车载机动雷达（共7篇）
车载机动雷达 篇1
现代化武器装备的改进和升级,对于我国军队实现信息化建设的发展目标具有重要的保障作用。作为一种性能可靠的装备武器,反辐射导弹(ARM)在实际的应用中取得了良好的作用效果,在跟踪摧毁雷达辐射的应用中取得了良好的应用效果。为了提高防空雷达在作战过程中遭受反辐射导弹时的生存几率,需要从多个方面对车载机动雷达性能的改善进行重点的考虑,增强它对ARM的实际对抗效果。
1 雷达间歇辐射对抗ARM机理分析
为了提高车载机动雷达在对抗反辐射导弹的生存几率,需要充分地发挥出雷达间歇辐射的优势,最大限度地保证防空作战中雷达的安全性能,为现代化军队综合作战能力的增强提供可靠地保障。雷达间歇辐射的主要工作原理是指在高压辐射侦查及断高压静默这两种工作状态的影响下,雷达可以通过一定的工作方式进行频繁地变换,进而形成不断变化的电磁信号,促使ARM截获车载机动雷达的时间大大地延长,为雷达在对抗反辐射导弹过程中生存几率的提高带来了重要的保障作用。在雷达采取间歇辐射工作方式的影响下,随着侦察跟踪目标精度的不断变化,雷达的间隙时间也会发生相应的变化,在提高雷达工作效率的同时,也降低了雷达被反辐射导弹截获的几率,从根本上保证了雷达在这种战争模式下的正常工作,有利于实现雷达生存几率提高的战略目标。
2 一种提高车载机动雷达对抗ARM生存概率的方法
在一定的时间间隔内有效对规避反辐射导弹的侦察,进而提高雷达在这种导弹对抗过程中的生存几率,需要将车载机动雷达与间歇辐射的工作方式有效地结合起来,从而达到实际作战计划的具体要求。车载机动雷达有效地避开ARM的攻击,主要是通过在雷达实际活动的范围内通过相关的机动设施,进而达到规避反辐射导弹攻击的方法。这种方法的主要工作原理是通过加大反辐射导弹引头在侦察地面或者具体目标的过程中所产生的测角误差率,进而降低这种导弹摧毁雷达的几率,从而为车载机动雷达的正常使用提供可靠地保障。在这种的工作机制中,车载机动雷达可以利用自身的特性及ARM侦察时的时间差与测角误差,从而采取必要的措施摆脱被反辐射导弹的追踪,进而达到提高自身生存概率的最终目的。
结合ARM攻击雷达的工作机制,可知影响这种导弹攻击雷达的主要阶段有:(1)在一定的时间内截获雷达信号阶段;(2)通过对截获到雷达信号的分析,进而对雷达进行精确地定位。针对反辐射导弹这样的工作机制,提高雷达在对抗这种导弹过程中的有效方法便是:采用静默与开机相结合的雷达间歇工作方式,延长ARM截获雷达的时间,主要针对的是ARM工作时的第一阶段;利用车载机动的优势,随时改变雷达的具体位置,弱化ARM跟踪定位能力,降低它命中雷达的几率。这样的工作机制,主要适用于反辐射导弹工作时的第二阶段。因此,做好第一阶段与第二阶段相互结合的防御工作,可以有效地提高雷达与ARM对抗过程中的生存概率。这也是一种提高车载机动雷达对抗ARM生存概率方法的主要工作原理。
在实际的研究过程中,采用车载机动与间隙辐射相结合的工作方式,是提高雷达与ARM对抗过程中生存概率的主要方法。在这样的工作模式中,车载机动雷达可以以间歇开机的工作方式,逐渐形成闪烁的电磁信号,使得周围的整个工作环境能够被闪烁的电磁信号包围,在减少载机侦察设备的同时可以有效地降低ARM的命中率,最大限度了保证了雷达作战过程中的安全性。
车载机动与间歇辐射相结合的工作方式,影响了ARM截获雷达信号连续性,使得这种导弹在实际的工作过程中不得不随时地调整自身的准备时间,进而影响了整个制导工作效率,降低了制导时的精确性。即使ARM在一定的时间内截获了雷达信号,在这种导弹发动攻击时的准备阶段,车载机动雷达将会实时地调整自身的工作模式,由原来的辐射模式转变为静默模式,导致ARM无法连续性地探测雷达信号,实际的攻击工作效率也便逐渐地降低。与此同时,车载机动雷达的灵活性好、机动能力强,在实际的工作过程中可以利用各种高科技技术手段相结合的优势,确定出ARM大致的攻击范围,进而做出针对性的工作部署,有效地降低了ARM的命中率。除此之外,间歇辐射与车载机动相结合的方式,可以保证雷达在规避ARM攻击的同时继续完成自身的侦察任务,提高整体的工作效率。在具体的设计过程中,技术人员应该将雷达的静默时间与辐射时间设置为随机变化,促使ARM在实际的工作过程中无法顺利地完成攻击任务,进而为我国现代化防空作战能力的增强提供可靠地保障。
3 结语
反辐射导弹(ARM)的存在,对于车载机动雷达的正常使用带来了巨大的威胁,容易降低这种雷达的生存几率,进而影响军队的防空作战能力。基于此,为了使车载防空雷达在实际的应用中能够避开反辐射导弹的干扰,提高雷达的作战过程中的生存几率,需要相关的技术人员采取必要的措施优化车载机动雷达的安全性能,为其实际侦察能力的提高提供可靠地保障。文中通过对一种提高车载机动雷达对抗ARM生存概率的方法的说明,客观地体现了合理运用这种方法对于现代化军队作战能力增强的重要作用。
参考文献
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车载雷达牵引车的选型 篇2
关键词：雷达,半挂列车,牵引车,牵引力,爬坡度
0 引 言
为了适应现代电子战的需要,提高雷达抗打击和摧毁能力,将地面雷达安装在天线车上,使地面雷达在受到敌方威胁的情况下,迅速转移到安全地域,同时又能迅速展开,并恢复正常工作,从而为指挥系统提供可靠的数据。天线车不但是雷达天线的工作平台,同时又是雷达天线的运输载体,所以雷达天线半挂列车牵引车的选型就显得极为重要。本文采用简便的计算方法,列出了雷达天线半挂列车牵引车的牵引力和爬坡度的计算公式,并给出了牵引车选型的步骤和原则。
1 雷达天线半挂列车的组成及载荷分布
雷达天线半挂列车主要由雷达天线结构系统、雷达天线半挂车和牵引车等三部分组成,图1为天线半挂车和牵引车的连接关系结构简图。
图1中:P1为雷达天线的质量(单位:kg);P2为雷达天线半挂车的质量(单位:kg);F1为雷达天线半挂车后轴所承受的载荷(单位:N),F1=(P1 + P2)×g- F2;F2为雷达牵引车鞍座所承受的载荷(单位:N),F2=(P1×L1+ P2×L2)×g/L3。
2 平坦道路牵引车牵引力的计算
牵引车选型的主要目的是选择的牵引车能够通过半挂车将雷达结构系统可靠安全地、并以一定速度转移到目的地。
对于雷达天线半挂列车牵引车的选型不但要考虑到牵引车的功率、牵引能力,同时也要考虑雷达半挂车的载荷分布。
2.1 计算所用各量的符号及名称
rq为牵引车车轮滚动半径(驱动轮)(单位:m);iq为牵引车(从发动机到驱动轮)的总传动比;η为传动效率;P为发动机最大功率(单位:kW);Ft为驱动力(牵引车发动机所具有的牵引能力)(单位:N);Fk为牵引车的附着力(单位:N);n为发动机转速(单位:rad/min);Ff为滚动阻力(单位:N);Fw为空气阻力(单位:N);Fi为坡度阻力(单位:N);Fj为加速阻力(单位:N);Fb为雷达天线半挂列车运行所需要的最小驱动力(单位:N);m为牵引车的质量(单位:kg);φ为附着系数;fg为滚动阻力系数;D为动力因数;A为牵引车迎风面积(单位:m2);CD为空气阻力系数(0.6～1.0);u为相对速度(无风时,即为汽车速度)(单位:km/h);α为道路坡度(单位:(°));a为汽车运行加速度(单位:m/s2);g为重力加速度(单位:m/s2)。
2.2 计算公式
2.2.1 牵引车的驱动力Ft
牵引车的驱动力是由发动机的功率、效率、及发动机到驱动轮轴之间的传动比所决定的。
注:牵引车在不同档位工作时,若发动机转速n不同,则牵引车的驱动力Ft不同。
2.2.2 牵引车的附着力Fk
牵引车的附着力是指牵引车在不同负载,不同道路条件下,地面对牵引车驱动轮所能提供的最大切向力,主要由牵引车的质量,牵引车鞍座负载大小及道路条件决定。
对于非全驱动牵引车,牵引力则按下式计算:
式中:N为(mg+F2)分布在牵引车驱动轮上的载荷;φ为附着系数,其数值见表1。
2.2.3 雷达天线半挂列车运行需要的最小驱动力Fb
半挂列车所需要的最小驱动力是指能够将雷达天线半挂列车及其所安装的雷达拖动的最小驱动力。
式中:fg为滚动阻力系数,其数值见表2。
2.2.4 半挂列车行驶方程
半挂列车要能够正常行驶,必须满足如下方程:
式中:Ff=(mg+F1+F2)fg;
3 雷达天线半挂列车爬坡度的计算
3.1 按照发动机的能力计算爬坡度
式中:D= (Ft- Fw)/G;G=(m+P1+P2)g。
雷达天线半挂列车在爬坡时,牵引车一般以Ⅰ挡行使,此时,雷达天线半挂列车的行驶速度小于30 km/h,在无风情况下,Fw可不计。
3.2 按照道路地面附着能力计算爬坡度
式中:Gq=mg+F2,为牵引车总重量;φ=0.7,为附着系数;G=(m+P1+P2)g为列车总重量。
3.3 雷达列车爬坡度的确定
比较式(6)、式(7)的计算结果,计算结果较小者即为所选牵引车牵引下雷达列车的最大爬坡度。
4 牵引车的选型步骤及原则
选取雷达天线半挂列车牵引车时,首先依照以上的分析计算,利用式(1)和式(5),便可以求出不同速度下牵引车的功率。其次,还必须满足以下原则:
(1) Fk≥Fb。否则,牵引车只有原地打滑,并不能拖动半挂车及雷达天线。
(2) 为了雷达列车的安全,在设计车载雷达天线结构系统时,雷达天线半挂车长度确定后,一定要合理布局,使F2必须小于所选牵引车的鞍载质量、F1小于天线半挂车后轴的承载能力。必要时,可以选择双轴或双轴以上的联合桥。
(3) 所计算的爬坡度必须满足工程要求。
5 实 例
某型雷达天线半挂车的载荷参数为:P1=1.15×104 kg,P2=1.95×104 kg,m=1.081×104 kg,L1=2.6 m,L2=3.9 m,L=8.75 m,要求爬坡度不小于11°。
暂选牵引车的型号为ND4253(2534AS),其性能参数如下:
牵引车的质量为10 810 kg;鞍座最大可承受的载荷为1.406×105 N;牵引车的功率为250 kW;发动机转速为2 000 r/min;牵引车车轮滚动半径为0.53 m;低速时的总速比为170;传动效率为79%。
牵引车匀速运动时,代入数据经过计算可得:
F2=1.17×105 N,小于牵引车鞍座最大可承受的载荷。
P=179.6 kW;Fk=1.58×104 N;Fb=8.36×103 N。
由此可知,Fk>Fb,满足要求。
按照发动机的能力(式(6))计算爬坡度α=30.17°。
按照道路地面附着能力(式(7))计算爬坡度α=19.66°。
所以本雷达天线列车的最大爬坡度为19.66°。
通过以上计算结果可知:所选牵引车可满足工程实际要求。
6 结 论
通过上述简单计算便可确定所需牵引车的功率、型号和雷达列车的最大爬坡度, 也可以通过上述式(1)、式(6)、式(7)计算出牵引车在各档位工作时雷达列车的爬坡度。
参考文献
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车载机动雷达 篇3
目前汽车防撞系统按目标探测方式主要有激光、超声波、红外等一些测量方法, 不同的目标探测方式其工作过程和原理有不同之处, 但其主要目的均是通过前方返回的探测信息判断前方车辆和本车间的相对距离, 并根据两车间的危险程度做出相应的预防措施。毫米波雷达测距在原理上和以上几种测距方式类似, 但其克服了其他几种探测方式在汽车防撞运用中的缺点, 具有稳定的探测性能和良好的环境适应性[2]。相对于一般雷达波, 线性调频连续波 (FMCW) 具有较大的时带积, 且具有结构简单、体积小、重量轻和较低的截获率, 比较适宜测量近距离目标, 是目前车用防撞雷达的普遍选择方式。
现代FMCW雷达系统并不依据回波信号的幅度来判定目标距离, 而是通过处理差频信号来确定。一种典型的FMCW雷达目标距离和速度检测方法是将发射波和回波的信号差频, 再对获取的差频信号作Fourier频谱分析, 即利用模/数转换器 (ADC) 将获取的差频信号转换为数字信号, 再通过快速傅里叶变换 (FFT) 对频谱进行分析。然后根据相应的信号处理算法求出频率值, 计算得到目标可能的距离和速度信息, 最后根据相关算法剔除虚假目标, 确定目标的真实速度和距离[3]。
1 FMCW雷达相关理论及多目标检测
FMCW雷达[4]基本原理是利用发射信号和回波信号之间的频率差来确定目标的速度和距离[5], 传统的FMCW信号如图1所示。图1中fc为调制信号的中心频率, f0为起始频率, B为调制带宽, td为发送信号和接收信号的延迟时间, Tm为调制周期。
FMCW[6]雷达信号经运动目标反射后的回波波形, 出了有一个时间上的延时td外, 还包含一个多普勒频偏fd。差频在上升段和下降段的频率分别为fbu和fbd。其表达式可表示为fbu=fr-fd和fbu=fr+fd, 其中为目标物体相对静止时差频信号的频率, 为多普勒频移[7]。最终目标的距离和速度如式 (1) 所示
在检测单个目标的情况下, 上述方法是简单可行的, 表现出了良好的实时性和和测速测距的功能, 但是当前方出现多个目标时, 回波信号是多个点目标回波信号的叠加, 其差频信号也可以近似为是各个目标回波信号和发射信号差频信号之差。因此假设回波信号中包含n个目标, 对频率上升段的差频信号进行频谱分析可以得到n个谱峰, 它们分别代fa1, fa2, …, fan如图2所示, 同时下降段的差频信号进行频谱分析也可以得到n个谱峰, 它们分别代表fb1, fb2, …, fbn, 如图3所示, 由于无法得到两组谱线的对应关系, 实际上根本无法得到距离和速度信息, 如果考虑所以的可能性, 也就是考虑这两组谱线所有的两两组合, 那么可以得到n2组距离和速度信息,
按照上述方法进行组合分析, 可知上升段和下降段都有3根谱线, 组合得到9组目标速度和距离的值, 其中只有3组数据代表真实目标的距离和速度, 其他6组是由于缺乏相关性而造成的假目标。由式 (1) 进行配对处理后, 可得n2组目标的速度和距离
式 (2) 中, i, j, i∈[1, n]且是整数。
2 采用FMCW+CW的多目标检测
车载FMCW雷达对多目标的检测, 文献[2]提出了变周期调频连续波雷达信号, 文献[3]提出了变斜率连续波雷达信号, 这两种方法虽然都能解决多目标检测中剔除虚假目标的问题, 但是变周期调频连续波雷达信号a段、b段、c段信号分别要计算6次FFT, 变斜率连续波雷达信号a段、b段也需计算4次FFT, 这两种算法都存在运算量较大、算法复杂、实现困难的问题, 都会导致车载雷达的成本增加和性能降低[8]。
本文在文献[2~3]的基础上提出了一种新的雷达发射波形, 如图6所示, 仅需做3次FFT运算, 再根据比配算法, 就能准确地确定目标真实距离和速度, 不仅可以较好地解决多目标检测中的剔除虚假目标问题, 还能有效降低运算量, 简化算法, 提高效率。
为实现剔除虚假目标, 新发射波形中利用CW的多普勒测速功能, 检测出目标的多普勒频率, 由多普勒频率估算出目标速度υυi, 再由FMCW段差频信号推算出n2组速度和距离值, 最后将υυi与FMCW中推算出的n2个υi进行匹配, 剔除虚假速度和距离, 确定真实的n组目标速度和距离, 算法实现如图7所示。
3 仿真结果与分析
仿真中FMCW+CW防撞雷达参数设置工作频率fc=24 GHz;a段、b段、c段信号周期相同, T=22.5 ms, 调制带宽B=300 MHz。假设存在3个目标, 距离分别为R1=150 m, R2=100 m, R3=60 m速度分别是υ1=120 km/h, υ2=90 km/h, υ3=50 km/h。通过Matlab编程并添加高斯白噪声对算法进行仿真, 仿真结果如图8所示。
考虑到存在噪声、测量误差和其他因素的影响, 对a、b段和c段数据分析时, 估算出真实目标的值必然有所偏差。因此, 为了数据处理时准确地定位目标, 要分别确定距离和速度的相关阈值, 只要距离和速度的误差在阈值Δυ范围内, 即可认定为同一个目标, 如式 (3) 所示
式中, υυi为CW段多普勒频率求解的速度;Δυ为速度步长间隔, 可根据式 (4) 求解
式中, fc为调制信号的中心频率;c为光速;fs采样频率;Ns为采样点数。
4 结束语
针对传统FMCW波形无法实现多目标检测, 变周期和变斜率算法在求解距离和速度信息时存在的运算量较大、算法实现复杂等问题, 提出了一种改进的波形, 通过对理论和仿真结果分析可以看出, 改进后的波形不仅能有效的剔除虚假目标, 准确地检测出多目标并求解出真实目标对应的距离和速度信息[9,10], 改进后的方法相对于变周期和变斜率检测方法在噪声情况下明显地提高了检测概率, 而且简化了算法、降低了运算量、提高了效率、便于工程实现。
摘要：针对传统的线性调频连续波 (FMCW) 雷达在多目标检测中存在距离速度耦合的缺陷, 提出了一种FMCW+CW的改进方法, 利用CW回波多普勒频率估算出的速度来剔除雷达多目标检测中存在的虚假目标, 有效地解决了从多目标中检测真实目标的问题, 并能估算出目标的速度和距离信息。计算机模拟仿真的结果证明了理论分析的正确性和新方法的有效性。
关键词：调频连续波,多目标检测,汽车雷达,测速测距
参考文献
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车载机动雷达 篇4
1 机箱的结构设计
为降低成本、减少工期, 采用威图公司生产的户外紧凑型标准机箱进行改造设计。该机箱规格为宽×高×深=600mm×380 mm×350 mm, 为卧式单侧开门机箱, 箱体和箱门通过铰链连接, 在箱体底部开有一传输线口用来连接电源和信号线。根据系统功能要求, 机箱内加装一块安装200 mm×150 mm的触摸屏和滤波器及空气开关等控制器的操作面板, 顶部安装防雨蓬, 右侧需安装电缆转接板。
通过开孔、焊接等方式对机箱进行改装, 一方面满足系统的功能性要求, 另一方面达到所需的机械、电磁兼容等指标要求。改造前后的机箱外形图如图1所示。改造后的控制箱可以看出其结构主要是由箱体、雨蓬、面板及转接板组成。面板通过铰链固定在箱内, 左侧用收缩搭扣和松不脱螺钉固定在箱体框架上。
1.1 机箱的器件布局及内部走线设计
方位举升控制柜器件布局遵循的原则是强电部分和弱电部分分区域集中布局方式, 如所有空气开关装在一根导轨上, 交流接触器和继电器装在另一根导轨上, 两根导轨的周围是加热器, 温控器, 电源滤波器 (防止电网的干扰进入本系统, 同时也可阻断本系统的干扰进入电网) , 此区域所有器件都和强电有关, 将其集中在一起, 有利于减少对弱电部分的干扰。
转接板上的插座XS01～XS06是强电输入输出, XS07～XS10是CAN通讯接口, XS11～XS14是24 V电源输出, 在布局时将它们分区集中在一起。
方位举升控制柜内部走线遵循的原则是强电部分和弱电部分分开走, 如本系统的强电部分导线走在右侧, 弱电部分走在左侧。这样, 能有效消除走线不合理带来的干扰。
安全地线接入原则是各部分单独走线, 最后单点共地。这样, 能有效消除共地不合理带来的干扰。
CAN通讯抗干扰能力虽然强, 但在控制柜内全部用屏蔽电缆, 电缆屏蔽层两头接地, CAN+和CAN-信号线双绞处理, 以减少通讯时的误码率。
1.2 防雨、防尘、防盐雾的设计
1.2.1 防雨
根据技术指标的要求, 该机箱要求在工作和运输两种状态下都能防雨。在机箱顶部安装防雨蓬。转接板与侧板之间增加密封橡胶条, 插头座的固定全部带密封胶固定。所有零部件、元器件都具有防潮湿、防盐雾、防霉菌的能力。对半键元器件、环境敏感的元器件进行灌封处理, 并特别加强电缆接头、插头座、接口、变压器等的“三防”措施。
1.2.2 防尘、防盐雾
机箱的进风口, 出风口采用成熟的某公司室外电子产品专用空气过滤器技术。并另将加工过的机箱进行热喷铝后再重新涂覆处理。
2 色彩的设计
机箱的色彩由于使用环境的特殊性, 采用的是颜色较深的中绿色。为了弥补视觉上较暗淡的不足, 机箱的涂覆采用了表面为桔纹的喷塑方法, 以此营造出类似于非金属材料的肌理, 在总体上给人一种柔和、明快的感觉。
3 电磁兼容设计
为提高机箱的屏蔽性能, 本机箱采用密封结构, 进行了导电氧化处理, 在箱体与门的接触面、箱体和转接板的接触面都安装了用于典型军用/航空航天场合的优质导电橡胶屏蔽条, 保证了整机的电连续性, 从而实现了较好的屏蔽效果。
4 热设计
通过对风道的特别设计, 保证在特定条件下进、出风口能带走最大热量, 满足了模块正常的工作条件。
冷风从箱体底部右侧的进风口通过空气过滤器, 以大于3 m/s的风速流经组件模块之间的间隙, 与组件壳体进行热交换后经箱体左端的风扇、空气过滤器、从箱体底部左侧出风口流出。设计时箱体底部的出风口大于箱体底部的进风口, 箱体底部的进风口的有效面积不小于0.015 m2。设计箱体时, 对风道的设计要考虑周到, 防止风向短路。
5 抗振性设计
振动和冲击常常给电子设备造成很大危害, 使其损坏而不能正常工作。为了隔振和缓冲, 根据该机柜的重量和重心, 在底框的底座上安装了4个E60减振器。
6 结语
该机箱采用对标准室外机箱进行改造加固设计, 使之适用于某车载天线的方位举升控制系统。经过多方测试及验证, 还通过了冲击、振动等一系列试验, 证明该机箱在加固方式, 走线布局、刚强度设计及热设计各方面均考虑合理。特别适用于迫切需要降低生产成本、减少工期的应用场合。
参考文献
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[2]曹白杨.电子组装工艺与设备[M].北京:电子工业出版社
车载机动雷达 篇5
关键词：车载雷达,天窗,升降机构,机电控制系统,设计方式
雷达机电控制, 整合了继电器、对应着的驱动器, 建构控制模式。这种惯用模式, 平日之中的响应偏慢, 且控制柜耗费掉的舱体空间偏多。系统没能提升柔性, 设计成型以后, 很难再去变更。车载雷达天窗、体系架构之中的升降机构, 采纳了机电及自动控制。新颖情形下的机电体系, 省去了偏多耗费, 保障体系稳定。这类车载系统, 应对了突发态势下的恶劣气候, 带有临时变更的优势。
1 机电总体架构
车载架构内的雷达天窗、车载升降系统, 都包含新颖特性的机电控制。控制体系硬件, 是带有智能特性的伺服配件, 这种电机被设定成主体的管控单元。驱动控制配件衔接着操作盒、天窗交流电机、升降管控必备的配件、传感器单元等。这种布设方式, 建构了整体架构下的机电控制。设计路径中, 采纳惯用的C语言, 拟定了细化流程。在操作页面之中, 设定驱动参数, 以便管控整体体系。
2 新式硬件搭配
系统硬件框架, 包含小规格特有的电源模块、电机驱动配件。这种伺服电机, 带有高功率独有的优势, 采纳标准软件来建构支撑。它整合了更高层级的运动控制、功率放大装置、网络架构之中的新式通讯。不用布设额外驱动, 即可启闭天窗。这种配件固有的质地优良, 占据空间被缩减, 提升响应速率。采纳直接控制, 提升了固有的灵活水准。
天窗运动控制、车载升降机构, 带有互锁的倾向。具体而言, 天窗启动至拟定好的方位时, 体系才可供电。在这个时点, 升降范畴的关联动作, 并不受到限制。唯有升降至设定好的下限之时, 天窗才会供电。在这时, 电动天窗关涉的常见动作, 都摆脱了限制。
3 多项新颖性能
3.1 控制互动界面
车载雷达管控的天窗及升降, 采纳人机显示, 把它设定成最佳界面。这种人机界面, 衔接着手动操控, 它并不关涉控制柜。依托操控按钮, 能够启停天窗, 有序升降这样的构件。筛选适宜模式, 提升宏观情形下的电机性能。触发按键以后, 驱动接口即可传递精准指令。
手动操控面板布设的指示灯, 也反应这一指令。指示灯表征的内涵, 包含这一时点的传感状态、电源通电情形、出错报警信息。操作盒添加了通断管控必备的按钮, 若发觉意外情形, 迅速切断贯通的总电源, 以便处理意外。这种控制步骤, 便利常规调试;在平常步骤中, 也增添了安全性。
3.2 随时予以测定
随时测定某一时段的控制状态, 在开关特有的构件周边, 添加了传感器。与此同时, 在天窗固有的构架之中, 添加了带有感应倾向的某类铁片。天窗移动至特有的端点时, 传感配件能判别这一方位, 予以精准回应。升降机构附近, 也添加类似配件, 以便检定反馈得来的升降状态。升降传感紧密衔接着限位开关, 若升降触发这一开关, 则升降运动原初的速率就缩减至零。触发限位开关, 应对紧急态势下的突发情形, 保障升降安全。
3.3 设定电动天窗
机电架构内的电动天窗, 包含导轨及顶盖、减速配件及交流电机、齿条齿轮这样的附带配件。天窗衔接的顶盖, 包含深沟球特有的某一轴承。体系中的导轨, 能保障最佳数值的直线度。伺服电机布设了制动配件, 断开电源以后, 它能固定住周边的电机轴, 不让它们旋转。减速器特有的周边, 添加了输出轴;顶盖添加齿条。依托齿轮传动, 顺利启闭顶盖。这种传动架构, 提升了成效性及荷载力, 带有可靠及便捷的独有优势。
4 拟定软件流程
4.1 软件控制路径
天窗及升降配有的软件控制, 采纳更高层级的编程。智能伺服被设定成中心, 整合了本源的微机控制、多重路径的传感控制, 便于体系拓展。伺服驱动路径下的控制架构, 能辨识各时段的传感信号、人机控制数据。依托驱动处理, 拟定关涉的某一指令。这种精准指令, 紧密关联着接续的升降活动、天窗运动流程。
总体驱动框架, 涵盖天窗机构、必备的升降机构, 满足彼此互锁。按照解析得来的多重功能, 结合某一时点的信息输入, 来辨识传感配件现有的状态。传感配件凸显的数值是1, 则表征它被触发;若对应数值被设定成0, 则它并没被触发。
4.2 搭配适宜参数
天窗衔接着的伺服驱动, 直接管控着这个范畴的电机。拟定了C语言, 来管控完备的程序。设定好的驱动参数, 紧密关联特有的PC机。设定的多重参数, 应考量各时段的编程。具体而言, 拟定精准的这类参数, 依照如下路径:
第一步, 衔接控制卡, 获取通道句柄。拟定好的某一通讯路径, 对应唯一句柄。开启关联设备, 获取体系架构内的设备句柄。应注重的是, PMD特有的配件, 对应拟定好的唯一句柄。
第二步, 开启必备的轴, 获取关涉的轴句柄。设定精准参数, 包含本体特有的电机类别、初始化时段的PID。控制装置之内, 应随时查验这一时段的传感状态。
第三步, 依照辨识出来的信号, 判别这种态势下的运动倾向、运动之中的可行性。对于按键信号, 应能随时响应。天窗驱动态势下的伺服系统, 应拟定必备流程。
5 结语
建构在伺服驱动根基之上的升降体系、车载天窗等, 提升了原有的自动化水准, 带有高层级的可靠特性。机电控制配有简易架构, 能随时辨识、操控这类系统。按照用户需求, 把惯用的这类设计延展至更广范畴。这种新颖架构, 提升自动化这样的水准, 采纳了带有模块特性的新颖控制路径。
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车载机动雷达 篇6
随着社会经济和工业技术的发展,交通运输业日益兴旺,汽车的数量在大幅攀升。交通拥挤状况也日趋严重,撞车事件屡屡发生,造成了不可避免的人身伤亡和经济损失; 针对这样的情况,设计出一种响应速度快,可靠性高且经济的汽车倒车监控雷达系统是势在必行的,超声波测距法是最常见的一种距离测距方法,应用于汽车停车的前后左右防撞的近距离,低速状况,以及在汽车倒车防撞报警系统中[1]。超声波距离传感器利用超声波检测车辆后方与障碍物距离,并通过一些声光提醒方式,做到提醒驾驶人员的作用[2]。
由于各种交通事故的频繁发生,为了避免不必要的经济损失,致力于开发如汽车防撞装置等主动式汽车辅助安全装置,从而减少驾驶员的负担和错误判断,对于提高交通安全将起到重要的作用[3]。显然,此类产品的研究开发具有极大的实现意义和广阔的应用前景,本文设计车载倒车雷达监控系统实现了增大监控范围和减小监控盲区的优势,从而从最大程度上保证了驾车的安全。
1 系统总体方案的设计
1. 1 系统的设计思想
本系统采用低功耗16 位的TI单片机MSP430F149 作为本设计的核心元件,利用超声波测距原理、外部中断控制原理和单片机串口通信等原理[4],来实现一种具有五个超声波模块作为汽车倒车雷达监控系统,用来测量车身与障碍物之间的距离,通过设定的安全距离来确定车身的安全状态,如果车身离障碍物的距离小于安全距离,系统会驱动扬声器和蜂鸣器以不同的报警方式进行协同报警提醒驾驶员。系统电路板子可以通过液晶实时地显示五个不同超声波模块测得的距离,用户还好可以根据自己的理想情况在本系统的程序中设定不同的安全距离; 在本系统的电路设计中主要包括: 单片机最小系统电路、液晶显示电路、语音模块电路、串口通信电路和超声波模块驱动电路[5]; 超声波模块采用收发分开超声波模块,语音模块电路采用语音芯片ISD4004 作为核心语音芯片。本文所设计的车载倒车雷达监控系统安装在车身的简易示意图如图1所示。
1. 2 系统设计的具体要求
本文所设计的系统需要能够实现减小监控盲区,增加测距精度的功能,同时与市面上同类产品相比要具备更高的稳定性和灵敏度、更低的功耗和成本等优势[6]。因此在系统的设计上首先需要达到如下的基本要求:
1本系统的设计能够实现五个超声波模块测得距离在液晶模块上实时显示。
2可以通过语音模块播报五个超声波模块实时的监控距离,并且通过有效的措施解决影响超声波测距精度的问题,使得测量的距离更加精确。
3蜂鸣器能够实现发出不同声音频率的报警。4无论哪个超声波模块测得的距离小于设定的最小安全距离,语音模块电路都会驱动扬声器进行语音报警。
5语音模块能够根据用户的需要实现录制不同的语音。
6该系统能够通过USB接口与电脑进行串口通信和程序下载。
7系统需要较高的稳定性和灵敏度。
2 硬件电路的设计
2. 1 超声波模块电路的工作原理
超声波模块由单片机控制进行测距工作,该模块可以产生40k Hz的方波,直接驱动CD4049 芯片,后面的CD4049 则对40k Hz频率信号进行调理,使超声波传感器产生谐振[7]。由单片机负责计时操作,因为在本设计中单片机采用的晶振是12. 0MHz,所以系统的测量精度理论上可以达到毫米级。
超声波测距的算法设计: 超声波在空气中传播速度为每秒钟340 米( 环境温度在15℃时) 。t1是超声波发射的时间,t2是超声波返回的时间,t2- t1得出的是超声波接收与发射的时间差,假设t2- t1=0. 02s,则有0. 5 × 340 × 0. 02 = 3. 4m。由于在这10. 2 米的时间里,超声波发出到遇到障碍物物反射回来从而测得与障碍物的距离的测距原理如图2所示。
由于超声波测距会受环境温度的影响,因此需要根据环境温度对声速进行温度补偿,因此上述测量结果存在一定的误差; 但本文设计的新型车载倒车雷达监控系统要求灵敏度高和监控距离精确,声速的补偿公式和精确的距离测量公式如下所示:
式中: C为超声波声速; T为环境温度; L为测量距离; t1和t2为超声波发射与接收的时间。
关于超声波模块驱动电路这部分设计主要是利用MSP430F149 单片机P1 每个I/O口都具有中断控制功能,因此将五组超声波模块接收回来的信号分别送到单片机的P1. 3 - P1. 7 口上; 通过P5. 0 -P5. 4 来触发五组超声波模块发射40k Hz频率的超声波。五组超声波模块接口电路原理图如图3所示。
2. 2 影响测量精度的因素
1发射、接收时间对测量精度的影响及解决方案
对于接收到的回波,超声波在空气介质的传播过程中会有很大的衰减,其衰减成指数规律[8]。
设测量设备基准面距被测物距离为h,则空气中传播的超声波波动方程为:
则超声波在传播过程中有衰减并且频率越高,衰减越快,但频率的增高有利于提高超声波的指向性。
由此知超声波回波的幅值在传播过程中衰减很大,接收到的信号的幅值可能十分小,所以想要想判断捕获到的第一个回波确定准确的接收时间,必须对收到的信号进行幅值放大及比较后才能传给单片机( MSP430F149) ,否则不能正确地判断回波时间进而对超声波测量精度产生影响。
2温度对测量精度的影响及解决方案
声波在大气中传播的速度受介质的温度、密度及气体分子成分的影响,由公式( 4) 可知在空气中,声速只决定于气体的温度,因此获得准确的当地气温可以有效地提高测距时的测量精度。式中C0= 331. 4 m / s。在实际情况中温度每上升或者下降1℃ ,声速将增加或者减少0. 607m /s。本设计使用软件温度补偿,采用温度传感器,对外界温度进行测量。
2. 3 ISD4004 语音模块电路设计
在本设计中所设计的ISD4004 语音模块是采用ISD4004 - 08MP为核心的语音模块,具有8M的存储容量,该模块有咪头和扬声器驱动电路具有录音与放音的功能。ISD系列具有抗断电、音质好、使用方便、无需专用的语音开发系统的特点。测量数据经过单片机软件处理后,单片机发出语音地址和放音控制指令,同存储在语音芯片内部的语音地址进行比较,当两者相匹配时,最后由语音电路,并通过扬声器报出测量结果[9]。
2. 4 系统硬件电路的总体设计
在本设计中硬件电路的总体电路包括: MSP430单片机最小系统电路[10]、液晶显示电路、超声波模块电路、ISD4004 语音模块电路、蜂鸣器和发光二极管报警电路以及电源电路和下载接口电路,本设计电路具有录音与放音功能、超声波测距报警以及程序下载等功能,当超声波测到的距离小于等于55cm大于30cm时蜂鸣器开始报警并且发光二极管点亮; 当超声波测到的距离小于等于30cm大于15cm时蜂鸣器报警并且绿色和红色发光二极管都被点亮; 当超声波测到的距离小于等于15cm时蜂鸣器报警,发光二极管都被点亮,同时进行语音报警提示,在整个测量过程中液晶都会实时显示当前的状态,并且蜂鸣器以三种不同的频率进行鸣叫。在本系统用五组超声波探头安装在汽车车身的不同位置,用于监控车身距离障碍物的实际距离并通过液晶实时显示,并且可以通过语音模块播报五个超声波模块实时地监控距离; 四个发光二极管的亮灭的不同情况代表不同超声波模块的报警情况,系统的硬件结构框图如图4 所示。
系统的硬件电路结构框图如图4 所示,系统的硬件部分主要包括: MSP430F149 主控芯片、串口通信电路、时钟与复位电路、声光报警电路、ISD4004语音模块电路、夜间显示电路、五组超声波模块收发电路以及电源驱动电路,它们共同构成了完整的倒车雷达监控系统的硬件电路部分。
3 系统的软件设计
3. 1 系统主程序的设计
本文所设计系统在程序设计过中主要采用的是IAR软件运用C语言来进行编写MSP430F149 单片机驱动程序的[11],该软件功能强大能够实现硬件在线仿真方便找出程序错误的地方,这点对于程序员在线进行调试程序来说是一个非常大的优点。本系统的主程序流程图如图5 所示。
因此本系统的软件设计主要由主程序、超声波发生子程序、超声波接收中断程序、蜂鸣器与发光二极管组成的声光报警子程序、液晶显示子程序及语音报警模块的驱动程序组成。其中超声波模块的驱动程序和语音模块的驱动程序的设计相对重要,因此下面着重对这两部分的程序的设计进行叙述。
3. 2 超声波模块驱动程序的设计
由于本系统的设计需要需要实现的是汽车倒车雷达监控的功能,即: 将五个超声波模块安装在汽车车身的不同部位用来测量车身距离障碍物的实际距离,并且同液晶进行实时地显示出来,从而可以让驾驶员快捷方便地了解到自己车身的情况。然后这五个超声波模块的程序设计是通过中断处理来实现的,利用MSP430F149 的P0 口的中断处理功能将超声波模块的接受端接到P0 的各个I/O上去,设置P0 口为输入电平触发中断的工作方式。由于它们处于同一个中断向量中,所以P0 的不管哪个引脚的电平发生变化都会进入该服务的中断子程序中去,单片机根据超声波测距公式进行监控进而处理不同的函数实现不同的功能。对于超声波模块接受超声波信号并初步计算距离的工作流程如图6所示。
3. 3 语音模块驱动程序的设计
语音模块部分的驱动程序主要有三部分子程序组成,首先语音驱动芯片ISD4004 上电延时TPUD( 8k Hz采样时,约为25 毫秒) 后才能开始操作,即发完上电指令后,必须等待TPUD,才能发出一条操作指令; 其次就是放音子程序,语音芯片会从此00 地址开始放音,当出现EOM时,立即中断,停止放音;最后就是录音子程序,语音芯片会从00 地址开始录音,一直到出现OVF ( 存贮器末尾) 时,录音停止[12]。在该部分程序设计中可以通过系统初始化程序和按键选择控制子程序来实现上述的功能。
4 系统的调试与实验分析
首先对系统的硬件和软件进行相应的调试,调试都成功后就要对系统进行综合调试,综合调试是对系统调试的至关重要的一步,只有在系统的综合调试成功后才能够对系统进行各项实验分析。对于系统的实验主要对其测距误差进行测试获取相应的数据,并对其进行分析判断其性能的优劣,对于本系统的安置在车身的五个探头与障碍物的距离进行了实际测量,获取测得距离并与实际距离进行对比,计算其测量误差,误差均小于1‰,满足系统的要求,抽取系统部分实验结果如表1 所示。
注:测量误差计算采用相对误差法
5 结束语
本文所设计的新型车载倒车雷达监控系统是以MSP430F149 单片机作为系统的控制核心,采用五个超声波收发模块安置在车身的不同部位以满足一定的监控范围,采用超声波探头发射和接收分开的超声波模块作为基本的监控措施系以达到减小监控盲区的作用,统经过反复的调试达到了预期目的,可以利用ISD4004 语音模块进行反复录音与放音的操作,板载的语音芯片可以最多录制八分钟的语音; 可以通过语音模块播报五个超声波模块实时地监控距离; 液晶可以实时显示相关测量和报警信息,达到一目了然的效果; 蜂鸣器和发光二极管可以通过超声波模块测得不同距离而进行不同报警方式,在本系统中主要设置了在30cm ~ 55cm、15cm ~ 30cm和0 ~ 15cm三个距离范围内进行不同的报警方式,在距离0 ~ 15cm时ISD4004 语音模块进行语音协同报警; 本文还分析并解决了影响超声波测距精度的问题,并且利用到系统中来,使得系统的测距精度达到1mm误差小于1‰从而使得倒车监控雷达测距更加精确,五个超声波模块能够有条不紊地进行监控距离的测量; 并且能够实时地提醒驾驶员车身距离障碍物的情况。该系统具备测距精度高、稳定性高、灵敏度高、功耗低和成本低廉等特点,适合安装在各类汽车上,另外本文所设计的系统还可以根据车辆所需要探头的数量及安置车身的位置进行相应的设置以满足需求,因此具有一定的推广意义。
摘要：针对目前普遍使用的车载倒车监控雷达存在一定的监控盲区和成本昂贵的问题,文中设计了一款采用MSP430F149单片机作为系统的控制核心,采用五个超声波收发模块安置在车身的不同部位以满足一定的监控范围,利用液晶进行实时地显示监控的距离,同时利用ISD4004语音模块和蜂鸣器作为系统的报警装置。文中分析并解决了影响超声波测距精度的问题,在监控范围内,车身与障碍物的距离小于设定的安全距离,蜂鸣器与语音模块会进行不同方式的报警。该系统将监控盲区缩短到2cm,测距精度高达1mm,且系统还具备稳定性高、灵敏度高、功耗低和成本低廉等特点,适合安装在各类汽车上,是一款性价比很高的车载倒车雷达监控系统。
关键词：监控盲区,MSP430F149,超声波模块,安全距离,测距精度
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车载机动雷达 篇7
目前应用比较广泛的杂波抑制技术是空时自适应处理(space-time adaptive processing,STAP)[3],但传统的STAP方法都是基于平稳信号模型的。当目标进入高速、高机动等飞行方式时,回波信号在一个相干处理时间(coherent processing interval,CPI)内将发生距离走动和多普勒走动,此时的雷达回波信号不再是平稳信号[4],从而导致STAP无法实现目标能量的有效积累。现有的距离走动校正方法主要有最小熵法、互相关法、谱峰跟踪法、Keystone变换[5,6]等,最小熵法、互相关法和谱峰跟踪法对回波信噪比要求很高,主要用于雷达成像。Keystone变换与回波信噪比无关,可以在低信噪比的情况下获得较好的距离校正效果。常用的多普勒补偿方法有分数阶Fourier变换(Fr FT)法[7]、Wigner-Hough变换法[7,8]、离散Chirp-Fourier(DCFT)法[9]等。文献[10]将Keystone变换与STAP相结合,解决了距离走动的问题,实现了空中高机动弱目标的检测。文献[11]将Wigner-Hough变换和STAP结合起来,解决了多普勒走动的问题,获得了良好的检测性能。但上述方法不能同时实现距离走动校正和多普勒走动补偿,而且Wigner-Hough变换法的积累增益较低,达不到相参积累的水平。
在研究上述算法的基础上,将STAP、Keystone变换和修正DCFT(MDCFT)结合在一起,提出一种机载雷达空中高机动弱目标检测的方法,该方法在目标距离走动校正之前先进行杂波抑制,避免了直接利用Keystone变换校正距离走动时影响杂波分布特性,进而影响STAP的性能;利用MDCFT估计加速度值对多普勒走动项进行补偿,使目标能量得到有效积累,进而提高了机载雷达对空中机动弱目标的检测能力。仿真结果证明了该方法的有效性。
1 问题描述
1.1 理想情况下的模型
在载机平台上沿航向等间隔放置N个阵元,间距为d,并设d=λ/2(λ为工作波长),设时域采样数为K,空域采样数为N,则雷达回波的时空采样信号可表示为
式(1)中:xnk(n=1,2,…,N,k=1,2,…,K)表示第n个距离单元第k时刻的空时二维采样数据,可用(NK×1)维的矢量表示,即有
式(2)中,Xsk=[x1kx2k…xNk];k=1,2,…,K为第k个脉冲采样的阵列数据。
假设一个距离门内至多存在一个目标,则待检测单元的空时快拍可写成:
式(3)中xs、xn和xc分别表示目标、噪声和杂波信号,xs可表示为
式(4)中,b为目标回波幅度,S(ωs,ωt)为目标空时导向矢量,ωs、ωt分别表示空间和时间归一化频率,ωs=2πdcosφs/λ,ωt=2πfd/fr,φs表示目标入射锥角。空时导向矢量S(ωs,ωt)可表示为
式(5)中表示Kronecker直积,S(ωt)为时域导向矢量,S(ωs)为空域导向矢量,且:
1.2 机动目标数据模型
目标作高速机动运动时回波的一次数据可表示为如下形式:
当载机运动速度不是很高时,杂波不会发生距离走动,故xc和xn保持不变,而目标存在距离走动和多普勒走动,故目标导向矢量可表示为
式(9)中,空域导向矢量S(ωs)保持不变,b(ωt,a)为受多普勒走动和距离走动影响后的时域导向矢量。
假设空中弱目标的基带回波信号为
式(10)中,回波信号幅度A为常数,tm=k T,(k=0,…,K-1)为慢时间,T为脉冲重复周期。t'=ttm为快时间,τs=2R(tm)/c为回波时延,fc为载波频率,R(tm)为雷达与目标之间的瞬时距离。忽略变加速运动,R(tm)可近似表示为
式(11)中R0为雷达与目标的初始距离;v为目标的径向运动速度;a为目标的径向加速度。
对式(10)在“快时间”域作傅里叶变换得:
式(12)中,P(f)为p(t')的傅里叶变换。
然后对式(12)在距离频域进行脉压匹配,得:
式(13)中,为调频斜率,Tp为脉冲时宽,B为脉冲带宽。
由式(13)可知,目标回波信号峰值位置随着R(tm)变化而变化,即目标发生了距离走动。目标的多普勒频率fd为
由以上分析可知:
由式(15)可知,目标的加速度会导致时域导向矢量发生变化,进而影响目标的相参积累。
2 基于STAP的高机动弱目标检测
2.1 杂波抑制原理
本文采用子空间投影方法[4]来抑制杂波,将待检测距离单元的数据投影到杂波子空间的正交补空间中,进而得到无杂波数据。
对杂波加噪声协方差矩阵R进行特征值分解,可以得到:
式(16)中,λm(m=1,…,Q)为Q个大特征值,Q是杂波特征值数目,M-Q为噪声特征值的数目。与杂波特征值对应的特征向量um(m=1,…,Q)张成杂波子空间,记为Uc=span{u1,…,uQ}。则其正交补空间的投影矩阵为
不难证明当时,R-1≈Pc⊥,故可以利用R-1近似代替Pc⊥进行杂波抑制,实际中杂波协方差矩阵需要根据参考距离单元数据估计得到,记为^R。故杂波抑制后的数据为:
2.2 距离走动校正原理
将式(11)代入式(12)并展开得:
进行Keystone变换,令,代入式(19)化简可得:
然后对式(20)在距离频域进行脉压匹配,得:
对式(21)在距离频域求逆快速傅里叶变换(IF-FT),得到距离时域-方位时域表达式s'(t',τ)为
式(22)中,波长λ=c/fc。
从式(22)可以看出,对于不同的发射脉冲,目标回波信号峰值的位置始终是2R0/c,它只与目标的初始距离有关,因此,Keystone变换把原本位于不同距离单元的回波校正到同一距离单元,补偿了距离走动。
2.3 多普勒走动补偿原理
在式(22)中,令起始多普勒频率fd=2v/λ,线性调频率γa=2a/λ,增益因子,由于G只与t'有关,而与tm无关,故在方位维可以认为G是常量,且载波频率fc远大于距离频率f,故,则式(22)可简化为:
由式(23)可知,机动弱目标回波信号起始多普勒频率为fd和线性调频率为γa在“慢时间”域的线性调频信号。
DCFT是一种常用的Chirp信号检测方法[12],可以同时得到信号的调频斜率和中心频率。对于长度为N的序列x(n),其离散Chirp-Fourier变换(DCFT)定义为
式(24)中,WN=exp(-j2π/N);k为中心频率;l为调频斜率。
但传统的DCFT对总采样点数和调频参数有很高的要求,采样点数N必须为质数,中心频率和调频斜率必须为整数,从而导致实时性不高,限制了其应用范围。为了克服以上缺点,结合信号模型对DCFT进行修正,提出了MDCFT算法,即
式(25)中,s'(m)表示信号s'(t',τ)某个距离单元对应的方位维数据;fr为脉冲重复频率。修正DCFT算法消除了对采样点数和调频参数的限制,有效扩展了其应用范围。
对完成距离走动补偿后的回波数据s'(t',τ)分别计算每一个距离单元回波数据的MDCFT,形成信号能量在由起始频率和调频斜率组成的二维参数平面上的二维分布,在此平面上对峰值点进行二维搜索,估计出峰值所对应的数字频率和调频斜率。其中起始频率的关系为,调频斜率的关系为,因此速度和加速度的估计值分别为:
本文方法的流程如图1所示。具体步骤描述如下。
Step1:采用子空间投影法对雷达回波进行杂波抑制;
Step2:对Step1所得的数据进行Keystone变换,校正由一次相位引起的距离走动问题;
Step3:对Step2所得的数据进行MDCFT变换以估计目标加速度;
Step4:利用加速度的估计值对时域导向矢量进行修正,补偿多普勒走动项;
Step5:利用常规空时二维波束形成技术,实现目标能量积累。
3 仿真结果分析
实验中采用N=8均匀线阵,时域采样脉冲K=16,工作波长λ=0.23 m,阵元间距d=λ/2,载机速度Vp=130 m/s,载机飞行高度H=8 km,脉冲重复频率fr=2 438.8 Hz信噪比为-10 d B,杂噪比为50 d B,雷达距离分辨率为△R=20 m,目标径向加速度as=800 m/s2,实验中速度和加速度均方根误差均通过200次Monte Carlo实验得到。
图2为目标存在距离走动和多普勒走动时直接进行积累检测的结果,由于距离走动和多普勒走动的影响,导致目标能量分散,信号完全淹没在噪声中,无法检测出来;图3为经本文方法处理后的结果,可以明显看到,杂波得到抑制,能量得到有效积累,SNR显著提高。
图4为不同方法杂波抑制性能的比较,理想情况是指目标无距离走动多普勒走动时STAP最优处理器处理的结果。由图可知,由于目标存在距离走动和多普勒走动的影响,常规最优处理器的检测性能很差。而本文方法对机动目标的检测性能有很大提高,几乎接近理想情况下最优处理器的处理性能。
图5为不同方法下目标参数均方根误差随信噪比变化曲线,同时跟相同条件下的Cramer-Rao界(CRB)进行比较。图5(a)为目标速度估值的均方根误差随信噪比变化曲线,可以看出,传统STAP方法对速度的估计性能很差,与CRB相距较远;而本文方法的速度估计值均方根误差非常接近CRB,并随SNR的增加而逐渐减小,证明本文方法对速度的估计精度很高。图5(b)为目标加速度估值的均方根误差随信噪比变化曲线(常规最优处理器不能估计目标加速度),可以看出,本文方法的加速度估值均方根误差接近CRB,证明了本文方法可以获得较好的加速度估计结果。
4 结束语
本文将STAP、Keystone变换和MDCFT相结合,提出了一种机载雷达空中机动弱目标的检测方法,充分利用了STAP良好的杂波抑制性能,有效补偿了距离走动和由径向加速度引起的多普勒走动,提高了目标能量积累增益;同时对径向加速度和速度等参数进行了精准的估计,而且精准度受噪声影响很小。仿真实验证明该方法提高了机载雷达对空中机动弱目标的检测性能。
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