CN106872952A - 一种用于二次监视雷达的测角修正方法及测角修正系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种用于二次监视雷达的测角修正方法及测角修正系统，实时获取二次监视雷达载体发生摇摆而产生的横摇角ε和纵摇角Φ，判断纵摇角Φ和横摇角ε是否均在设置阈值范围内，如果是，则获取所述二次监视雷达在纵摇角Φ和横摇角ε均在设置阈值范围内时探测目标所获得的实测方位角θ′、距离R和C模式高度H，对方位角进行修正。与现有技术相比，能够解决移动平台二次监视雷达在不用机械稳定方法的情况下，对因载体摇摆而引起方位测量超差的现象；采用软件方法修正，省去笨重的机械稳定设施，给载体平台扩展了空间和减轻了重量，并且对系统处理能力要求不高，能够实时补偿，修正精确度高。

Description

一种用于二次监视雷达的测角修正方法及测角修正系统
技术领域
本发明涉及一种用于二次监视雷达的测角修正方法及测角修正系统，特别是涉及一种适用于空中管制领域的用于二次监视雷达的测角修正方法及测角修正系统。
背景技术
二次监视雷达(SSR)是一种空管雷达信标系统(ATCRBS)，是现代空管系统必配的设备之一，不仅能探测飞机的距离、方位，还能获取飞机的识别代码和气压高度等信息，具有雷达和通信的双重功能，因此广泛运用于民用和军用航空领域。对于民用来说，二次监视雷达通常装在机场附近和航路上；而对于军用来说，二次监视雷达不仅架设于陆基，有时还加装在机载、舰载平台上。
对于舰载平台，舰船在海上航行时，受风浪等因素的影响会产生剧烈摇摆，雷达系统装在舰船上也会随舰船的摇摆而摇摆，天线扫描波束的空间指向也会随之变化，使天线波束在空间不能按预期的要求稳定地指向目标，这就破坏了雷达的正常工作。同样，飞机在空中飞行时，受气流等因素的影响会产生摇摆，雷达天线扫描波束也会随之变化。
传统的舰载或机载二次监视雷达天线一般安装在机械稳定平台上，稳定平台始终稳定于惯性空间(大地坐标系)，从而使雷达天线对大地相对静止，保证雷达天线指向的稳定。但由于机械稳定平台结构复杂、造价昂贵，且平台精度不易做高，并不适用于所有的雷达系统。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种能够解决移动平台二次监视雷达在不用机械稳定方法的情况下，对因载体摇摆而引起方位测量超差现象的测角修正方法及测角修正系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种用于二次监视雷达的测角修正方法，具体方法步骤为：
步骤一，实时获取二次监视雷达载体发生摇摆而产生的横摇角ε和纵摇角Φ；
步骤二，判断纵摇角Φ和横摇角ε是否均在设置阈值范围内，如果是，则进入下一步，如果否，则进入步骤一；
步骤三，获取所述二次监视雷达在纵摇角Φ和横摇角ε均在设置阈值范围内时探测目标所获得的实测方位角θ′、距离R和C模式高度H；
步骤四，根据得到所述目标的仰角α；并根据得到修正后的方位角θ；
所述横摇角是指，在空间直角坐标系中，假设所述二次监视雷达载体平台法线方向为x轴，以x轴为旋转轴产生的摇摆为横摇，横摇偏离x轴所成的角度为横摇角；
所述纵摇角是指，在空间直角坐标系中，假设所述二次监视雷达载体平台法线方向为x轴，以y轴为旋转轴产生的摇摆为纵摇，纵摇偏离y轴所成的角度为纵摇角。
所述纵摇角Φ的设置阈值范围为[－20°～+20°]。
所述横摇角ε的设置阈值范围为[－45°，+45°]。
基于上述用于二次监视雷达的测角修正方法的测角修正系统，包括天线、射频模块、信号处理模块、修正模块和外部姿态传感器；所述天线向空中辐射询问信号，并接收应答信号；所述射频模块接收信号处理模块发送的数字询问编码信号，并调制放大成设定功率的1030MHz信号通过天线发射，同时，把从天线接收下来的1090MHz应答信号放大、混频和检波处理后形成数字应答信号发送至信号处理模块；所述信号处理模块除产生询问编码信号外，还接收数字应答信号，并对所接收的数字应答信号进行译码、识别代码和气压高度信息提取、距离计算及方位角计算；所述修正模块实时接收外部姿态传感器发送的二次监视雷达载体的纵摇角和横摇角信息，融合信号处理模块送来的实测目标距离、方位角和高度，对目标方位角进行摇摆修正，形成修正方位角信息填入目标报告送上级系统。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：能够解决移动平台二次监视雷达在不用机械稳定方法的情况下，对因载体摇摆而引起方位测量超差的现象，采用软件方法修正，省去笨重的机械稳定设施，给载体平台扩展了空间和减轻了重量，并且对系统处理能力要求不高，能够实时补偿，修正精确度高。
附图说明
图1为纵摇角和横摇角定义示意图。
图2为纵摇时探测目标示意图。
图3为横摇时探测目标示意图。
图4为本发明其中一实施例的系统组成框图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本说明书(包括摘要和附图)中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或者具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
摇摆主要有横摇和纵摇两种形式，如图1所示，在空间直角坐标系中，假设平台法线方向为x轴，以x轴为旋转轴产生的摇摆为横摇，横摇角为ε，以y轴为旋转轴产生的摇摆为纵摇，纵摇角为Φ。
具体实施例1
一种用于二次监视雷达的测角修正方法，具体方法步骤为：
步骤一，实时获取二次监视雷达载体发生摇摆而产生的横摇角ε和纵摇角Φ；
步骤二，判断纵摇角Φ和横摇角ε是否均在设置阈值范围内，如果是，则进入下一步，如果否，则进入步骤一；
步骤三，获取所述二次监视雷达在纵摇角Φ和横摇角ε均在设置阈值范围内时探测目标所获得的实测方位角θ′、距离R和C模式高度H；
步骤四，根据得到所述目标的仰角α；并根据得到修正后的方位角θ；
所述横摇角是指，在空间直角坐标系中，假设所述二次监视雷达载体平台法线方向为x轴，以x轴为旋转轴产生的摇摆为横摇，横摇偏离x轴所成的角度为横摇角；
所述纵摇角是指，在空间直角坐标系中，假设所述二次监视雷达载体平台法线方向为x轴，以y轴为旋转轴产生的摇摆为纵摇，纵摇偏离y轴所成的角度为纵摇角。
二次监视雷达系统所采用天线波束是一种水平面窄垂直面宽的波束。当搭载平台纵摇时，天线波束指向也跟着发生变化(上翘或下翘Φ度)，这时相当于目标仰角发生了改变(上翘或下翘Φ度)，如图2所示。二次监视雷达天线波束形状会随着仰角变大而变宽，但纵摇角度不大时，目标依然处于该垂直波束内，目标距离R、目标高度H(由C模式得到)、目标在波束内的实际方位角θ都未发生改变，如图2所示。如果在极限情况下，比如纵摇90°，这时目标相对于天线波束的位置相当于目标处在二次雷达天线顶空(或底部)盲区，超出了一般雷达垂直波束的宽度，也就无法探测目标了。因此，当纵摇角度不大时对方位测量影响不大，可以不进行方位修正。
当天线波束随搭载平台横摇时，如图3所示，横摇角度为ε，目标距离R、高度H未发生改变，但方位角由θ变成了θ′，很明显横摇前后，方位角发生了改变，需要进行修正。同时，可注意到目标仰角α也影响了方位角。横摇前方位角θ与横摇后方位角θ′的关系为：
其中，目标仰角α由目标距离R和高度H得到：
高度H为目标应答机的C模式应答高度。横摇角ε则是通过平台姿态传感器得到。横摇角ε的范围为－90°～+90°，但不是在所有范围内都可以进行方位角的修正，在极限情况下，比如搭载平台横滚+90°(或－90°)时，这时已失去探测意义。具体的横摇修正范围和纵摇修正范围根据实际要求进行设定。
具体实施例2
在具体实施例1的基础上，在本具体实施例中，所述纵摇角Φ的设置阈值范围为[－20°～+20°]。
具体实施例3
在具体实施例1或2的基础上，在本具体实施例中，所述横摇角ε的设置阈值范围为[－45°，+45°]。
具体实施例4
在具体实施例1到3之一的基础上，在本具体实施例中，基于上述用于二次监视雷达的测角修正方法的测角修正系统，包括天线、射频模块、信号处理模块、修正模块和外部姿态传感器；所述天线向空中辐射询问信号，并接收应答信号；所述射频模块接收信号处理模块发送的数字询问编码信号，并调制放大成设定功率的1030MHz信号通过天线发射，同时，把从天线接收下来的1090MHz应答信号放大、混频和检波处理后形成数字应答信号发送至信号处理模块；所述信号处理模块除产生询问编码信号外，还接收数字应答信号，并对所接收的数字应答信号进行译码、识别代码和气压高度信息提取、距离计算及方位角计算；所述修正模块实时接收外部姿态传感器发送的二次监视雷达载体的纵摇角和横摇角信息，融合信号处理模块送来的实测目标距离、方位角和高度，对目标方位角进行摇摆修正，形成修正方位角信息填入目标报告送上级系统。

Claims (4)

1.一种用于二次监视雷达的测角修正方法，具体方法步骤为：
步骤一，实时获取二次监视雷达载体发生摇摆而产生的横摇角ε和纵摇角Φ；
步骤二，判断纵摇角Φ和横摇角ε是否均在设置阈值范围内，如果是，则进入下一步，如果否，则进入步骤一；
步骤三，获取所述二次监视雷达在纵摇角Φ和横摇角ε均在设置阈值范围内时探测目标所获得的实测方位角θ′、距离R和C模式高度H；
步骤四，根据得到所述目标的仰角α；并根据得到修正后的方位角θ；
所述横摇角是指，在空间直角坐标系中，假设所述二次监视雷达载体平台法线方向为x轴，以x轴为旋转轴产生的摇摆为横摇，横摇偏离x轴所成的角度为横摇角；
所述纵摇角是指，在空间直角坐标系中，假设所述二次监视雷达载体平台法线方向为x轴，以y轴为旋转轴产生的摇摆为纵摇，纵摇偏离y轴所成的角度为纵摇角。
2.根据权利要求1所述的用于二次监视雷达的测角修正方法，所述纵摇角Φ的设置阈值范围为[－20°～+20°]。
3.根据权利要求1或2所述的用于二次监视雷达的测角修正方法，所述横摇角ε的设置阈值范围为[－45°，+45°]。
4.基于权利要求1到3之一所述的用于二次监视雷达的测角修正方法的测角修正系统，其特征在于：包括天线、射频模块、信号处理模块、修正模块和外部姿态传感器；所述天线向空中辐射询问信号，并接收应答信号；所述射频模块接收信号处理模块发送的数字询问编码信号，并调制放大成设定功率的1030MHz信号通过天线发射，同时，把从天线接收下来的1090MHz应答信号放大、混频和检波处理后形成数字应答信号发送至信号处理模块；所述信号处理模块除产生询问编码信号外，还接收数字应答信号，并对所接收的数字应答信号进行译码、识别代码和气压高度信息提取、距离计算及方位角计算；所述修正模块实时接收外部姿态传感器发送的二次监视雷达载体的纵摇角和横摇角信息，融合信号处理模块送来的实测目标距离、方位角和高度，对目标方位角进行摇摆修正，形成修正方位角信息填入目标报告送上级系统。
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