[发明专利]一种双波束微波测速测距敏感器高精度测距方法和系统

说明书

一种双波束微波测速测距敏感器高精度测距方法和系统，方法包括步骤如下：步骤1、根据控制信号，信号处理器产生雷达发射波形信号，发射波形信号经发射机上变频至射频频率并放大经收发开关从天线发射出去；步骤2、通过一副天线形成的凸波束和凹波束共两个波束同时获取着陆波束照射区的回波；步骤3、信号处理器对凸波束回波信号和凹波束回波信号的包络比进行计算；步骤4、计算回波包络比凹口的极小值点位置获得波束中心距离；求取回波包络比值为1的两个距离点的距离比，查表获得波束中心入射角的估计值。本发明消除了波束内各分辨单元回波功率距离路径衰减不一致、存在离散强散射点引起的回波包络非对称中心估计问题。

技术领域

本发明涉及一种微波测速测距敏感器高精度测距方法和系统，属于深空微波测速测距敏感器领域。

背景技术

微波测速测距敏感器是深空着陆探测器导航制导控制(GNC)分系统的重要载荷之一，在着陆下降段为GNC分系统提供探测器相对月面的距离、速度和波束入射角等信息，确保着陆精度和安全。如何设计雷达系统实现高精度波束中心求取和波束中心入射角估计是系统设计的关键环节。入射角参数是着陆区域地形倾角估计的重要参数，对着陆安全判定有着重要的意义。

传统测速测距敏感器径向距离测量采用高增益单波束测量，通过对非对称回波包络进行波束中心求取获得最终的径向距离。非对称回波包络中心求取是测距精度提升的主要受限因素，引起回波包络非对称因素主要为波束内各分辨单元回波功率距离路径衰减不一致、存在离散强散射点等。

如图1所示，传统的微波测速测距敏感器由信号处理器、发射机、接收机和天线组成。雷达加电后启动，接收外部输入控制信号开始工作，信号处理器产生所需的雷达发射波形信号，发射信号经发射机上变频至射频频率并放大经收发开关从天线发射出去。回波信号通过接收天线接收后，经收发开关馈入接收机进行放大、滤波、下变频，送给信号处理器进行模数变换，距离波束中心求取等处理获得目标距离测量。

对已公开的国内外微波测速测距敏感器相关资料进行调研，高精度测距方法主要通过改善波束中心求取算法来获得，从根本上无法避免波束内各分辨单元回波功率距离路径衰减不一致以及离散强散射点引起的回波包络非对称中心估计问题。还未有公开资料表明可以对波束入射角进行估计的方法。

发明内容

本发明的目的在于：克服现有技术不足，本发明提出了一种双波束微波测速测距敏感器高精度测距方法和系统，通过配置凸凹双波束同时获取着陆波束照射区的回波，消除了波束内各分辨单元回波功率距离路径衰减不一致、存在离散强散射点引起的回波包络非对称中心估计问题，提高测距精度的同时，可获得波束中心入射角的估计值，作为安全着陆的重要参数。

本发明技术解决方案是：一种双波束微波测速测距敏感器高精度测距方法，包括步骤如下：

步骤1、根据控制信号，信号处理器产生雷达发射波形信号，发射波形信号经发射机上变频至射频频率并放大经收发开关从天线发射出去；

步骤2、通过一副天线形成的凸波束和凹波束共两个波束同时获取着陆波束照射区的回波；凸波束回波信号通过收发开关进入凸波束接收通道，进行放大、滤波、下变频，发送至信号处理器进行模数变换产生凸波束回波A(r)；凹波回波信号束进入凹波束接收通道进行放大、滤波、下变频，发送至信号处理器进行模数变换产生凹波束回波D(r)；r为雷达距离；

其中，凸波束由功率方向图P_A(θ)表征，功率方向图P_A(θ)为具有升余弦形状的功率方向图，波束宽度为θ_b，角度变量为θ，P_A(θ)表示为凹波束由功率方向图P_D(θ)表征，功率方向图P_D(θ)在P_A(θ)最大值方向P_D(θ)值为零，在P_A(θ)主瓣范围内，P_D(θ)具有一个凹口，P_D(θ)表示为