CN109490864B - 一种靶场三坐标测量雷达组网测试*** - Google Patents

一种靶场三坐标测量雷达组网测试*** Download PDF

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Abstract

本发明属于靶场雷达应用技术领域，具体涉及一种靶场三坐标测量雷达组网测试***。本***包括传输协议转换装置、数据处理中心站以及指挥控制中心，传输协议转换装置与三坐标测量雷达间双向连接，数据处理中心站与传输协议转换装置间双向连接，指挥控制中心与数据处理中心站间双向连接。本发明能通过自身的传输协议转换和数据融合处理功能来组网更多台套的三坐标测量雷达，进而形成雷达组网测试***，不仅能够提高测试数据精度，同时也能有效确保数据录取率，满足了靶场测试需求。

Description

一种靶场三坐标测量雷达组网测试***
技术领域
本发明属于靶场雷达应用技术领域，具体涉及一种靶场三坐标测量雷达组网测试***。
背景技术
三坐标测量雷达是针对两坐标测量雷达而言的。两坐标测量雷达只能提供空中目标的距离和方位数据，而无法提供高度数据。相对的，三坐标测量雷达能同时获得目标方位、距离、仰角等三维坐标参数，对目标的定位更为准确，并能够同时发现、录取和跟踪多批目标，因而受到世界各国的高度重视。在靶场测量雷达实际使用过程中人们发现，由于被测试目标的不断更新，对测试精度和测试保障成功率的要求也在不断提高，并且很多测试目标具有“暗、小、快、弱”的特点，导致即使是三坐标测量雷达在很多时候都无法单台套的完成测试任务。为了提高测试精度和数据录取率，可以通过研制新的替代雷达来确保，但是显然，这需要较长的研发周期和极大的经费投入，资源消耗较多。而即使研发出了新雷达，单台套雷达不能充分保障测试需求的弊端仍无法解决。是否能利用和糅合现有三坐标测试测量雷达技术，从而以组网测试***的方式来解决现有的测试需求，进而有效缩减经费投入，降低研发周期和资源消耗，为本领域近年来所亟待解决的技术难题。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种靶场三坐标测量雷达组网测试***；本发明能通过自身的传输协议转换和数据融合处理功能来组网更多台套的三坐标测量雷达，进而形成雷达组网测试***，其不仅能够提高测试数据精度，同时也能有效确保其优良的数据录取率，保障了实际的靶场测试需求。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
1、一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：本***包括传输协议转换装置、数据处理中心站以及指挥控制中心，其中，传输协议转换装置与三坐标测量雷达间双向连接，数据处理中心站与传输协议转换装置间双向连接，指挥控制中心与数据处理中心站间双向连接，并执行以下步骤：
每一台参与组网测试的三坐标测量雷达都将自身的测量数据打上北斗/GPS时间标志，并输出给传输协议转换装置，同时接收传输协议转换装置发出的融合实时测量数据来作为引导数据；传输协议装换装置接收各雷达的测量数据，并格式转换为符合HDLC协议的转换数据，再将该转换数据发送至数据处理中心站；数据处理中心站将收集到的各雷达测量数据进行融合处理，得到融合实时测量数据；该融合实时测量数据一方面通过传输协议转换装置返输回各雷达，另一方面还发送至指挥控制中心处作为最终测试数据。
优选的，数据处理中心站包括数据融合处理模块以及数据收发模块；对由传输协议转换装置传送过来的转换数据，数据融合处理模块依靠数据融合算法模型，依次经过时间对齐步骤、剔除野值点步骤、滤波步骤、数据平滑步骤和外推步骤后，形成融合实时测量数据；数据处理中心站可进行如下航迹融合操作：
1)如果每一台参与组网测试的三坐标测量雷达均正常工作，此时数据处理中心站能够对雷达的点迹信息进行多目标跟踪，并将来自雷达的局部航迹进行数据处理后，得到融合航迹；
2)在跟踪过程中，如果某一部雷达受到干扰，数据处理中心站首先判断正常工作的其他雷达的航迹是否仍与融合航迹关联：如果仍关联的话，那么将正常工作的其他雷达的航迹输出为融合航迹，直到受到干扰的雷达正常工作；如果所有雷达的航迹均无法关联，则把***融合航迹的点迹进行外推，当外推点迹达到3次之前发现任一雷达能够正常工作，则将此时的雷达航迹输出为***融合航迹；当外推达到3次后所有雷达仍无法正常工作，则由指挥控制中心控制每一台参与组网测试的三坐标测量雷达重新搜索目标。
优选的，数据处理中心站在进行上述航迹融合操作之前，先进行以下点迹融合流程：
a)利用小波技术对各雷达测量的点航迹数据去除噪声，其中包括数据清理、数据变换和数值归约；
b)利用小波技术对数据进行压缩；
c)利用小波技术对预处理过后的数据进行分层，对分层后的相似高频系数及细节低频系数进行Kalman滤波；
d)利用最大最小贴近度对各雷达点航迹数据计算信噪比，通过信噪比对数据的近似系数进行融合；
e)利用小波技术融合和重构c)步骤和d)步骤所得数据，得到融合结果。
优选的，a)步骤包括以下子步骤：
通过不同的填值方式填补缺失值，去除对最终决策无关的属性数据和光滑噪声，并识别离群的数据点且对其进行纠正，具体操作包括：
1)数据清理：通过偏差检测进行数据清洗；
2)数据变换：对数据归一化处理；
3)数值归约：目的为减少数据量，将原始数据量统一变小。
优选的，b)步骤包括以下子步骤：
1)将点航迹数据通过小波变换分解为高频系数和低频系数；
2)对上述系数进行阈值量化处理。
优选的，c)步骤包括以下子步骤：
1)基于小波变换的多分辨率分析方法，对信号进行多尺度分解；
2)用Kalman滤波器估计每个尺度上的数据，并得到每个尺度上的估计结果；
3)基于每个尺度上的估计结果，通过Mallat的快速重建算法，以获得同一时刻不同雷达的权重。
优选的，传输协议转换装置包括传输协议转换模块、数据预处理模块和数据收发模块组成；传输协议转换模块和数据预处理模块用于对接收的数据进行格式转换，全部转换为HDLC协议的数据，然后再将不同坐标系的测量数据均转换为靶场坐标系下的数据；数据预处理模块统一数据率为每秒20帧，以便发送给数据处理中心站；数据收发模块在接收各雷达测量数据的同时也接收数据处理中心站发送来的实时引导数据，以便分发给各雷达设备。
本发明的有益效果在于：
本发明有效的利用了数据融合技术，通过建立传输协议转换装置和数据处理中心站，从而实现了多台套三坐标测量雷达的协同测量以及在线数据融合效果。通过本发明对各雷达测试数据的融合处理，可以显著提高测试数据的精度，同时也由于能够实时形成和发送引导数据，进而能有效的提高靶场测量雷达的测试数据录取率。由于本发明基于现有的三坐标测量雷达而设计，无需额外研发新型雷达，因此技术难度小、投入经费较低，可以在不改变现有三坐标测量雷达设备的基础上，将多台雷达进行组网测试，并获得较高的测试数据精度和更好的数据录取率，适用于靶场测量雷达的组网测试之中，成效显著。
附图说明
图1为本发明的总体结构框图；
图2为传输协议装换装置的结构框图；
图3为数据处理中心站的结构框图；
图4为以两台套三坐标测量雷达作为实施例时，数据处理中心站的多雷达数据融合流程图。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-4，对本发明的具体流程及工作方式作以下进一步描述：
如图1-3所示的，一种靶场三坐标雷达组网测试***，包括：
传输协议转换装置，用于收发三坐标测量雷达和数据处理中心站的数据，并完成雷达传输协议格式转换。
数据处理中心站，用于对来自传输协议转换的雷达数据进行融合处理，并将融合实时测量数据作为引导数据发送给传输协议转换装置，同时将融合数据传送给指挥控制中心。
如图2所示的，传输协议转换装置用于接收各测量雷达送来的数据，其由传输协议转换模块、数据预处理模块和数据收发模块组成。由于不同雷达的数据格式不同，并且数据率也不同，传输协议转换装置首先对接收的数据进行格式转换，全部转换为HDLC协议的数据，然后再将不同坐标系的测量数据均转换为靶场坐标系下的数据，最后统一数据率为每秒20帧，将处理好的数据发送给数据处理中心站作数据融合处理。同时接收数据处理中心站发送来的实时的引导数据，并分发给各雷达设备。
如图3所示的，数据处理中心站用于融合处理多雷达测量数据，其由数据融合处理模块、数据收发模块组成。对由传输协议转换装置传送过来的雷达数据采用数据融合算法模型，经过时间对齐、剔除野值点、滤波、数据平滑、外推步骤后，最终形成一个高精度的测量数据。
此处以两台套三坐标测量雷达举例，如图4所示，此时数据处理中心站的多雷达数据融合流程如下：
1)如果每一台参与组网测试的三坐标测量雷达均正常工作，此时数据处理中心站能够对雷达的点迹信息进行多目标跟踪，并将来自雷达的局部航迹进行数据处理后，得到融合航迹；
2)在跟踪过程中，如果某一部雷达受到干扰，数据处理中心站首先判断正常工作的其他雷达的航迹是否仍与融合航迹关联：如果仍关联的话，那么将正常工作的其他雷达的航迹输出为融合航迹，直到受到干扰的雷达正常工作；如果所有雷达的航迹均无法关联，则把***融合航迹的点迹进行外推，当外推点迹达到3次之前发现任一雷达能够正常工作，则将此时的雷达航迹输出为***融合航迹；当外推达到3次后所有雷达仍无法正常工作，则由指挥控制中心控制每一台参与组网测试的三坐标测量雷达重新搜索目标。
当上述多雷达数据融合流程结束后，可基于对各雷达性能参数及目标飞行参数的分析，依靠数据融合处理算法进行数据融合处理，以便获得测量数据，最终达到稳定跟踪目的。
综上所述，本发明有效的结合了数据融合技术，通过建立传输协议转换装置和数据处理中心站，从而实现了多台套三坐标测量雷达的协同测量以及数据融合判断效果。由于本发明基于现有的三坐标测量雷达而设计，无需额外研发新型雷达，因此技术难度小、投入经费较低，可以在不改变现有三坐标测量雷达设备的基础上，将多台雷达进行组网测试，其测试数据精度高，数据录取率好，适用于靶场测量雷达的组网测试之中。

Claims (6)

1.一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：本***包括传输协议转换装置、数据处理中心站以及指挥控制中心，其中，传输协议转换装置与三坐标测量雷达间双向连接，数据处理中心站与传输协议转换装置间双向连接，指挥控制中心与数据处理中心站间双向连接，并执行以下步骤：
每一台参与组网测试的三坐标测量雷达都将自身的测量数据打上北斗/GPS时间标志，并输出给传输协议转换装置，同时接收传输协议转换装置发出的融合实时测量数据来作为引导数据；传输协议装换装置接收各雷达的测量数据，并格式转换为符合HDLC协议的转换数据，再将该转换数据发送至数据处理中心站；数据处理中心站将收集到的各雷达测量数据进行融合处理，得到融合实时测量数据；该融合实时测量数据一方面通过传输协议转换装置返输回各雷达，另一方面还发送至指挥控制中心处作为最终测试数据；
数据处理中心站包括数据融合处理模块以及数据收发模块；对由传输协议转换装置传送过来的转换数据，数据融合处理模块依靠数据融合算法模型，依次经过时间对齐步骤、剔除野值点步骤、滤波步骤、数据平滑步骤和外推步骤后，形成融合实时测量数据；数据处理中心站可进行如下航迹融合操作：
1)如果每一台参与组网测试的三坐标测量雷达均正常工作，此时数据处理中心站能够对雷达的点迹信息进行多目标跟踪，并将来自雷达的局部航迹进行数据处理后，得到融合航迹；
2)在跟踪过程中，如果某一部雷达受到干扰，数据处理中心站首先判断正常工作的其他雷达的航迹是否仍与融合航迹关联：如果仍关联的话，那么将正常工作的其他雷达的航迹输出为融合航迹，直到受到干扰的雷达正常工作；如果所有雷达的航迹均无法关联，则把***融合航迹的点迹进行外推，当外推点迹达到3次之前发现任一雷达能够正常工作，则将此时的雷达航迹输出为***融合航迹；当外推达到3次后所有雷达仍无法正常工作，则由指挥控制中心控制每一台参与组网测试的三坐标测量雷达重新搜索目标。
2.根据权利要求1所述的一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：数据处理中心站在进行上述航迹融合操作之前，先进行以下点迹融合流程：
a)利用小波技术对各雷达测量的点航迹数据去除噪声，其中包括数据清理、数据变换和数值归约；
b)利用小波技术对数据进行压缩；
c)利用小波技术对预处理过后的数据进行分层，对分层后的相似高频系数及细节低频系数进行Kalman滤波；
d)利用最大最小贴近度对各雷达点航迹数据计算信噪比，通过信噪比对数据的近似系数进行融合；
e)利用小波技术融合和重构c)步骤和d)步骤所得数据，得到融合结果。
3.根据权利要求2所述的一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：a)步骤包括以下子步骤：
通过不同的填值方式填补缺失值，去除对最终决策无关的属性数据和光滑噪声，并识别离群的数据点且对其进行纠正，具体操作包括：
1)数据清理：通过偏差检测进行数据清洗；
2)数据变换：对数据归一化处理；
3)数值归约：目的为减少数据量，将原始数据量统一变小。
4.根据权利要求2所述的一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：b)步骤包括以下子步骤：
1)将点航迹数据通过小波变换分解为高频系数和低频系数；
2)对上述系数进行阈值量化处理。
5.根据权利要求2所述的一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：c)步骤包括以下子步骤：
1)基于小波变换的多分辨率分析方法，对信号进行多尺度分解；
2)用Kalman滤波器估计每个尺度上的数据，并得到每个尺度上的估计结果；
3)基于每个尺度上的估计结果，通过Mallat的快速重建算法，以获得同一时刻不同雷达的权重。
6.根据权利要求1或2或3或4或5所述的一种靶场三坐标测量雷达组网测试***，其特征在于：传输协议转换装置包括传输协议转换模块、数据预处理模块和数据收发模块组成；传输协议转换模块和数据预处理模块用于对接收的数据进行格式转换，全部转换为HDLC协议的数据，然后再将不同坐标系的测量数据均转换为靶场坐标系下的数据；数据预处理模块统一数据率为每秒20帧，以便发送给数据处理中心站；数据收发模块在接收各雷达测量数据的同时也接收数据处理中心站发送来的实时引导数据，以便分发给各雷达设备。
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一种外弹道测量数据的斑点型野值剔除方法;战杰;《航天控制》;20160215;第34卷(第1期);75-78 *
多传感器数据的处理及融合;陈英;《吉林大学学报(理学版)》;20180926;第56卷(第5期);1170-1178 *

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