近防炮膛内炮弹瞬时速度提取问题的研究

论文摘要

本文的研究背景为近防炮膛内炮弹瞬时速度的提取,整篇文章分两个部分,第一部分为理论分析,分别讨论了基于传统时频分析方法的瞬时速度提取和基于现代时频分析方法的瞬时速度提取。在传统分析方法中,我们先选用短时傅立叶变换和Wigner-Ville分布对单弹道炮弹瞬时速度进行提取,并对比了两种算法的优劣,提出了一种改进的算法,该算法综合了短时傅立叶变换以及Wigner-Ville分布的优点,并在最后章节中给出了仿真实验结果。在现代分析方法中,我们采用了参数估计的方法,利用多普勒回波信号可以用一个多项式相位信号进行表示的特点,采取多项式相位变换的方法提取了单弹道炮弹的瞬时速度,效果理想,同时对其实际应用方面的局限性也做了分析研究。论文第二部分重点研究回波信号的采集和处理。给出了一种单弹道情况下,基于声卡和MATLAB的简易回波采集处理系统,该系统能在声卡欠采样的情况下,正确恢复得到正确的炮弹瞬时速度。本文最后,我们研究了多弹道,各炮弹回波之间相互影响的情况下,分辨出不同炮弹以及得到他们瞬时速度的方法。为了模拟多弹道炮弹回波,我们设计了一种基于声卡和MATLAB的任意波形发生器,最后设计用户界面利用基于PCI总线的数据采集卡采集信号并处理得到结果。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 本文的主要内容
• 2 基于经典时频分析理论的火炮弹道内瞬时速度提取
• 2.1 炮弹弹道内运动雷达回波模型
• 2.1.1 弹道内测速雷达系统组成
• 2.1.2 弹道内炮弹回波模型的建立
• 2.1.3 实测弹道内炮弹运动的数学模型
• 2.2 利用短时傅立叶变换提取火炮瞬时速度
• 2.3 利用Wigner-Ville分布提取火炮瞬时速度
• 2.3.1 利用Wigner-Ville分布提取炮弹速度的计算机仿真
• 2.3.2 关于解决Wigner-Ville分布非线性干扰的讨论
• 2.4 本章小结
• 3 基于现代时频分析理论的火炮弹道内瞬时速度提取
• 3.1 本章理论基础
• 3.1.1 具有恒定幅度的多项式相位信号（PPS信号）
• 3.1.2 离散多项式相位变换（DPT）
• 3.2 炮弹弹道内运动雷达回波的多项式相位信号表示
• 3.3 离散多项式相位变换（DPT）提取火炮瞬时速度的仿真
• 3.3.1 时延滞后参数τ的选择
• 3.3.2 DPT算法的适用范围
• 3.3.3 DPT算法仿真
• 3.3.4 DPT算法的误差分析及其门限效应
• 3.3.5 DPT算法在实际应用中的局限性
• 3.4 本章小结
• 4 基于声卡的炮弹弹道内多普勒回波采集处理方法的研究
• 4.1 测速雷达模拟射频前端结构
• 4.2 测速雷达数字部分结构
• 4.2.1 声卡输入探头
• 4.2.2 MATLAB环境下的数据采集
• 4.2.3 数据采集处理用户界面
• 4.3 雷达多普勒回波欠采样情况下的解模糊方案
• 4.4 本章小结
• 5 多弹道情况下的炮弹弹道内瞬时速度的提取
• 5.1 多弹道情况下回波信号模型的建立
• 5.2 短时傅立叶变换方法
• 5.3 Wigner-Ville分布方法
• 5.4 STFT-WVD联合方法
• 5.5 雷达回波数据采集及处理
• 5.5.1 基于声卡的任意波形发生器设计
• 5.5.2 信号采集
• 5.5.3 采集信号处理系统设计
• 5.6 本章小结
• 结论
• 致谢
• 参考文献
• 附录