膛内弹丸运动姿态是内弹道测试的重要研究内容,对于弹药设计、强度校核、卡膛故障分析、身管寿命评估等都是重要的试验测试依据。但是,由于弹丸的高速运动伴随着高温、高压、高速、高频振动以及强声和强光等物理和化学瞬态现象,测试环境非常恶劣。针对测试弹丸在膛内运动状态参数困难的问题,本文通过建立理论模型对回波信号进行了深入的研究和分析,以期能找到一套通过微波干涉仪获取膛内高速运动目标运动状态信息的测试方案。在内弹道力学理论基础上,结合实际弹丸的微运动情况,首先建立了膛内弹丸高速运动的模型,利用时域极值法和短时傅里叶变换方法处理雷达多普勒信号获取弹丸在膛内的纵向运动变换规律,然后通过对比分析STFT(短时傅里叶变换)、Wigner-Ville(维格纳)变换和改进的Hilbert-Huang(希尔伯特黄)变换三种时频方法的信号处理结果,找出适合获取详细微多普勒信息的方法,最后针对因外部环境干扰导致速度缺失段现象的实际信号,采用基于粒子滤波的修复方法实现对速度曲线的修复和优化,同时也将上述提到的分析方法用于处理实际信号,获得实际膛内高速弹丸的运动状态信息。研究表明:若是获取纵向运动信息,短时傅里叶变换处理微多普勒能量占比小的弹丸回波信号精度最高,曲线平滑;若是需要从中获得微运动信息,对于微多普勒能量占比大的弹丸回波信号,改进的Hilbert-Huang变换和Wigner-Ville变换方法处理效果好,前者获得的瞬时频率信息更加详细,误差均值最小,比STFT方法小10倍;经过处理分析能定量得到弹丸在膛内的摆动特征,且摆动频率误差在1kHz范围以内;与不同组的实验数据对比,可以判断火炮身管内的不平衡程度。