CN111609771B - 一种气溶胶环境下激光引信的定距方法 - Google Patents

一种气溶胶环境下激光引信的定距方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种气溶胶环境下激光引信的定距方法，通过对引信接收到的差频信号及参考差频信号进行互相关熵谱密度运算处理，使引信能更有效地从被气溶胶悬浮粒子干扰的信号中，分离出有效的目标信息，通过选择优化互相关熵谱密度运算的参数达到提高引信定距精度的目的，提高了激光引信抗气溶胶悬浮粒子干扰的能力。

Description

一种气溶胶环境下激光引信的定距方法
技术领域
本发明属于激光引信定距技术领域，具体涉及一种气溶胶环境下激光引信的定距方法。
背景技术
载波调制连续波激光探测技术逐渐开始在引信中得到应用，但在实际应用中，受到自然、战场环境产生的气溶胶悬浮粒子干扰，例如烟、雾、雨、沙尘等。在这些气溶胶环境中激光回波信号容易受到气溶胶粒子的影响，导致引信无法获取激光回波信号或者所获取的激光回波信号出现误差，进而引起引信早炸或失效。
对于载波调制连续波激光引信，差频信号频谱中包含目标回波信号、烟雾干扰信号和随机噪声，会形成目标、干扰多个频谱谱峰。在没有悬浮粒子干扰的情况下，目标谱峰明显且能量集中。如果悬浮粒子后向散射干扰较强，则目标信号能量相对较弱，其目标谱峰可能被干扰所“淹没”，将导致引信因无法判别指定频点处是否为目标信号谱峰而无法定距。
综上所述，在气溶胶环境下，现有的激光引信技术存在定距精度不高的问题。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种气溶胶环境下激光引信的定距方法，能够实现在气溶胶悬浮粒子干扰情况下的激光引信的精确定距。
本发明提供了一种气溶胶环境下激光引信的定距方法，包括以下步骤：
步骤1、根据设定的定距距离计算得到参考频率，生成所述参考频率对应的参考差频信号；生成当前目标回波的实测差频信号；
步骤2、计算所述参考差频信号与实测差频信号的互相关熵，对所述互相关熵进行离散傅立叶变换，得到互相关熵谱密度；将所述互相关熵谱密度的所有值相加，得到互相关熵谱密度和；
步骤3、当所述互相关熵谱密度和大于或等于设定的阈值时，执行步骤4；当所述互相关熵谱密度和小于所述阈值时，接收下一个目标回波，执行步骤1；
步骤4、若步骤4的连续执行次数大于或等于设定的执行次数阈值，则执行步骤5；若步骤4的连续执行次数小于所述执行次数阈值，则根据引信的运动速度和探测时间间隔，计算所述探测时间间隔内引信移动的间隔距离，使用所述定距距离与所述间隔距离的差值，更新所述定距距离，执行步骤1；
步骤5、输出起爆信号，引燃引信。
进一步地，所述执行次数阈值为5或6次。
有益效果：
本发明通过对引信接收到的差频信号及参考差频信号进行互相关熵谱密度运算处理，使引信能更有效地从被气溶胶悬浮粒子干扰的信号中，分离出有效的目标信息，通过选择优化互相关熵谱密度运算的参数达到提高引信定距精度的目的，提高了激光引信抗气溶胶悬浮粒子干扰的能力。
附图说明
图1为本发明提供的一种气溶胶环境下激光引信的定距方法的原理图。
图2(a)为载波调制连续波激光引信在能见度较高的气溶胶环境下的差频回波信号曲线图。
图2(b)为载波调制连续波激光引信在能见度较低的气溶胶环境下的差频回波信号曲线图。
图3(a)为本发明提供的一种气溶胶环境下激光引信的定距方法的距离目标3m的处理结果图。
图3(b)为本发明提供的一种气溶胶环境下激光引信的定距方法的距离目标5m的处理结果图。
图3(c)为本发明提供的一种气溶胶环境下激光引信的定距方法的距离目标9m的处理结果图。
具体实施方式
下面结合附图并举实施例，对本发明进行详细描述。
本发明提供的一种气溶胶环境下激光引信的定距方法，其基本思想是通过分析引信实测差频信号和参考差频信号的互相关熵谱密度特性，来判别两者是否相似，进而区分目标信号和干扰信号实现定距。
互相关熵(Correntropy)源自于核算法，它的基本思想是将两个离散信号的数据从输入空间转换到一个高维特征向量空间中。高维特征向量空间选用再生核希尔伯特空间，希尔伯特空间计算特征向量时选用内积运算。对互相关熵进行傅里叶变换，即可获得两个离散信号的互相关熵谱密度函数。互相关熵谱密度(Correntropy Spectral Density，CSD)反映了频域中两个离散信号的互相关熵功率密度分布的情况。若在CSD中某频点出现明显谱峰，说明两个离散信号在该频率处互相关熵功率较高，两者在该频率点处相似性较高。
本发明提供的一种气溶胶环境下激光引信的定距方法，其原理如图1所示，具体包括以下步骤：
步骤1、根据设定的定距距离Re计算参考频率fIFe，生成频率为fIFe对应的参考差频信号sIFe(t)；获取当前实测的目标回波实测差频信号sIF(t)，其中，t为差频信号发生的时刻。
步骤2、计算实测差频信号sIF(t)与参考差频信号sIFe(t)的互相关熵
Figure GDA0002969154090000041
其中，m为两个差频信号的时间偏移；对互相关熵
Figure GDA0002969154090000042
做离散傅立叶变换获得互相关熵谱密度C(2πf)，其中，f为差频信号的频率；将互相关熵谱密度C(2πf)序列[C1,C2,…Cn]的所有项求和，其中，n为互相关熵谱密度序列的最大项数，得到互相关熵谱密度的和表示为
Figure GDA0002969154090000043
其中，i为互相关熵谱密度的序号，i＝1,2…n。
本发明的处理方式与现有技术中互相关熵谱密度用于信号去噪和滤波器设计时不同，现有技术仅统计熵谱密度的峰值点。
步骤3、设置阈值为Ebk，若EIF≥Ebk则判定参考差频信号sIFe(t)与计算差频信号sIF(t)相似度较高，执行步骤4判定是否为目标信号；若EIF<Ebk则判定参考差频信号sIFe(t)与计算差频信号sIF(t)相似度较低，不必进行目标信号判定，返回步骤1重新开始定距计算。
步骤4、根据引信的运动速度v和探测时间间隔Tc计算ΔR，并根据ΔR重新计算需要的引信定距距离Re，即，Re＝Re-ΔR，执行步骤1开始下一次探测，直至连续多次(最佳情况下选择执行5～6次)测量，如果结果都满足EIF≥Ebk，则表明当前为目标信号并满足定距条件，引燃引信，输出起爆信号；若不是连续多次满足条件EIF≥Ebk，则表明当前回波为烟雾干扰造成的，执行步骤1开始下一次探测。
在非气溶胶(没有烟雾)的环境下，激光回波信号良好，信号频谱单一，经过频域分析处理方法后可得到高分辨率的差频信号，但是，在一定浓度的气溶胶环境下，激光回波信号受到噪声干扰信噪比下降，差频信号频谱中出现不同频率分量会造成定距误差，如图2(a)和图2(b)所示。针对这个问题，本发明应用互相关熵谱密度CSD算法对差频信号进行处理。其中，假设连续两次探测在t1和t2时刻与目标的距离分别为R1和R2，并且ΔR＝R1-R2。
根据连续波激光探测原理，定距距离Re对应的差频信号为频率一定的余弦信号。若引信回波差频信号与参考差频信号相似，则认为当前差频信号的主要频率分量与参考差频信号频率一致，从而确定此时目标与引信间的距离等于定距距离Re。若两者相似度没有超过阈值，则认为此时差频信号中干扰成分比例较大，或差频信号中心频率与参考目标定距频率差别较大，不满足定距条件。在弹目接近过程中引信连续多个时刻t1,t2,…,tn对目标进行多次探测，根据对差频信号进行多次互相关熵谱密度分析的结果，判定目标信号是否在定距距离Re所接受的误差范围内，并剔除烟雾干扰产生的虚假目标信号，以避免虚警，从而提高定距的可靠性。
图3(a)的距离目标为3m、烟雾距离为1m、定距距离为3m、能见度为10m，图3(b)的距离目标为5m、烟雾距离为3m、定距距离为5m、能见度为10m，图3(c)的距离目标为9m、烟雾距离为7m、定距距离为9m、能见度为10m，根据图3(a)-(c)所示的处理结果可以发现，随着烟雾能见度的减小，CSD算法处理结果中定距频率fIFe处的谱峰幅度逐渐减小，说明烟雾干扰使目标信号在差频信号中的比例不断下降，实测差频信号与理想差频信号差异性增强，互相关熵减小，导致互相关熵谱密度分布中谱峰幅度减小。当目标与引信之间距离等于定距距离时，在CSD算法结果中定距频率fIFe处出现谱峰，烟雾干扰的影响被抑制，说明烟雾干扰信号中各频率与fIFe差异较大，由于互相关熵计算中高斯核函数的特性，使这些频率不为fIFe的干扰信号在计算互相关熵时迅速衰减，从而抑制了烟雾干扰的影响，保留了频率为目标fIFe的目标信号，根据CSD处理后的fIFe大小可实现定距。
综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (2)

1.一种气溶胶环境下激光引信的定距方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1、根据设定的定距距离计算得到参考频率，生成所述参考频率对应的参考差频信号；生成当前目标回波的实测差频信号；
步骤2、计算所述参考差频信号与实测差频信号的互相关熵，对所述互相关熵进行离散傅立叶变换，得到互相关熵谱密度；将所述互相关熵谱密度的所有值相加，得到互相关熵谱密度和；
步骤3、当所述互相关熵谱密度和大于或等于设定的阈值时，执行步骤4；当所述互相关熵谱密度和小于所述阈值时，接收下一个目标回波，执行步骤1；
步骤4、若步骤4的连续执行次数大于或等于设定的执行次数阈值，则执行步骤5；若步骤4的连续执行次数小于所述执行次数阈值，则根据引信的运动速度和探测时间间隔，计算所述探测时间间隔内引信移动的间隔距离，使用所述定距距离与所述间隔距离的差值，更新所述定距距离，执行步骤1；
步骤5、输出起爆信号，引燃引信。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述执行次数阈值为5或6次。
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