基于分数阶傅里叶变换的双雷齐射主动自导方法
发布时间：2022-02-11 11:08
针对双雷齐射中可能产生的两雷相互干扰问题,文中提出了一种基于分数阶傅里叶变换的双雷齐射主动自导方法。两雷通过分别发射不同调频斜率的线性调频（LFM）信号,并利用分数阶傅里叶变换对LFM信号的聚焦特性,以实现双雷回波信号的分离检测。在此基础上,提出了双雷齐射目标检测的总体方案,并进一步分析了影响目标参数估计结果的主要因素。不同信噪比条件下的仿真试验结果表明,利用分数阶傅里叶变换可有效实现双雷齐射目标检测,具有较强的抗干扰能力,且双雷基本可工作于同一频段,无需分频段使用。该方法可对双雷齐射条件下的主动自导提供参考。
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图5双雷齐射抗互扰总体方案Fig.5Thegeneralscgemeofanti-mutualundertwo-torpedosalvo
标机动区域和散布误差,使目标落入自导搜索扇面的可能性增大[2];相对于连射,齐射能在较短的时间内完成射击准备,在相同阵位上获得更高的命中概率或在更远的射击阵位上获得相同的命中概率[3],从而有效提高对目标的探测和毁伤能力。但双雷齐射情况下,由于同一区域2条鱼雷的自导系统同时工作,其中一条鱼雷的发射信号经目标反射产生的回波可能被另一条鱼雷的自导系统接收,出现两雷相互干扰的问题。因此,双雷齐射条件下抗互扰已经成为各鱼雷自导的重要性能指标。双雷齐射态势如图1所示。图1双雷齐射示意图Fig.1Schematicdiagramoftwo-torpedosalvo图1中,齐射的双雷A和B同时对于同一目标区域进行目标搜索,这种情况下,雷A发射信号经目标反射产生的回波信号可能被雷B自导系统接收,导致雷B误以为是自身发射信号产生的目标回波,从而对目标的检测和参数估计产生错误,即对雷B自导目标跟踪形成了干扰;同样,雷B发射信号的目标回波也可能被雷A接收并正常处理,对雷A自导目标检测和跟踪形成干扰。一旦出现相互干扰,两雷的探测逻辑将会变得混乱,无法实现对真实目标的有效探测、参数估计、正常追踪和攻击[4]。目前主要采用两雷划分不同子带并分别工作于不同频段的方式来避免互扰。但这样可能存在2方面问题:一是为了适应双雷齐射,每条鱼雷自导必须同时具备2个不同工作频段,而实际使用中工作带宽受到限制,只能工作于其中某一个特定频段(雷A或雷B),不能充分发挥最大带宽能力;二是随着当今鱼雷宽带自导技术的快速发展和普遍应用,采用划分不同子带的方式
2T≤1,每帧重叠T,比较每段峰值,找出最大值对应的信号段q,则目标距离[14]Rc2(11)其中0(2)22TTsqT(12)2.2仿真验证假设鱼雷自导发射LFM脉冲信号,中心频率为0f25kHz,调频斜率为k40kHz/s,脉冲宽度0t100ms,采样频率为150kHzsf,鱼雷与目标距离R1500m,鱼雷速度1v25m/s,目标速度2v10m/s,噪声下检测,信噪比0dB,对噪声进行滤波处理后,则目标回波信号波形如图3所示,其中A为信号幅度。图3目标回波信号波形Fig.3Waveformofthetargetechosignal首先,采用离散尺度化法对其进行量纲归一化处理,并确定归一化区间;然后,按照上节目标检测方法对目标回波信号展开搜索,如图4所示。图中,2PXu为目标回波信号经FRFT后,其能量在p,u二维平面上的分布,其峰值点对应于二维坐标p1.016304、u19.955176处,由式(6)~式(7)可得,k38423.80Hz/s,0f24448.02Hz;又因为q41,由式(8)~式(12)可得尺度压缩因子s0.980099,00.00141758s,则时间延迟1.975910s,目标距离R1481.93m,相对速度V15.08m/s。参数估计值与真实值对比如表1所示。图4目标回波信号检测结果Fig.4Detectionresultofthetargetechosignal表1回波检测参数估计值与真实值对比Table1Comparisonofestimatedandactualparam-etersoftheechoderection量值RV实际值1500m151ms估计值1481.93m15.081ms
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分数阶傅里叶变换的水下目标速度估计[J]. 谢砚同,彭圆,张风珍,张钊辉,曹琳. 数字海洋与水下攻防. 2018(03)
[2]The concise fractional Fourier transform and its application in detection and parameter estimation of the linear frequency-modulated signal[J]. CHEN Yanli,GUO Lianghao,GONG Zaixiao. Chinese Journal of Acoustics. 2017(01)
[3]声自导鱼雷双雷齐射有关技术与战术问题分析[J]. 张静远,王鹏. 鱼雷技术. 2013(04)
[4]基于分数阶傅里叶变换水下目标距离及速度的联合估计[J]. 马艳,罗美玲. 兵工学报. 2011(08)
[5]舰载反鱼雷鱼雷齐射作战能力研究[J]. 姜凯峰,周明,葛津华,林宗祥. 舰船科学技术. 2010(11)
[6]声自导鱼雷互导问题初探[J]. 刘影,周明,高涌,于乐强. 舰船科学技术. 2006(04)
[7]分数阶傅里叶变换数值计算中的量纲归一化[J]. 赵兴浩,邓兵,陶然. 北京理工大学学报. 2005(04)
本文编号：3620170
【文章来源】：水下无人系统学报. 2020,28(06)北大核心
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
图5双雷齐射抗互扰总体方案Fig.5Thegeneralscgemeofanti-mutualundertwo-torpedosalvo
标机动区域和散布误差,使目标落入自导搜索扇面的可能性增大[2];相对于连射,齐射能在较短的时间内完成射击准备,在相同阵位上获得更高的命中概率或在更远的射击阵位上获得相同的命中概率[3],从而有效提高对目标的探测和毁伤能力。但双雷齐射情况下,由于同一区域2条鱼雷的自导系统同时工作,其中一条鱼雷的发射信号经目标反射产生的回波可能被另一条鱼雷的自导系统接收,出现两雷相互干扰的问题。因此,双雷齐射条件下抗互扰已经成为各鱼雷自导的重要性能指标。双雷齐射态势如图1所示。图1双雷齐射示意图Fig.1Schematicdiagramoftwo-torpedosalvo图1中,齐射的双雷A和B同时对于同一目标区域进行目标搜索,这种情况下,雷A发射信号经目标反射产生的回波信号可能被雷B自导系统接收,导致雷B误以为是自身发射信号产生的目标回波,从而对目标的检测和参数估计产生错误,即对雷B自导目标跟踪形成了干扰;同样,雷B发射信号的目标回波也可能被雷A接收并正常处理,对雷A自导目标检测和跟踪形成干扰。一旦出现相互干扰,两雷的探测逻辑将会变得混乱,无法实现对真实目标的有效探测、参数估计、正常追踪和攻击[4]。目前主要采用两雷划分不同子带并分别工作于不同频段的方式来避免互扰。但这样可能存在2方面问题:一是为了适应双雷齐射,每条鱼雷自导必须同时具备2个不同工作频段,而实际使用中工作带宽受到限制,只能工作于其中某一个特定频段(雷A或雷B),不能充分发挥最大带宽能力;二是随着当今鱼雷宽带自导技术的快速发展和普遍应用,采用划分不同子带的方式
2T≤1,每帧重叠T,比较每段峰值,找出最大值对应的信号段q,则目标距离[14]Rc2(11)其中0(2)22TTsqT(12)2.2仿真验证假设鱼雷自导发射LFM脉冲信号,中心频率为0f25kHz,调频斜率为k40kHz/s,脉冲宽度0t100ms,采样频率为150kHzsf,鱼雷与目标距离R1500m,鱼雷速度1v25m/s,目标速度2v10m/s,噪声下检测,信噪比0dB,对噪声进行滤波处理后,则目标回波信号波形如图3所示,其中A为信号幅度。图3目标回波信号波形Fig.3Waveformofthetargetechosignal首先,采用离散尺度化法对其进行量纲归一化处理,并确定归一化区间;然后,按照上节目标检测方法对目标回波信号展开搜索,如图4所示。图中,2PXu为目标回波信号经FRFT后,其能量在p,u二维平面上的分布,其峰值点对应于二维坐标p1.016304、u19.955176处,由式(6)~式(7)可得,k38423.80Hz/s,0f24448.02Hz;又因为q41,由式(8)~式(12)可得尺度压缩因子s0.980099,00.00141758s,则时间延迟1.975910s,目标距离R1481.93m,相对速度V15.08m/s。参数估计值与真实值对比如表1所示。图4目标回波信号检测结果Fig.4Detectionresultofthetargetechosignal表1回波检测参数估计值与真实值对比Table1Comparisonofestimatedandactualparam-etersoftheechoderection量值RV实际值1500m151ms估计值1481.93m15.081ms
【参考文献】：
期刊论文
[1]基于分数阶傅里叶变换的水下目标速度估计[J]. 谢砚同,彭圆,张风珍,张钊辉,曹琳. 数字海洋与水下攻防. 2018(03)
[2]The concise fractional Fourier transform and its application in detection and parameter estimation of the linear frequency-modulated signal[J]. CHEN Yanli,GUO Lianghao,GONG Zaixiao. Chinese Journal of Acoustics. 2017(01)
[3]声自导鱼雷双雷齐射有关技术与战术问题分析[J]. 张静远,王鹏. 鱼雷技术. 2013(04)
[4]基于分数阶傅里叶变换水下目标距离及速度的联合估计[J]. 马艳,罗美玲. 兵工学报. 2011(08)
[5]舰载反鱼雷鱼雷齐射作战能力研究[J]. 姜凯峰,周明,葛津华,林宗祥. 舰船科学技术. 2010(11)
[6]声自导鱼雷互导问题初探[J]. 刘影,周明,高涌,于乐强. 舰船科学技术. 2006(04)
[7]分数阶傅里叶变换数值计算中的量纲归一化[J]. 赵兴浩,邓兵,陶然. 北京理工大学学报. 2005(04)
本文编号：3620170
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