一种多模复合制导仿真试验多波段信号校正与补偿方法与流程

本发明属于制导，具体涉及一种多模复合制导仿真试验多波段信号校正与补偿方法。

背景技术：

1、当前，对采用多模复合导引头的制导武器开展性能指标的考核与验证需要借助多模复合制导半实物仿真系统开展多模复合导引头在回路的半实物仿真试验来实现。多模复合制导半实物仿真系统一般由微波暗室、阵列馈电系统、雷达目标模拟系统、激光/红外目标模拟器、波束合成器、图像生成计算机、五轴转台、仿真计算机、仿真控制系统等部分组成，其中，雷达目标模拟系统由阵列馈电系统和雷达回波模拟器组成，激光/红外目标模拟器由红外目标模拟分系统和激光目标模拟分系统组成。

2、在多模复合制导半实物仿真试验中，激光/红外目标模拟器生成的激光和红外信号经波束合成器反射后进入导引头入瞳，雷达目标模拟系统生成的射频信号透射过波束合成器进入导引头入瞳，这些信号经过波束合成器反射或透射后会有不同程度的衰减和畸变，与不经过波束合成器直接向被试导引头辐射的单模导引头在回路的半实物仿真模式相比，目标模拟精度会有一定程度的降低，严重时会导致导引头无法捕获目标信号，造成仿真试验失败。

3、当前，射频、激光、红外波段下的目标及背景环境信号都是由目标模拟系统生成后未经任何处理直接向被试导引头投射，其传输过程中会出现的衰减和畸变现象，对多波段信号的校正与补偿没有针对性的解决方法，需要采取有效措施，确保到达导引头入瞳处的不同波段的目标模拟信号在传输过程中不受影响，确保复合目标模拟精度控制在可信范围，保证复合制导半实物仿真试验的顺利进行。

技术实现思路

1、为了克服现有技术的不足，本发明提供了一种多模复合制导仿真试验多波段信号校正与补偿方法，适用于采用波束合成器的多模复合制导仿真系统开展多模复合导引头在回路的半实物仿真试验。对经过波束合成器的激光、红外、射频波段目标模拟系统发出的不同波段的目标模拟信号进行校正与补偿，解决射频、激光、红外目标模拟信号经过波束合成器反射或透射后出现的衰减和畸变问题，确保复合目标模拟的精度。本发明的优点是，仿真过程更接近于多模复合导引头及制导武器的实际工作过程，具有更高的仿真精度。该方法设计简单、有效、实用，具有很好的推广应用空间。

2、本发明解决其技术问题所采用的技术方案包括如下步骤：

3、步骤1：激光信号校正与补偿；

4、步骤1-1：激光目标模拟信号直接投射；

5、在信号传输距离与开展多模复合制导仿真试验下的出瞳距相同的条件下，测量出没有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中激光目标模拟分系统发出的激光目标模拟信号到达导引头入瞳处的激光信号能量强度为，信号传输距离与开展多模复合制导仿真试验下的出瞳距相同；

6、步骤1-2：激光目标模拟信号经过波束合成器反射；

7、测量出有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中激光目标模拟分系统发出的激光目标模拟信号投射到波束合成器上经其反射后到达导引头入瞳处的激光信号能量强度为；

8、步骤1-3：将波束合成器反射面划分为网格进行校正与补偿；

9、根据激光信号入瞳的波束宽度，每隔mm取一个采样点，将整个波束合成器反射面等效为个离散采样点；

10、测量出有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中激光目标模拟分系统发出的激光目标模拟信号投射到波束合成器每个采样点上经其反射后到达导引头入瞳处的激光信号能量强度记为，表示采样点的编号；

11、步骤1-4：计算每个采样点的激光信号能量损耗；

12、步骤1-5：在开展半实物仿真试验时，仿真计算机在将激光信号能量强度信息传送给激光/红外目标模拟器中激光目标模拟分系统时根据激光信号投射到波束合成器反射面上的实际位置(i,j)补偿激光信号能量强度，从而实现与步骤1-1激光目标模拟信号直接投射情况下一致的目标模拟；如果激光目标模拟信号的投射位置不在(i,j)点，则利用(i,j)点周围相邻的四个点进行插值计算出需要补偿的激光信号能量强度大小；

13、步骤2：红外信号校正与补偿；

14、步骤2-1：红外信号能量强度校正与补偿；

15、步骤2-1-1：红外目标模拟信号直接投射；

16、在信号传输距离与开展多模复合制导仿真试验下的出瞳距相同的条件下，测量出没有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中红外目标模拟分系统发出的红外目标模拟信号到达导引头入瞳处的红外信号能量强度为，信号传输距离与开展多模复合制导仿真试验下的出瞳距相同；

17、步骤2-1-2：红外目标模拟信号经过波束合成器反射；

18、测量出有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中红外目标模拟分系统发出的红外目标模拟信号投射到波束合成器上经其反射后到达导引头入瞳处的红外信号能量强度为；

19、步骤2-1-3：将波束合成器反射面划分为网格进行校正与补偿，根据红外信号入瞳的波束宽度且考虑红外成像的分辨率较高，每隔mm取一个采样点，将整个波束合成器反射面等效为个离散采样点，采样点划分与步骤1-3相同；

20、测量出有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中红外目标模拟分系统发出的红外目标模拟信号投射到波束合成器每个采样点上经其反射后到达导引头入瞳处的红外信号能量强度记为；

21、步骤2-1-4：计算每个采样点的红外信号能量损耗；

22、步骤2-1-5：在开展半实物仿真试验时，仿真计算机在将红外信号能量强度信息传送给激光/红外目标模拟器中红外目标模拟分系统时，根据红外信号投射到波束合成器反射面上的实际位置(i,j)补偿红外信号能量强度，从而实现与步骤2-1-1红外目标模拟信号直接投射情况下一致的目标模拟；如果红外目标模拟信号的投射位置不在(i,j)点，则利用(i,j)点周围相邻的四个点进行插值计算出需要补偿的红外信号能量强度大小；

23、步骤2-2：红外信号成像畸变校正与补偿；

24、步骤2-2-1：图像信号直接投射；

25、测量出没有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中红外目标模拟分系统发出的红外目标模拟信号到达导引头入瞳处的图像信号为f(x,y)，信号传输距离与开展多模复合制导仿真试验下的出瞳距相同；

26、步骤2-2-2：图像信号经过波束合成器反射；

27、测量出有波束合成器情况下激光/红外目标模拟器中红外目标模拟分系统发出的红外目标模拟信号投射到波束合成器上经其反射后到达导引头入瞳处的图像信号为g(x,y)；

28、步骤2-2-3：畸变图像的校准步骤；

29、在进行畸变校正时先找出对称中心，再进行相应的几何畸变校正过程；畸变校正步骤如下：

30、a）找出畸变图像对称中心，将畸变图代表的地址空间关系转换为以对称中心为原点的空间关系；

31、b）空间变换：对输入图像即畸变图上像素重新排列以恢复原空间关系，即利用地址映射关系为校正图空间上的每一个点找到它们在畸变图空间上的对应点；

32、c）灰度插值：对空间变换后的像素赋予相应的灰度值以恢复原位置的灰度值；

33、d）在直角坐标系下确定地址映射关系，设[f(x,y)]是原图，[f(u,v)]是发生畸变后的图像；畸变校正的方法为：找出由(u,v)到(x,y)的坐标变换即地址映射，然后令：，为参数向量；

34、若畸变只是纵横比的改变和倾斜，则采用映射变换校正这种畸变，取；，，表示最接近x的整数；得到参数的估计则问题解决；

35、若畸变是空间扭曲型几何畸变，即橡胶层面拉伸，它是曲线畸变，采用二次多项式来进行模拟，表示为：

36、

37、                  （1）

38、取得参数的估计，即知畸变函数，则通过上面二次多项式变换获得修正的空间扭曲映射；

39、步骤3：射频信号校正与补偿；

40、通过校准装置对经波束合成器透射的不同频段的射频目标信号进行幅度和相位误差测量，在仿真时，通过阵列馈电系统经波束合成器透射产生的幅度和相位误差进行修正，抵消波束合成器对射频目标信号的影响，确保射频目标模拟的精度；

41、具体射频信号校正与补偿步骤如下：

42、步骤3-1：无波束合成器的情况；

43、在不安装波束合成器的情况下，阵列馈电系统生成系统衰减器校准表格、移相器校准表格、衰减影响相位校准表格、移相影响功率校准表格；

44、步骤3-1-1：衰减器校准表格；

45、衰减器控制码文件在生成时，每一个频点下的衰减器控制码单独生成一个衰减器控制码文件；

46、衰减器控制码文件由三个维度组成，分别是支路号（a、b、c）、衰减值、衰减控制码，衰减控制码根据衰减值查找得到；

47、步骤3-1-2：移相器校准表格；

48、移相器控制码文件在生成时，每一个频点下的移相器控制码单独生成一个移相器控制码文件；移相器控制码文件由四个维度组成，分别是支路号（a、b、c）、移相值、i路控制码、q路控制码；移相控制码根据移相值查找得到；

49、步骤3-1-3：衰减影响相位校准表格；

50、衰减影响移相文件在生成时，每一个频点下的衰减影响移相数据单独生成一个衰减影响移相文件；衰减影响移相文件由四个维度组成，分别是支路号（a、b、c）、理论衰减值、实际衰减值、移相值修正量；移相值修正量根据衰减值查找得到；

51、步骤3-1-4：移相影响功率校准表格；

52、移相影响衰减文件在生成时，每一个频点下的移相影响衰减数据单独生成一个移相影响衰减文件；移相影响衰减文件由四个维度组成，分别是支路号（a、b、c）、理论移相值、实际移相值、衰减值修正量；衰减值修正量根据移相值查找得到；

53、步骤3-2：有波束合成器的情况；

54、安装波束合成器后，阵列馈电系统输出的信号经波束合成器透射会产生额外的幅度和相位误差，因此需要对系统幅相校准表格和系统幅相一致性修正表格重新进行标校；安装波束合成器后，对天线阵面上的各个天线输出信号功率进行校准；

55、由阵列校准软件控制转台，把对应角度代码数据发送给转台，使高频头指向阵面上待模拟的位置；阵列校准计算机控制矢网输出，信号通过射频线缆传输给阵列馈电系统，阵列校准计算机通过以太网和光纤网络控制阵列馈电控制系统，使阵面所有天线依次输出，通过校准装置高频头接收空馈信号，将信号接入矢量网络信号分析仪，测量各目标信号的接收功率和相位，完成阵面所有天线幅度相位的校准，生成安装波束合成器后的系统幅相校准表格；阵列校准软件根据新的系统幅相校准表格，进行多次迭代，生成安装波束合成器后的系统幅相一致性修正表格；

56、幅相校准表格在生成时，每一个频点下的路径校准数据单独生成一个校准文件；校准文件由四个维度组成，分别是支路号（a、b、c）、天线号、移相值、衰减值；移相值和衰减值根据天线号查找得到；

57、幅相一致性校准是用高频头对阵列馈电系统的通路损耗及相位长度进行测量，通过测量的数据生成幅相补偿表格对链路损耗进行补偿；校准程序补偿各通路损耗和相移量制成相应存储表格；通过各个天线支路中的移相器和衰减器控制字，使其幅度－相位相对基准信号相同，直至所有天线的各个射频传输路径中的幅相特性一致符合技术参数要求为准。

58、优选地，所述步骤2-2-3中对式（1）的求解过程如下：

59、式（1）中两式都是有6个参数的二元二次方程，在畸变图和校正图上各取六对对应点就能通过解方程组得到参数的估计；取的对应点对数越多得到的参数估计就越精确；

60、如果取对对应点，则用向量表示为：

61、 

62、

63、系数，；

64、假设所取的m对对应点组成的矩阵a可逆，即m对对应点线性不相关，则计算得到系数：，；

65、校正的处理过程是将校正图上每一点映射到畸变图，然后通过灰度插值来得到这一点的灰度值，因此校正所采用的是地址逆映射：

66、 

67、双线性插值法利用(u,v)周围的四个最邻近像素的灰度值，根据下面方法来计算(u,v)处的灰度值；设(u,v)四个邻近像素点为abcd坐标分别为(i,j),(i+1,j), (i,j+1),(i+1,j+1)；

68、设，；

69、首先计算出e、f两处的灰度值，f(e)和f(f)，其中：

70、f(e)=[f(c)-f(a)]+f(a)

71、f(f)=[f(d)-f(b)]+f(b)

72、再计算(u,v)：f(u,v)=  [f(f)-f(e)]+f(e)，此f(u,v)值代表的就是校正后图像中(x,y)处的灰度值。

73、优选地，所述=50， =61。

74、本发明的有益效果如下：

75、本发明所提供的多模复合制导仿真试验多波段信号校正与补偿方法，对经过波束合成器的激光、红外、射频波段目标模拟系统发出的不同波段的目标模拟信号进行校正与补偿，解决射频、激光、红外目标模拟信号经过波束合成器反射或透射后出现的衰减和畸变问题，确保复合目标模拟的精度。使用该方法开展半实物仿真试验更接近于多模复合导引头及制导武器的实际工作过程，具有更高的仿真置信度。该方法设计简单、有效、实用，具有很好的推广应用空间。

76、本发明方法还在某采用多模复合导引头的地地战术导弹半实物仿真试验中获得了良好的应用效果。综上可以看出，本发明有着诸多优点，具有广阔的军事应用前景。