[發明專利]一種雙波束微波測速測距敏感器高精度測距方法和系統

在審

• 申請號: 202010500355.2
• 申請日: 2020-06-04
• 公開（公告）號: CN111781587A
• 公開（公告）日: 2020-10-16
• 發明（設計）人: 賀亞鵬;黨紅杏;張愛軍;劉瑞東;解虎;鄭適
• 申請（專利權）人: 西安空間無線電技術研究所
• 主分類號: G01S13/08
• 分類號: G01S13/08
• 代理公司: 中國航天科技專利中心 11009
• 代理人: 張歡

一種雙波束微波測速測距敏感器高精度測距方法和系統，方法包括步驟如下：步驟1、根據控制信號，信號處理器產生雷達發射波形信號，發射波形信號經發射機上變頻至射頻頻率并放大經收發開關從天線發射出去；步驟2、通過一副天線形成的凸波束和凹波束共兩個波束同時獲取著陸波束照射區的回波；步驟3、信號處理器對凸波束回波信號和凹波束回波信號的包絡比進行計算；步驟4、計算回波包絡比凹口的極小值點位置獲得波束中心距離；求取回波包絡比值為1的兩個距離點的距離比，查表獲得波束中心入射角的估計值。本發明消除了波束內各分辨單元回波功率距離路徑衰減不一致、存在離散強散射點引起的回波包絡非對稱中心估計問題。

技術領域

本發明涉及一種微波測速測距敏感器高精度測距方法和系統，屬于深空微波測速測距敏感器領域。

背景技術

微波測速測距敏感器是深空著陸探測器導航制導控制(GNC)分系統的重要載荷之一，在著陸下降段為GNC分系統提供探測器相對月面的距離、速度和波束入射角等信息，確保著陸精度和安全。如何設計雷達系統實現高精度波束中心求取和波束中心入射角估計是系統設計的關鍵環節。入射角參數是著陸區域地形傾角估計的重要參數，對著陸安全判定有著重要的意義。

傳統測速測距敏感器徑向距離測量采用高增益單波束測量，通過對非對稱回波包絡進行波束中心求取獲得最終的徑向距離。非對稱回波包絡中心求取是測距精度提升的主要受限因素，引起回波包絡非對稱因素主要為波束內各分辨單元回波功率距離路徑衰減不一致、存在離散強散射點等。

如圖1所示，傳統的微波測速測距敏感器由信號處理器、發射機、接收機和天線組成。雷達加電后啟動，接收外部輸入控制信號開始工作，信號處理器產生所需的雷達發射波形信號，發射信號經發射機上變頻至射頻頻率并放大經收發開關從天線發射出去。回波信號通過接收天線接收后，經收發開關饋入接收機進行放大、濾波、下變頻，送給信號處理器進行模數變換，距離波束中心求取等處理獲得目標距離測量。

對已公開的國內外微波測速測距敏感器相關資料進行調研，高精度測距方法主要通過改善波束中心求取算法來獲得，從根本上無法避免波束內各分辨單元回波功率距離路徑衰減不一致以及離散強散射點引起的回波包絡非對稱中心估計問題。還未有公開資料表明可以對波束入射角進行估計的方法。

發明內容

本發明的目的在于：克服現有技術不足，本發明提出了一種雙波束微波測速測距敏感器高精度測距方法和系統，通過配置凸凹雙波束同時獲取著陸波束照射區的回波，消除了波束內各分辨單元回波功率距離路徑衰減不一致、存在離散強散射點引起的回波包絡非對稱中心估計問題，提高測距精度的同時，可獲得波束中心入射角的估計值，作為安全著陸的重要參數。

本發明技術解決方案是：一種雙波束微波測速測距敏感器高精度測距方法，包括步驟如下：

步驟1、根據控制信號，信號處理器產生雷達發射波形信號，發射波形信號經發射機上變頻至射頻頻率并放大經收發開關從天線發射出去；

步驟2、通過一副天線形成的凸波束和凹波束共兩個波束同時獲取著陸波束照射區的回波；凸波束回波信號通過收發開關進入凸波束接收通道，進行放大、濾波、下變頻，發送至信號處理器進行模數變換產生凸波束回波A(r)；凹波回波信號束進入凹波束接收通道進行放大、濾波、下變頻，發送至信號處理器進行模數變換產生凹波束回波D(r)；r為雷達距離；

其中，凸波束由功率方向圖P_A(θ)表征，功率方向圖P_A(θ)為具有升余弦形狀的功率方向圖，波束寬度為θ_b，角度變量為θ，P_A(θ)表示為凹波束由功率方向圖P_D(θ)表征，功率方向圖P_D(θ)在P_A(θ)最大值方向P_D(θ)值為零，在P_A(θ)主瓣范圍內，P_D(θ)具有一個凹口，P_D(θ)表示為