且將多個親和度值最大的個體放入記憶庫中； 第四步驟，用於從記憶庫中取出經第三步驟排序後的多點採樣值，對其進行克隆複製，親和度值最大的個體克隆的個數也相應最多，然後根據親和度值從大到小排序； 第五步驟，用於將克隆的個體進行變異，從而獲得新的抗體群落； 第六步驟，用於計算個體之間的親和度，在個體之間相似度超過閾值的個體中只保留親和度值最高的一個個體，其餘從種群中排除，然後重新排序，並用親和度最高的多個個體替代原記憶庫中的個體； 第七步驟，在滿足引信實時性要求和速度補償準則的指導下，判斷是否滿足速度補償精度要求，如果不滿足精度要求，則重複執行第二步驟至第六步驟；如果滿足速度補償精度要求，則搜索結束。
4.根據權利要求1或2所述的頻率步進雷達引信速度補償方法，其特徵在於，所述頻率步進雷達引信速度補償方法用於具有多模戰鬥部的空地巡飛彈。
5.根據權利要求1或2所述的頻率步進雷達引信速度補償方法，其特徵在於，所述頻率步進雷達引信速度補償方法用於裝載頻率步進雷達引信的飛彈。
【文檔編號】G01S7/41GK103558596SQ201310567505
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月14日 優先權日:2013年11月14日
【發明者】胡秀娟 申請人:上海電機學院