CN111308457A - 脉冲多普勒雷达寻北的方法、***及存储介质 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种脉冲多普勒雷达寻北的方法，包括：获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度；设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷达坐标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息；根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算站心坐标系下以雷达为原点的飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；根据所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航迹UTC时间，计算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；多次执行上述步骤，获取多个方位角差值的平均值，对多个方位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹角。本发明实现了雷达的寻北功能。

Description

脉冲多普勒雷达寻北的方法、***及存储介质
技术领域
本发明属雷达技术领域，特别涉及一种脉冲多普勒雷达寻北的方法、*** 及存储介质。
背景技术
随着高科技技术的不断发展，中国正在成为全球卫星定位导航***(GPS) 产业增长最快的市场之一。GPS作为一个中距离圆型轨道卫星导航***，它可以 为地球表面绝大部分地区(98％)提供准确的定位、测速和高经度的时间标准， 可以满足位于全球任何地方或近地空间的军事用户连续精确的确定三维位置、 三维运动和时间的需要。同时，随着大规模集成电路和数字处理技术的发展， 脉冲多普勒雷达被广泛应用于机载预警、导航、导弹制导、卫星跟踪、战场监 视、靶场测量、武器火控和气象探测等方面，成为越来越重要的军事装备和精 密***。
现有的脉冲多普勒雷达***输出的信息一般包含目标距离、方位角、俯仰 角、速度、回波幅度等信息。为了更好地完成与***激光武器***或武器控制 ***对接，雷达的方位角通常需要从雷达坐标系转换到站心坐标系即东北天坐 标系下，雷达方位角为与正北方向的夹角。因此，在雷达***中一般会配备一 套惯性导航***或寻北仪等具有寻北功能的设备，在缺少该设备条件下，雷达 将无法正确输出雷达探测目标与正北方向的夹角，从而影响后续目标的探测、 跟踪及打击操作。
目前，如何在无寻北设备条件下实现雷达的寻北功能是本领域技术人员迫 切解决的一个技术问题。
发明内容
本申请实施例的目的是提出一种脉冲多普勒雷达寻北的方法，旨在基于雷 达回波航迹与GPS数据，解决在无寻北设备条件下，通过基于雷达回波航迹与 GPS回传数据求解获得雷达转台角度与正北方向夹角的目的，从而实现雷达的寻 北功能。
为解决上述技术问题，本申请实施例是这样实现的：
根据本申请实施例的第一方面，提出了一种脉冲多普勒雷达寻北的方法， 所述方法包括如下步骤：
S1，获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度；
S2，设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷达坐标系下雷 达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息；
S3，根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算以雷达为原点的站心坐标系 下飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；
S4，根据所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航迹UTC时间，计 算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；
S5，多次执行步骤S2、S3、S4，获取多个方位角差值的平均值，对多个方 位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹角。
在本申请的一些实施例中，所述获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达 粗方位角度包括以下子步骤：
设定飞行器相对雷达沿某一方向径向飞行，并设定雷达转台方位角为雷达 坐标系0°；
检测雷达上位机是否有雷达回波航迹：若有，获取雷达粗方位角度；若无， 则设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°；
对检测的回波航迹的进行数据查找，确定雷达粗方位角度。
在本申请的一些实施例中，所述数据查找包括：顺序查找法、二分查找法 和快速查找法中的一种或多种。
在本申请的一些实施例中，对于扫描雷达，所述数据查找方法包括扇扫法。
在本申请的一些实施例中，所述雷达坐标系下雷达航迹包含距离、俯仰角、 方位角和UTC时间。
在本申请的一些实施例中，所述大地坐标系下飞行器GPS航迹包含经度、 纬度、高度和UTC时间。
在本申请的一些实施例中，所述获得雷达坐标系下雷达航迹与大地坐标系 下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息的实现中，通过将GPS设备放 置在雷达阵面中心获得雷达坐标原点的纬度、经度和高度信息。
根据本申请实施例的第二方面，提供了一种脉冲多普勒雷达寻北的***， 所述***包括：
确定模块，用于获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度；
处理模块，用于设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷达 坐标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信 息；
计算模块，根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算站心坐标系下以雷达 为原点的飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；
求值模块，根据所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航迹UTC时 间，计算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；
获取模块，多次运行处理模块、计算模块和求值模块，获取多个方位角差 值的平均值，对多个方位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹角。
在本申请的一些实施例中，所述确定模块包括：
设定子模块，用于设定飞行器相对雷达沿某一方向径向飞行，并设定雷达 转台方位角为雷达坐标系0°；
检测子模块，用于检测雷达上位机是否有雷达回波航迹：若有，获取雷达 粗方位角度；若无，则设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°；
确定子模块，用于对检测的回波航迹的进行数据查找，确定雷达粗方位角 度。
根据本申请实施例的第三方面，提供了一种计算机可读存储介质，其上存 储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现上述第一方面中任一项 所述的脉冲多普勒雷达寻北的方法的步骤。
通过本申请实施例中的技术方案，有效解决在无寻北仪等寻北设备条件下， 通过基于雷达回波航迹与GPS回传数据求解得到雷达转台零度与正北方向的夹 角，从而实现目标方位角由雷达坐标系向站心坐标系的转换。
附图说明
图1示出了根据本申请的一些实施例提供的脉冲多普勒雷达寻北的方法 的流程示意图；
图2示出了根据本申请的一些实施例提供的脉冲多普勒雷达寻北的方法 的实现流程示意图；
图3示出了根据本申请的一些实施例提供的脉冲多普勒雷达寻北的*** 的结构示意框图。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的具体实施方式作出详细说明。
图1示出了根据本申请一些实施例提供的脉冲多普勒雷达寻北的方法示意 图，以下结合图1对示例实施例中的脉冲多普勒雷达寻北的方法进行详细的说 明。
在步骤S1中，获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角；
具体地，首先，设定飞行器相对雷达沿某一方向径向飞行，并设定雷达转 台方位角为雷达坐标系0°，检测雷达上位机是否有雷达回波航迹：若有，获取 雷达粗方位角度；若无，则设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°；对检测的 回波航迹的进行数据查找，确定雷达粗方位角度。
需要说明的是，在图1的示例实施例中，数据查找的实现方法包括，顺序 查找法、二分查找法、快速查找法等方法。实际应用中，针对扫描雷达可直接 通过扇扫获得雷达粗方位角，针对跟踪雷达可通过上述步骤获得雷达粗方位角。
以下选用二分查找法为例进行具体介绍。图2示出了根据本申请的一些实 施例提供的脉冲多普勒雷达寻北的方法的流程示意图。参见图2所示，设定飞 行器相对于雷达沿某一方向径向飞行，同时设定雷达转台方位角为雷达坐标系 0°，观察雷达上位机是否有雷达回波航迹，若有，获得雷达粗角度0°；若无， 设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°，观察雷达上位机是否有回波航迹，以 此类推，通过数据查找方法结合观察法确认雷达粗方位角度A0。
在步骤S2中，设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷达坐 标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息；
需要说明的是，所述雷达坐标系下雷达航迹包含距离、俯仰角、方位角和 UTC时间，所述大地坐标系下飞行器GPS航迹包含经度、纬度、高度和UTC时间。
具体实现中，根据步骤S1获得的雷达粗方位角度A0，设定雷达转台方位角 固定不变，飞行器沿雷达粗方位角A0切向穿过雷达波束。假设雷达波束宽度为 Bw，则保证飞行器飞行方位在雷达方位角范围内为[A0-2Bw,A0+2Bw]。同时获得 雷达坐标系下雷达航迹(包含距离Rt、俯仰角Et、方位角At、UTC时间Tt)与大 地坐标系下GPS航迹(包含经度Lg、纬度Bg、高度Hg、UTC时间Tg)，将GPS 设备放置在雷达阵面中心可获得雷达坐标原点的纬度L0、经度B0、高度信息H0。
具体地，通过将GPS设备放置在雷达阵面中心获得雷达坐标原点的纬度、 经度和高度信息。
在步骤S3中，根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算以雷达为原点的站 心坐标系下飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；
进一步地，根据步骤S2中获得的飞行器在大地坐标系下的经度Lg、纬度Bg、 高度Hg、UTC时间Tg，将GPS设备放在雷达阵面中心可得到雷达坐标原点在大 地坐标系下的纬度L0、经度B0、高度信息H0，计算以雷达为原点的站心坐标系 下GPS航迹的方位角Ag。
在步骤S4中，根据步骤S3所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS 航迹UTC时间，计算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；
具体实现中，根据步骤S2与步骤S3得到的目标在雷达坐标系与站心坐标 系下的距离、俯仰角、方位角、UTC时间信息，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航 迹UTC时间，计算相同时间目标在雷达坐标系与站心坐标系的方位角差值 ΔA＝At-Ag。
在步骤S5中，多次执行步骤S2、S3、S4，获取多个方位角差值的平均值， 对多个方位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹角。
实际应用中，多次重复步骤S2、S3、S4，获得飞行器在多个不同方向分别 位于雷达坐标系与站心坐标系下的方位角差值的平均值{ΔA1,ΔA2，...,ΔAn}，对方位角 差值的平均值再求均值
Figure BDA0002312272160000071
即获得雷达与正北方向的夹角，最终得到雷达 在站心坐标系的方位角大小为
Figure BDA0002312272160000072
在本申请的示例实施例中，还提供了一种脉冲多普勒雷达寻北的***。参 照图3所示，该脉冲多普勒雷达寻北的***300包括：
确定模块301，用于获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度；
处理模块302，用于设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷 达坐标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度 信息；
计算模块303，根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算站心坐标系下以雷 达为原点的飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；
求值模块304，根据所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航迹UTC 时间，计算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；
获取模块305，多次运行处理模块、计算模块和求值模块，获取多个方位角 差值的平均值，对多个方位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹 角。
在本申请的一些实施例中，基于上述方案，所述确定模块包括：设定子模 块，用于设定飞行器相对雷达沿某一方向径向飞行，并设定雷达转台方位角为 雷达坐标系0°；检测子模块，用于检测雷达上位机是否有雷达回波航迹：若有， 获取雷达粗方位角度；若无，则设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°；确定 子模块，用于对检测的回波航迹的进行数据查找，确定雷达粗方位角度。
本申请实施例提供的脉冲多普勒雷达寻北的***能够实现前述方法实施例 中的各个过程，并达到相同的功能和效果，这里不再重复。
此外，本申请实施例还提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算 机程序，一种具体的实施例中，该存储介质可以为U盘、光盘、硬盘等，该存 储介质存储的计算机程序被处理器执行时可以实现本申请方法实施例中的步 骤。
对于本领域技术人员而言，显然本发明实施例不限于上述示范性实施例的 细节，而且在不背离本发明实施例的精神或基本特征的情况下，能够以其他的 具体形式实现本发明实施例。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是 示范性的，而且是非限制性的，本发明实施例的范围由所附权利要求而不是上 述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化 涵括在本发明实施例内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的 权利要求。此外，显然“包括”一词不排除其他单元或步骤，单数不排除复数。 ***、装置或终端权利要求中陈述的多个单元、模块或装置也可以由同一个单 元、模块或装置通过软件或者硬件来实现。第一，第二等词语用来表示名称， 而并不表示任何特定的顺序。
最后应说明的是，以上实施方式仅用以说明本发明实施例的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明实施例进行了详细说明，本领域的普通技 术人员应当理解，可以对本发明实施例的技术方案进行修改或等同替换都不应 脱离本发明实施例的技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种脉冲多普勒雷达寻北的方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1，获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度；
S2，设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷达坐标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息；
S3，根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算以雷达为原点的站心坐标系下飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；
S4，根据所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航迹UTC时间，计算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；
S5，多次执行步骤S2、S3、S4，获取多个方位角差值的平均值，对多个方位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹角。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度包括以下子步骤：
设定飞行器相对雷达沿某一方向径向飞行，并设定雷达转台方位角为雷达坐标系0°；
检测雷达上位机是否有雷达回波航迹：若有，获取雷达粗方位角度；若无，则设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°；
对检测的回波航迹的进行数据查找，确定雷达粗方位角度。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，所述数据查找包括：顺序查找法、二分查找法和快速查找法中的一种或多种。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其特征在于，对于扫描雷达，所述数据查找方法包括扇扫法。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述雷达坐标系下雷达航迹包含距离、俯仰角、方位角和UTC时间。
6.根据权利要求1或5所述的方法，其特征在于，所述大地坐标系下飞行器GPS航迹包含经度、纬度、高度和UTC时间。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述获得雷达坐标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息的实现中，通过将GPS设备放置在雷达阵面中心获得雷达坐标原点的纬度、经度和高度信息。
8.一种脉冲多普勒雷达寻北的***，其特征在于，所述***包括：
确定模块，用于获取雷达上位机雷达回波航迹，确定雷达粗方位角度；
处理模块，用于设定飞行器沿雷达粗方位角切向穿过雷达波束，获得雷达坐标系下雷达航迹与大地坐标系下飞行器GPS航迹与雷达纬度、经度、高度信息；
计算模块，根据大地坐标系下飞行器GPS航迹，计算站心坐标系下以雷达为原点的飞行器GPS航迹的距离、俯仰角、方位角；
求值模块，根据所计算的结果，对齐雷达航迹UTC时间与GPS航迹UTC时间，计算相同时间雷达方位角与飞行器GPS方位角差值的平均值；
获取模块，多次运行处理模块、计算模块和求值模块，获取多个方位角差值的平均值，对多个方位角差值的平均值求均值，获得雷达与正北方向的夹角。
9.根据权利要求8所述的***，其特征在于，所述确定模块包括：
设定子模块，用于设定飞行器相对雷达沿某一方向径向飞行，并设定雷达转台方位角为雷达坐标系0°；
检测子模块，用于检测雷达上位机是否有雷达回波航迹：若有，获取雷达粗方位角度；若无，则设定雷达转台方位角为雷达坐标系180°；
确定子模块，用于对检测的回波航迹的进行数据查找，确定雷达粗方位角度。
10.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1-7任一项所述的脉冲多普勒雷达寻北的方法的步骤。
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