CN105548982A - 一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法 - Google Patents

一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法，该方法的步骤是：分别在待标定雷达和目标载体上安装全球卫星导航系统设备，同时记录原始观测数据，通过载波相位差分方法进行处理，经基线修正后，用求出的目标载体相对雷达的参数(距离、方位角、俯仰角)作为雷达对目标载体测量的真值，完成对雷达的标校工作。该标校方法系统标校精度高，具有直观性、安全性、可靠性、实时性等方面的优点；该方法应用过程简单，设备重量轻、体积小、携带方便，设备安装简单，不需要建设已知的高精度基准点，可缩短工期；获得的标校结果可信，功能完善，使用方便，节约了测量成本，提高了工作效率，具有显著的军事经济效益。

Description

一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法
一、技术领域
本发明涉及的是一种雷达标校方法，尤其是一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法。
二、背景技术
进入21世纪以来，随着我国经济和科学技术的飞速发展，雷达的应用非常广泛，雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究。作为发现目标并对目标定位的设备，雷达在现代战争中发挥着越来越重要的作用，若没有进行系统的标校，则雷达提供的目标信息将失去意义。尤其是在雷达组网成为趋势的今天，网内雷达不进行统一的标校就会发生同一目标出现多个批次的现象，会导致信息的混乱，因此，雷达在使用之前必须进行标校。
雷达标校是雷达系统的一项重要技术工作，目前雷达采用的传统标校方法主要有常规标校，恒星标校两种，但这两种方法均存在一定的局限性。常规标定一般使用标定塔、方位标等外部固定基准设备及水平仪、望远镜等观测仪器来标定零值、轴系误差等系统误差分量。其优点是稳定性好，但是需要建立标校塔和方位标，目标移动性差，全程需要人工干预，对雷达周围的地貌也有一定要求，且无法分离测量数据中的一些误差耦合项。恒星标定以恒星天体为基准目标，通过微光电视等光学设备获取测量数据解算雷达天线轴系误差。其优点是标定过程中人工干预少，但是受天气因素和空中遮挡影响大，且需要雷达具备微光电视设备支持。
三、发明内容
为解决现有技术的不足，本发明的目的是提供一种实用的、可靠的、便携的和实时的一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法。通过该雷达标校方法，可以节约标定成本，提高测量精度和工作效率。
实现本发明的目的采用的技术方案是：该基于全球卫星导航系统(全球卫星导航系统的英文缩写是GNSS，以下简称GNSS)载波相位差分技术用于雷达标校的方法步骤是：
(1)设备的安装：靶载GNSS设备和数传电台安装在移动目标载体内，靶载GNSS天线和数传电台天线置于移动目标载体开阔处；地面GNSS设备安装在雷达附近，地面GNSS天线安装在雷达回转中心或雷达附近开阔处；信息处理设备接收电台天线置于雷达背面高处，使其与目标载体电台天线处于通视状态。
(2)目标载体准备：移动目标载体为介质球，介质球需要采用氦气球或风筝进行放飞拖曳。
(3)基线修正：在标定前，利用手持激光测距仪测量地面GNSS天线相对于被标定雷达回转中心的基线参数(X，Y，Z)，以便于进行基线修正。
(4)数据采集：两台GNSS设备同时开机。靶载GNSS设备采集的原始观测数据分两路，一路存储于数据记录器内，另一路通过电台发送至信息处理设备；地面GNSS设备采集的原始观测数据分两路，一路存储于数据记录器内，另一路通过数据线传输至信息处理设备；信息处理设备通过接收电台实时接收靶载GNSS设备发送的原始观测数据并存储。
(5)数据处理：信息处理设备收集完成靶载GNSS设备和地面GNSS设备采集的原始观测数据后，利用动基线解算软件进行载波相位差分方法处理数据，并通过基线修正后，得出目标载体相对雷达的参数(距离、方位角、俯仰角)，与雷达测定值比对后完成雷达标定。
所述的靶载GNSS天线置于介质球的上部，数传电台天线置于介质球的下部。
所述的雷达附近为距雷达回转中心半径小于10米的范围内。
所述的靶载GNSS设备、地面GNSS设备的两台设备天线距离S(基线长)要求为：S≯10Km。
所述的靶载GNSS设备、地面GNSS设备采样率为≮10Hz，数据传输波特率为115200bps。
所述的目标载体介质球应用时，根据不同的气象条件，当风速≯5m/s时，采用氦气球进行放飞拖曳；当风速为5m/s～10.7m/s时，采用风筝进行放飞拖曳。氦气球或风筝将介质球拖曳到空中的高度，以地物杂波或海杂波不影响雷达设备跟踪的稳定性和精度为适合高度。
本发明采用的方法与现有技术相比，有以下优点：
(1)设备安装使用简单可行。测量设备重量轻、体积小、携带方便，设备安装简单，不需要建设已知的高精度基准点以及造价高昂的标校塔和方位标，可缩短工期，提高工作效率；。
(2)该方法测量精度高。整体技术性能及指标如下：
具有高精度标定功能。能够对雷达的测量参数(距离、方位角、俯仰角)进行标校。
具有点目标模拟功能。作为雷达标校用的合作目标，介质球具有较小的尺寸和较强的反射特性，满足跟踪稳定性和标校精度要求。
具有目标定位功能。能够提供目标相对于雷达回转中心的相对位置参数，并作为标定的真值参数。
具有实时显示载体位置及其相对于雷达回转中心的位置参数。
距离标定精度：≯0.2m(1σ)(标定距离≮30km)。
方位角度标定精度(1σ)：≯0.3mrad(标定距离≮2km)。
俯仰角标定精度(1σ)：≯0.5mrad(标定距离≮2km)。
GNSS设备数据更新率：≮10Hz。
(3)该方法还具有直观性、安全性、可靠性、实时性等方面的优点。
四、具体实施方式
本发明采用的设备：包括靶载GNSS设备和地面GNSS设备为双频双模GNSS设备(GPS/BD2)，数传电台，手持激光测距仪，介质球，风筝或氦气球、信息处理设备。
标校时，工作人员分两组，一组将地面GNSS接收机安装在雷达附近，地面GNSS天线安装在雷达回转中心或雷达附近开阔处；信息处理设备接收电台天线置于雷达背面高处，使其与载体天线处于通视状态，安装完成后，利用手持激光测距仪精确测量地面GNSS接收机天线相对于被标定设备回转中心的基线参数(X，Y，Z)，以便于进行基线修正。另一组将靶载GNSS接收机及数传电台封装在介质球内，介质球表面覆锡箔纸，以增大雷达电磁波及激光的反射率，靶载GNSS天线置于介质球上部，数传天线置于介质球下部。视气象情况利用氦气球或风筝将介质球悬挂到空中适当高度，高度以地物杂波及海杂波均不能进入雷达的主波束内为宜，以保证雷达能够稳定跟踪介质球，由缆绳控制氦气球或风筝。两台GNSS设备同时开机，靶载GNSS设备采集的原始观测数据分两路，一路存储于数据记录器内，供事后数据处理使用，另一路通过数字电台实时发送至信息处理设备；地面GNSS设备采集的原始观测数据分两路，一路存储于数据记录器内，另一路通过数据线传输至信息处理设备。信息处理设备通过接收电台实时接收靶载GNSS设备发送的原始观测数据并存储，同时实时显示载体位置及其相对于雷达回转中心的位置参数，信息处理设备收集完成靶载GNSS设备和地面GNSS设备采集的原始观测数据后，利用动基线解算软件进行载波相位差分方法处理数据，并通过基线修正后，得出目标载体相对雷达的参数(距离、方位角、俯仰角)，与雷达实测值比对后，经过统计处理，完成雷达标校工作。所述的雷达附近为距雷达回转中心半径小于10米的范围内。所述的靶载GNSS设备、地面GNSS设备的两台设备天线距离S(基线长)要求为：S≯10Km。所述的靶载GNSS设备、地面GNSS设备采样率为≮10Hz，数据传输波特率为115200bps。所述的目标载体介质球应用时，根据不同的气象条件，当风速≯5m/s时，采用氦气球进行放飞拖曳；当风速为5m/s～10.7m/s时，采用风筝进行放飞拖曳。氦气球或风筝将介质球拖曳到空中的高度，以地物杂波或海杂波不影响雷达设备跟踪的稳定性和精度为适合高度。
标校工作中建立的坐标系，定义如下：原点O：地面GNSS天线相位中心；OX轴：过原点，平行于当地水平面，指向真北；OZ轴：过原点，铅垂向上；OY轴：过原点，垂直于XOZ平面，指向正东，构成右手坐标系。
根据雷达标校系统的需求，雷达标校软件主要需要实现如下功能：
(1)接收、存储载体目标原始观测数据，并实时显示其定位信息。
(2)实时显示载体目标相对于原点的准确位置。
(3)基线修正。
(4)数据通信。
(5)动基线解算。
本发明中系统采用的关键技术：
(1)基于GNSS载波相位差分算法的高精度标校真值获取技术。采用GNSS载波相位差分算法获取目标坐标真值相关的技术是成熟的，其精度已经过充分检验。为满足标校精度要求，本标定系统以地面GNSS接收机为基准，以封装在介质球内的靶载GNSS接收机为目标信息源，采用成熟的GPS载波相位差分算法进行动基线解算，实时获得介质球相对于地面GNSS接收机中心的相对位置参数(含绝对时)，经基线修正后得到所需的标校真值参数(距离、方位角和俯仰角)。
(2)孤立点目标模拟及拖带技术。采用截面积为0.1m2的小尺寸泡沫球并在表面帖附铝箔材料，以增强雷达反射特性和激光回波率，以模拟点目标；利用气球或风筝将其拖带到空中适当高度，以避免地物杂波或海杂波对雷达设备跟踪稳定性和精度的影响。
(3)宽风速适应技术。为解决在不同风速条件下的使用适用性问题，根据不同的气象条件分别采用气球或风筝来拖带介质球。根据不同的风速，选用1m2、2m2、4m2、6m2等不同尺寸的风筝，以满足升力、易操性和使用安全性要求。
本发明是一种基于GNSS载波相位差分技术的雷达标校方法，用于雷达的标校工作，定位精度高。该方法已经在海军某靶场两型火炮火控系统跟踪雷达标校中得到充分验证，结果表明：利用该方法获得的标校结果可信，功能完善，使用方便，节约了测量成本，提高了工作效率，具有显著的军事经济效益。

Claims (6)

1.一种基于全球卫星导航系统载波相位差分技术的雷达标校方法，其特征在于：该雷达标校方法的步骤是：
(1)设备的安装：靶载GNSS设备和数传电台安装在移动目标载体内，靶载GNSS天线和数传电台天线置于移动目标载体开阔处；地面GNSS设备安装在雷达附近，地面GNSS天线安装在雷达回转中心或雷达附近开阔处；信息处理设备接收电台天线置于雷达背面高处，使其与目标载体电台天线处于通视状态。
(2)目标载体准备：移动目标载体为介质球，介质球需要采用氦气球或风筝进行放飞拖曳。
(3)基线修正：在标定前，利用手持激光测距仪测量地面GNSS天线相对于被标定雷达回转中心的基线参数(X，Y，Z)，以便于进行基线修正。
(4)数据采集：两台GNSS设备同时开机。靶载GNSS设备采集的原始观测数据分两路，一路存储于数据记录器内，另一路通过电台发送至信息处理设备；地面GNSS设备采集的原始观测数据分两路，一路存储于数据记录器内，另一路通过数据线传输至信息处理设备；信息处理设备通过接收电台实时接收靶载GNSS设备发送的原始观测数据并存储。
(5)数据处理：信息处理设备收集完成靶载GNSS设备和地面GNSS设备采集的原始观测数据后，利用动基线解算软件进行载波相位差分方法处理数据，并通过基线修正后，得出目标载体相对雷达的参数(距离、方位角、俯仰角)，与雷达测定值比对后完成雷达标定。
2.如权利要求1所述的雷达标校，其特征在于：所述的靶载GNSS天线置于介质球的上部，数传电台天线置于介质球的下部。
3.如权利要求1所述的雷达标校，其特征在于：所述的雷达附近为距雷达回转中心半径小于10米的范围内。
4.如权利要求1所述的雷达标校，其特征在于：所述的靶载GNSS设备、地面GNSS设备的两台设备天线距离S(基线长)要求为：S≯10Km。
5.如权利要求1所述的雷达标校，其特征在于：所述的靶载GNSS设备、地面GNSS设备采样率为≮10Hz，数据传输波特率为115200bps。
6.如权利要求1或2所述的雷达标校，其特征在于：所述的目标载体介质球应用时，根据不同的气象条件，当风速≯5m/s时，采用氦气球进行放飞拖曳；当风速为3m/s～10.7m/s时，采用风筝进行放飞拖曳。氦气球或风筝将介质球拖曳到空中的高度，以地物杂波或海杂波不影响雷达设备跟踪的稳定性和精度为适合高度。
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