[發明專利]一種利用地面反射回波時延擴展的測姿方法

有效

• 申請號: 202010629766.1
• 申請日: 2020-07-03
• 公開（公告）號: CN111736123B
• 公開（公告）日: 2022-03-08
• 發明（設計）人: 萬群;漆靜晨;張鈺婷;徐保根;丁學科;萬義和
• 申請（專利權）人: 電子科技大學;同方電子科技有限公司
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S7/41;G01S13/02
• 代理公司: 成都點睛專利代理事務所(普通合伙) 51232
• 代理人: 孫一峰

本發明公開了一種利用地面反射回波時延擴展的測姿方法，即確定天線波束中心線與地面法線方向之間的夾角。本發明提出的利用地面反射回波時延擴展的測姿方法，首先，天線以已知的波束寬度向地面發射測姿信號；然后，對天線接收的地面反射回波信號進行處理，確定早達回波時延和晚達回波時延，最后，將時延擴展(早達回波時延和晚達回波時延的比值)與閾值比較，分兩種情況(時延擴展大于等于閾值，小于閾值)確定測姿結果。

技術領域

本發明屬于電子信息技術領域，具體涉及一種利用地面反射回波時延擴展的測姿方法。

背景技術

空中平臺在飛行過程中需要實時測量平臺的姿態。例如，在實際情況下，空中平臺不一定保持平穩飛行狀態，天線發射的測高信號無法垂直照射地面，導致測得的高度不準確。此時，就需要測量天線的波束偏角，以校正天線的測量高度。

現有的測姿方法主要有：依靠陀螺儀、借助機載航向信息推算平臺姿態，或是借助多個天線協同測姿。但陀螺儀測姿方法精度欠佳，航向推算計算量較大，且都存在誤差累積，導致在實際應用中受到限制。

發明內容

本發明所要解決的問題就是針對現有測姿方法測量精度低、計算量大的缺陷，由天線接收的地面反射回波確定早達回波時延和晚達回波時延，從而確定天線波束中心線與地面法線方向之間的夾角的方法。

本發明采用的技術方案是：

一種利用地面反射回波時延擴展的測姿方法，所述測姿是指確定天線波束中心線與地面法線方向之間的夾角φ，包括以下步驟：

S1、設定天線發射信號的半波束寬度θ，閾值μ＝cos(2θ)；

S2、天線以已知的波束寬度向地面發射測姿信號(天線波束中心線與地面法線之間的夾角未知，但是大于等于零度，小于90度，以確保天線能收到地面反射的回波信號)；

S3、天線接收地面反射的回波信號，并確定地面反射的回波信號中的早達回波時延τ₁和晚達回波時延τ₂；

S4、由早達回波時延τ₁和晚達回波時延τ₂的比值確定地面反射回波時延擴展η＝τ₁/τ₂，并與閾值比較，判斷反射回波時延擴展是否小于閾值，若是，即ημ時，則測姿結果為：

否則，即η≥μ時，測姿結果為：

φ＝arccos(τ₁/τ₂)-θ。

本發明的有益效果在于：

平臺測姿有益于確定平臺運動狀態，對于提高平臺測高精度也有幫助，本發明提出的方法有益于平臺在機動情況下測姿，并通過單個天線波束即可確定平臺的姿態。

具體實施方式

下面通過仿真對本發明的方法進行驗證。

在仿真實驗中，計算了時延擴展測姿方法在不同偏角下的姿態測量均方根誤差。在高度值為H＝15km，θ＝30°，時延誤差不超過1μs的情況下，分別計算φ＝0°,5°,10°,15°,20°,25°,30°,35°,40°,45°,50°時，時延擴展測姿方法偏角估計值的均方根誤差。

當φ＝0°時，時延擴展測姿方法偏角估計值的均方根誤差為0.523°。

當φ＝5°時，時延擴展測姿方法偏角估計值的均方根誤差為0.617°。

當φ＝10°時，時延擴展測姿方法偏角估計值的均方根誤差為0.504°。

當φ＝15°時，時延擴展測姿方法偏角估計值的均方根誤差為0.413°。