[发明专利]一种微波雷达波束中心向速度的测量方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种微波雷达波束中心向速度的测量方法，尤其涉及到星球着陆器利用微波雷达测量波束中心向速度测量方法。 

背景技术

星球着陆器一般安装于轨道器上，在开始着陆前随轨道器一起以较大的速度绕星球飞行。着陆器的着陆过程为：首先，着陆器与轨道器分离，此时着陆器仍具有较大的速度。由微波着陆雷达测量着陆器运动速度，提供给GNC系统控制着陆器减速。对于星球着陆，着陆点一般都是事先选定的，因此，GNC系统需要控制着陆器飞行速度和高度，使其到达预定着陆点上空时，水平和垂直两维速度要控制到接近为零。此时对星球表面进行三维成像，以选择较为平坦的区域使着陆器安全着陆。可以看出，在整个着陆器着陆过程中，GNC系统都需要利用微波着陆雷达测量着陆器相对星球表面速度，速度测量的精确度是关系到着陆器能否实现安全着陆的重要参数。 

目前国内外能够应用于着陆雷达速度测量的方法主要有简单连续波测量方法，距离微分法和动目标检测法。简单连续波测量方法可同时测量垂直和水平向速度，但由于天线隔离度无法做到足够高，泄漏信号会限制雷达的最远作用距离，同时该方法无法进行距离信息测量，因此对于着陆系统需增加另外的硬件设备来完成距离信息的提取；距离微分法主要应用于测高仪，通过高度的微分换算垂直速度分量，该方法最大的问题在于无法测量水平速度分量，难以全面的为着陆器提供速度信息；动目标检测法利用面目标回波的多普勒展宽效应，对电平超过检测门限的频谱进行几何中心求取，从而推导出波束中心向的速度值。该方法可以同时测量水平和垂直两维速度矢量，但其测量精度受限于检测门限的选取，尤其当信噪比较低时，由于门限选取带来的速度测量误差将较大。 

由于着陆器速度较大，不可避免的会产生速度模糊，同时着陆系统GNC希望雷达能够独立于其他传感器独立工作，因此，雷达只能通过自身算法对模糊数进行解算。目前探测雷达解速度模糊的方法有很多，比如多基线解模糊法，最小二乘解模糊法、多重频查表法等。其中经典的解模糊算法发射三组参差频率，利用中国余数定理进行解算。 

利用传统的中国余数定理，假设雷达发射的脉冲重复频率为prf₁、prf₂、prf₃，目标真实频率为f，则： 

f₁＝N₁×prf₁+f_d1

f₂＝N₂×prf₂+f_d2

f₃＝N₃×prf₃+f_d3

其中，f_di为有模糊的多普勒频率，可以根据频率范围遍历N₁、N₂、N₃，使f₁＝f₂＝f₃＝f，则可以确定出相应的模糊次数。但考虑到着陆系统运动速度的高变化率，其多普勒频率是始终在改变的，因此利用传统余数定理无法找到同时满足三种频率的整数(模糊次数)。因此如果简单的利用余数定理是无法完成模糊次数解算的。 

发明内容

本发明的技术解决问题是：克服现有技术的不足，提供一种微波雷达波束中心向速度的测量方法，本发明采用改进的余数定理进行模糊次数解算，可以准确测量着陆器水平和垂直速度分量，具有测量精度高、工程实现较简单的特点，能够引导着陆器实现安全着陆。 

本发明的技术解决方案是：一种微波雷达波束中心向速度的测量方法，包括以下几个步骤： 

(1)着陆器上的微波雷达先向星球表面发射至少n组互为质数的重频脉冲，其中每组重频脉冲为N个，在星球表面产生的至少n组回波信号由着陆器上的微波雷达进行采集，每组回波信号形成按照距离向和方位向存储的二维矩阵，每组回波信号分别记做s(t，t_m)：