弹道中段目标质心位置估计

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1、航空学报ActaAeronauticaetAstronauticaSinicaJan．252012VoI．33No．1110．117ISSN1000-6893CN11-1929／Vhttp：Hhkxb．buaa．edu．cnhkxb@buaa．edu．cn文章编号：1000—6893(2012)01—0110—08弹道中段目标质心位置估计肖立*，卢再奇，周剑雄，付强国防科学技术大学ATR实验室，湖南长沙410073摘要：质心在目标上的位置是弹道中段目标的重要进动特征，也是目标的质量分布特征，可用于识别弹头和诱饵。针

2、对旋转对称目标，提出了基于窄带雷达回波相位特性的质心位置估计方法。首先，选取目标对称轴上的任意点作为质心位置参考点，定义相应的质心位置参数，并构造以该点为相位参考中心的全姿态散射系数模板；然后，对窄带雷达回波采样序列进行相位匹配变换，搜索匹配函数的最大值，从而得到质心位置参数的估计值。仿真结果表明了该方法的有效性。关键词：运动估计；参数估计；相位匹配；导弹；雷达目标识别中图分类号：V556．6；TN957．52文献标识码：A弹道分为助推段、中段和再入段。中段持续时间最长，所以中段防御最受重视。在这一阶段，弹头伴随着

3、诱饵在外层空间飞行，防御方需要利用地基雷达从中识别出弹头，以实施有效拦截。弹头状诱饵和弹头通常都是旋转对称体，它们都在空间做自由规则进动。由于其外形和电磁散射特性很接近，难以利用电磁特征和结构特征对其进行识别，因而根据进动特征的差异进行识别受到广泛的关注，但因其军事应用背景，国外很少发表相应的研究成果。进动特征主要分为两类：一类是进动的微多普勒特征；另一类是进动参数，包括进动周期、章动角等。文献[1]～文献[4]利用弹道中段目标的窄带雷达回波，通过时频分析提取出进动的微多普勒特征。文献[5]～文献[15]研究了弹道

4、中段目标进动周期和章动角的估计方法，其中文献[5]～文献[11]是从窄带雷达目标信号出发进行估计，文献[12]～文献[15]是从宽带雷达目标信号出发进行估计。由于弹道中段目标的进动是绕质心的，因此质心在目标上的位置也是重要的进动参数，同时它又是目标的质量分布特征。然而关于目标质心位置的估计方法，目前未见有相关文献报道。针对本文旋转对称目标，利用目标的全姿态散射系数模板，提出一种基于窄带雷达回波相位特性的质心位置估计方法。以本文弹头目标为例进行讨论，首先建立了信号模型，然后介绍了该方法，最后进行了仿真分析。1信号模型

5、设弹头外形是图1所示的钝锥形[zs-17]。图中0是质心，它位于对称轴AB上；n为底面半径；r2为端头半径；0为半锥角；M为弹头对称轴上任意设定的点，M与A的距离为h。，与B的距离为h。。在弹道中段，弹头只受地球引力的作用(忽略其它力的作用)，弹头的运动可分解为质心收稿日期：20IO-12—28；退修日期：2011-03-15；录用日期：2011．08．04；网络出版时间：2011-09．0611：23网络出版地址：删．cnki．net／kcms／detail／11．1929．V．20110906．1123．001

6、．hb'nlD叫：ONKI：11-1929／V．20110906．1123．001基金项目：国家。973”计划(6136002)"X-通讯作者．Tel．：0731-84576401E-mail：xiaolishashi@sohu．oom劭糟罄武lXiaoL·LuZQ·ZhouJX。etal．Oentroidpositionestimationofballistictargetinmidcourse．ActaAeronauticaetAstronauticaSinica·2012·33(1)：110-117．诲立．卢

7、再奇．罔剑雄．等．弹道中段B标磺心位l估计．航空学摄．2012．33(，)：¨0．¨7．肖立等：弹道中段目标质心位置估计0的运动和弹头绕质心0的自由规则进动。防御方的窄带地基雷达将弹头视为一个弹道目标进行跟踪。图1钝锥形弹头Fig．1Bluntconeshapedwarhead弹头质心的运动状态如图2所示。图2中Ro为弹头质心与雷达的距离；Vo为弹头质心的速度矢量；g为重力加速度矢量；咖为Vo与雷达视线(LOS)的夹角；也为g与雷达视线的夹角。显然弹头质心的径向速度为一1％lCOS咖，同时可以导出其径向加速度为口=

8、血絮血一⋯c。s咖(1)在一定时间内，％方向、g方向和雷达视线的变化很小，于是妒-和她的变化很小，同时lVol、Igl和Ro的相对变化量很小，因此可认为12是常数，即弹头质心在径向上做匀加速运动。设Ro随时间t的变化规律为Ro(￡)，则1Ro(￡)=R+"ot+÷at2(2)二式中：R为t一0时刻弹头质心与雷达的距离；u为￡=0时刻弹头质心的径向速度。图2弹