基于分數階傅里葉變換的雙雷齊射主動自導方法
發(fā)布時間：2022-02-11 11:08
針對雙雷齊射中可能產生的兩雷相互干擾問題,文中提出了一種基于分數階傅里葉變換的雙雷齊射主動自導方法。兩雷通過分別發(fā)射不同調頻斜率的線性調頻（LFM）信號,并利用分數階傅里葉變換對LFM信號的聚焦特性,以實現雙雷回波信號的分離檢測。在此基礎上,提出了雙雷齊射目標檢測的總體方案,并進一步分析了影響目標參數估計結果的主要因素。不同信噪比條件下的仿真試驗結果表明,利用分數階傅里葉變換可有效實現雙雷齊射目標檢測,具有較強的抗干擾能力,且雙雷基本可工作于同一頻段,無需分頻段使用。該方法可對雙雷齊射條件下的主動自導提供參考。
【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學報. 2020,28(06)北大核心
【文章頁數】：8 頁
【部分圖文】：
圖5雙雷齊射抗互擾總體方案Fig.5Thegeneralscgemeofanti-mutualundertwo-torpedosalvo
標機動區(qū)域和散布誤差,使目標落入自導搜索扇面的可能性增大[2];相對于連射,齊射能在較短的時間內完成射擊準備,在相同陣位上獲得更高的命中概率或在更遠的射擊陣位上獲得相同的命中概率[3],從而有效提高對目標的探測和毀傷能力。但雙雷齊射情況下,由于同一區(qū)域2條魚雷的自導系統(tǒng)同時工作,其中一條魚雷的發(fā)射信號經目標反射產生的回波可能被另一條魚雷的自導系統(tǒng)接收,出現兩雷相互干擾的問題。因此,雙雷齊射條件下抗互擾已經成為各魚雷自導的重要性能指標。雙雷齊射態(tài)勢如圖1所示。圖1雙雷齊射示意圖Fig.1Schematicdiagramoftwo-torpedosalvo圖1中,齊射的雙雷A和B同時對于同一目標區(qū)域進行目標搜索,這種情況下,雷A發(fā)射信號經目標反射產生的回波信號可能被雷B自導系統(tǒng)接收,導致雷B誤以為是自身發(fā)射信號產生的目標回波,從而對目標的檢測和參數估計產生錯誤,即對雷B自導目標跟蹤形成了干擾;同樣,雷B發(fā)射信號的目標回波也可能被雷A接收并正常處理,對雷A自導目標檢測和跟蹤形成干擾。一旦出現相互干擾,兩雷的探測邏輯將會變得混亂,無法實現對真實目標的有效探測、參數估計、正常追蹤和攻擊[4]。目前主要采用兩雷劃分不同子帶并分別工作于不同頻段的方式來避免互擾。但這樣可能存在2方面問題:一是為了適應雙雷齊射,每條魚雷自導必須同時具備2個不同工作頻段,而實際使用中工作帶寬受到限制,只能工作于其中某一個特定頻段(雷A或雷B),不能充分發(fā)揮最大帶寬能力;二是隨著當今魚雷寬帶自導技術的快速發(fā)展和普遍應用,采用劃分不同子帶的方式
2T≤1,每幀重疊T,比較每段峰值,找出最大值對應的信號段q,則目標距離[14]Rc2(11)其中0(2)22TTsqT(12)2.2仿真驗證假設魚雷自導發(fā)射LFM脈沖信號,中心頻率為0f25kHz,調頻斜率為k40kHz/s,脈沖寬度0t100ms,采樣頻率為150kHzsf,魚雷與目標距離R1500m,魚雷速度1v25m/s,目標速度2v10m/s,噪聲下檢測,信噪比0dB,對噪聲進行濾波處理后,則目標回波信號波形如圖3所示,其中A為信號幅度。圖3目標回波信號波形Fig.3Waveformofthetargetechosignal首先,采用離散尺度化法對其進行量綱歸一化處理,并確定歸一化區(qū)間;然后,按照上節(jié)目標檢測方法對目標回波信號展開搜索,如圖4所示。圖中,2PXu為目標回波信號經FRFT后,其能量在p,u二維平面上的分布,其峰值點對應于二維坐標p1.016304、u19.955176處,由式(6)~式(7)可得,k38423.80Hz/s,0f24448.02Hz;又因為q41,由式(8)~式(12)可得尺度壓縮因子s0.980099,00.00141758s,則時間延遲1.975910s,目標距離R1481.93m,相對速度V15.08m/s。參數估計值與真實值對比如表1所示。圖4目標回波信號檢測結果Fig.4Detectionresultofthetargetechosignal表1回波檢測參數估計值與真實值對比Table1Comparisonofestimatedandactualparam-etersoftheechoderection量值RV實際值1500m151ms估計值1481.93m15.081ms
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于分數階傅里葉變換的水下目標速度估計[J]. 謝硯同,彭圓,張風珍,張釗輝,曹琳. 數字海洋與水下攻防. 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]聲自導魚雷雙雷齊射有關技術與戰(zhàn)術問題分析[J]. 張靜遠,王鵬. 魚雷技術. 2013(04)
[4]基于分數階傅里葉變換水下目標距離及速度的聯(lián)合估計[J]. 馬艷,羅美玲. 兵工學報. 2011(08)
[5]艦載反魚雷魚雷齊射作戰(zhàn)能力研究[J]. 姜凱峰,周明,葛津華,林宗祥. 艦船科學技術. 2010(11)
[6]聲自導魚雷互導問題初探[J]. 劉影,周明,高涌,于樂強. 艦船科學技術. 2006(04)
[7]分數階傅里葉變換數值計算中的量綱歸一化[J]. 趙興浩,鄧兵,陶然. 北京理工大學學報. 2005(04)
本文編號：3620170
【文章來源】：水下無人系統(tǒng)學報. 2020,28(06)北大核心
【文章頁數】：8 頁
【部分圖文】：
圖5雙雷齊射抗互擾總體方案Fig.5Thegeneralscgemeofanti-mutualundertwo-torpedosalvo
標機動區(qū)域和散布誤差,使目標落入自導搜索扇面的可能性增大[2];相對于連射,齊射能在較短的時間內完成射擊準備,在相同陣位上獲得更高的命中概率或在更遠的射擊陣位上獲得相同的命中概率[3],從而有效提高對目標的探測和毀傷能力。但雙雷齊射情況下,由于同一區(qū)域2條魚雷的自導系統(tǒng)同時工作,其中一條魚雷的發(fā)射信號經目標反射產生的回波可能被另一條魚雷的自導系統(tǒng)接收,出現兩雷相互干擾的問題。因此,雙雷齊射條件下抗互擾已經成為各魚雷自導的重要性能指標。雙雷齊射態(tài)勢如圖1所示。圖1雙雷齊射示意圖Fig.1Schematicdiagramoftwo-torpedosalvo圖1中,齊射的雙雷A和B同時對于同一目標區(qū)域進行目標搜索,這種情況下,雷A發(fā)射信號經目標反射產生的回波信號可能被雷B自導系統(tǒng)接收,導致雷B誤以為是自身發(fā)射信號產生的目標回波,從而對目標的檢測和參數估計產生錯誤,即對雷B自導目標跟蹤形成了干擾;同樣,雷B發(fā)射信號的目標回波也可能被雷A接收并正常處理,對雷A自導目標檢測和跟蹤形成干擾。一旦出現相互干擾,兩雷的探測邏輯將會變得混亂,無法實現對真實目標的有效探測、參數估計、正常追蹤和攻擊[4]。目前主要采用兩雷劃分不同子帶并分別工作于不同頻段的方式來避免互擾。但這樣可能存在2方面問題:一是為了適應雙雷齊射,每條魚雷自導必須同時具備2個不同工作頻段,而實際使用中工作帶寬受到限制,只能工作于其中某一個特定頻段(雷A或雷B),不能充分發(fā)揮最大帶寬能力;二是隨著當今魚雷寬帶自導技術的快速發(fā)展和普遍應用,采用劃分不同子帶的方式
2T≤1,每幀重疊T,比較每段峰值,找出最大值對應的信號段q,則目標距離[14]Rc2(11)其中0(2)22TTsqT(12)2.2仿真驗證假設魚雷自導發(fā)射LFM脈沖信號,中心頻率為0f25kHz,調頻斜率為k40kHz/s,脈沖寬度0t100ms,采樣頻率為150kHzsf,魚雷與目標距離R1500m,魚雷速度1v25m/s,目標速度2v10m/s,噪聲下檢測,信噪比0dB,對噪聲進行濾波處理后,則目標回波信號波形如圖3所示,其中A為信號幅度。圖3目標回波信號波形Fig.3Waveformofthetargetechosignal首先,采用離散尺度化法對其進行量綱歸一化處理,并確定歸一化區(qū)間;然后,按照上節(jié)目標檢測方法對目標回波信號展開搜索,如圖4所示。圖中,2PXu為目標回波信號經FRFT后,其能量在p,u二維平面上的分布,其峰值點對應于二維坐標p1.016304、u19.955176處,由式(6)~式(7)可得,k38423.80Hz/s,0f24448.02Hz;又因為q41,由式(8)~式(12)可得尺度壓縮因子s0.980099,00.00141758s,則時間延遲1.975910s,目標距離R1481.93m,相對速度V15.08m/s。參數估計值與真實值對比如表1所示。圖4目標回波信號檢測結果Fig.4Detectionresultofthetargetechosignal表1回波檢測參數估計值與真實值對比Table1Comparisonofestimatedandactualparam-etersoftheechoderection量值RV實際值1500m151ms估計值1481.93m15.081ms
【參考文獻】：
期刊論文
[1]基于分數階傅里葉變換的水下目標速度估計[J]. 謝硯同,彭圓,張風珍,張釗輝,曹琳. 數字海洋與水下攻防. 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]聲自導魚雷雙雷齊射有關技術與戰(zhàn)術問題分析[J]. 張靜遠,王鵬. 魚雷技術. 2013(04)
[4]基于分數階傅里葉變換水下目標距離及速度的聯(lián)合估計[J]. 馬艷,羅美玲. 兵工學報. 2011(08)
[5]艦載反魚雷魚雷齊射作戰(zhàn)能力研究[J]. 姜凱峰,周明,葛津華,林宗祥. 艦船科學技術. 2010(11)
[6]聲自導魚雷互導問題初探[J]. 劉影,周明,高涌,于樂強. 艦船科學技術. 2006(04)
[7]分數階傅里葉變換數值計算中的量綱歸一化[J]. 趙興浩,鄧兵,陶然. 北京理工大學學報. 2005(04)
本文編號：3620170
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