[发明专利]基于PWVD分布的中间弹道弹丸速度测量方法

说明书

本发明公开一种基于PWVD分布的中间弹道弹丸速度测量方法，包括如下步骤：(10)信号提取：从采集的弹丸回波信号中提取有效信号；(20)数据长度判断：从有效信号中截取一定长度的数据段，并根据数据长度判断是否需要对该数据段进行抽样；(30)时频分析：对所截取的有效信号数据段进行PWVD时频分析；(40)瞬时频率获取：采取阀值法搜索频谱最大值，并进行前端拟合，得到信号瞬时频率；(50)弹丸速度获取：根据多普勒频率与速度的关系进行频率与速度的转换，得到速度时间曲线，并对速度参数进行优化。本发明的中间弹道弹丸速度测量方法，频率分辨率高，瞬时频率估计偏差小。

技术领域

本发明属于雷达测速技术领域，特别是一种频率分辨率高、瞬时频率估计偏差小的基于PWVD分布的中间弹道弹丸速度测量方法。

背景技术

中间弹道学是第二次世界大战后兴起的弹道学的一个学科分支，弹道靶道中间弹道测量段主要用于炮弹、火箭、导弹、各类枪械及其模型在炮口后效期内飞行特性、运动参数及相关物理现象的测量。通过对中间弹道弹丸速度的测量，能够获取武器的性能参数，发现武器系统在发射过程中的各种现象以及内在的联系。在中间弹道学方面，弹丸速度能够体现弹丸发射的后膛压、炮口压、温度、火药气体、热气流变化规律等内容，以及这些因素对弹丸的影响以及弹丸的相应状态变化等关系，一般被用于后效期的火药气体对弹丸飞行运动的影响研究。

对于中间弹道，炮口存在由多个冲击波和射流组成的复杂气流，炮口形成了初始冲击波与初始射流。弹丸飞出后，膛内大量高温、高压火药气体被突然释放并急剧膨胀，在弹丸周围形成一个强度更高的弹膛口冲击波与火药气体射流，射流内的燃烧又形成了炮口焰，并产生强烈的电磁干扰，炮口流场和冲击波继续对已出炮口的弹丸产生加速作用。炮口复杂的环境致使狭缝摄影、光学杠杆、一般高速摄影都无法测量，20世纪40年代初期，多普勒技术开始应用于弹丸速度测量，使弹道学与空气动力学紧密结合，弥补了以前的测量方法无法对弹道弹丸速度进行测量的不足。

弹丸雷达回波信号属于非平稳信号，雷达测速信号处理以时频联合分析为基础，而非平稳信号的时频分析方法主要包含以下几种：短时Fourier变换、小波变换、Wigner-Ville分布、分数傅里叶变换、多项式相位变换等等。相比于其它时频分析方法，Wigner-Ville分布是一种联合时间和频率的双线性变换，它把一维的时间或者频率函数映射为时间—频率的二维函数，并且能反映信号能量随时间和频率的分布。伪Wigner-Ville分布与短时傅里叶变换相比有更好的频率分辨率，能在一定程度上减弱短时傅里叶变换频率分辨率过度依赖窗函数选择的缺陷，并且具有频率分辨率高的优点。在信号时域上加一个平滑的窗函数，得到伪Wigner-Ville分布，又称PWVD(Pseudo Wigner-Ville Distribution，伪魏格纳-威尔分布)，表示为：

上式中h(τ)为所选择的窗函数。

总之，现有技术存在的问题是：使用PWVD分布算法提取弹丸速度信息时，交叉项干扰大，数据的前端和末端频率聚集性较差。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于PWVD分布的中间弹道弹丸速度测量方法，频率分辨率高，瞬时频率估计偏差小。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于PWVD分布的中间弹道弹丸速度测量方法，包括如下步骤：

(10)信号提取：从采集的弹丸回波信号中提取有效信号；

(20)数据长度判断：从有效信号中截取一定长度的数据段，并根据数据长度判断是否需要对该数据段进行抽样；

(30)时频分析：对所截取的有效信号数据段进行PWVD时频分析；

(40)瞬时频率获取：采取阀值法搜索频谱最大值，并进行前端拟合，得到信号瞬时频率；