CN107907865A - 一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法和系统 - Google Patents

一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法和系统。方法包括：建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。系统包括：模型建立模块、速度修正模块和扇扫执行模块。本发明实现了基于离散系统的雷达天线扇扫，解决了传统天线扇扫抖动的缺点，得出的方位扫描加速度曲线平滑，确保天线在整个扇扫范围内无抖动平稳运行，减少对天线的损害。

Description

一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法和系统
技术领域
本发明涉及雷达天线技术领域，尤其涉及一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法和系统。
背景技术
雷达天线通过扫描实现雷达的搜索和跟踪，扇形扫描(简称扇扫)是用于目标搜索和跟踪的最基本扫描方式。扇形扫描一般是指雷达天线按指定的速度和扫描角度围绕指定的扫描中心来回做加速、匀速和减速的一种往复运动。
传统实现方法在进行扇形扫描的过程中，存在着加速度不连续和加速度曲线存在阶跃的缺点，必然造成天线在运动过程中发生抖动现象，影响雷达的运行状态，容易对天线造成损害。
发明内容
为了克服上述现有技术的不足，本发明提出了一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法和系统，使得在整个扇扫范围内天线扫描加速度曲线平滑，实现雷达天线无抖动平稳运行。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，具体包括步骤：
建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；
根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；
根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。
本发明的有益效果在于：实现了基于离散系统的雷达天线扇扫，解决了传统天线扇扫抖动的缺点，得出的方位扫描加速度曲线平滑，确保天线在整个扇扫范围内无抖动平稳运行，减少对天线的损害。
进一步，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为v(t)＝vsin(πt)；
加速时，速度从O达到指定扫描速度V，时间步长为天线在方位上走过的角度为
减速时，速度从指定扫描速度V减到0，时间步长为天线在方位上走过的角度为
通过v(t)＝vsin(πt)进行加速或者减速，使得加速度在整个扇扫循环过程中都是连续的，保证系统的平稳性。
进一步，预设的运行参数包括：天线发出脉冲信号的脉冲重复时间间隔Δt，扫描起始角Aori，扫描终止角Aend，扫描速度v，第k帧天线的角度为Ak，其中，k＝1,2,3,...；
根据预设的运行参数对扫描速度进行修正具体包括：
计算天线在匀速阶段发出脉冲信号的点数为：
Nl＝((Aend-Aori)/v-2/π)/Δt
根据扫描起始角和扫描终止角进行扫描速度修正，修正后的扫描速度为：
vA＝(Aend-Aori)/(2/π+Δt*Nl)。
进一步，计算天线在加速和减速阶段发出脉冲信号的点数为Ns＝1/Δt，天线在加速和减速阶段在方位上走过的角度Δθ＝vA/π；根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫具体包括：
在正向加速阶段，控制天线的角度为：
Ak＝Aori+Δθ*sin(k*Δt*π)
其中，
在正向匀速阶段，控制天线的角度为：
其中，k＝0,1,2,...,Nl-1；
在正向转反向阶段，控制天线的角度为：
其中，k＝1,2,3,...Ns；
在反向匀速阶段，控制天线的角度为：
其中，k＝0,1,2,...Nl-1；
在反向减速阶段，控制天线的角度为：
其中，
进一步，在反向减速阶段完成后，转入正向加速阶段，循环往复。
本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，包括：
模型建立模块，用于建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；
速度修正模块，用于根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；
扇扫执行模块，用于根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。
进一步，扇扫执行模块控制天线进行扇扫时，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为v(t)＝vsin(πt)。
进一步，预设的运行参数包括：天线发出脉冲信号的脉冲重复时间间隔Δt，扫描起始角Aori，扫描终止角Aend，扫描速度v，第k帧天线的角度为Ak，其中，k＝1,2,3,...；
速度修正模块根据预设的运行参数对扫描速度进行修正具体包括：
计算天线在匀速阶段发出脉冲信号的点数为：
Nl＝((Aend-Aori)/v-2/π)/Δt
根据扫描起始角和扫描终止角进行扫描速度修正，修正后的扫描速度为：
vA＝(Aend-Aori)/(2/π+Δt*Nl)。
进一步，计算天线在加速和减速阶段发出脉冲信号的点数为Ns＝1/Δt，天线在加速和减速阶段在方位上走过的角度Δθ＝vA/π；根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫具体包括：
在正向加速阶段，天线的角度为：
Ak＝Aori+Δθ*sin(k*Δt*π)
其中，
在正向匀速阶段，天线的角度为：
其中，k＝0,1,2,...,Nl-1；
在正向转反向阶段，天线的角度为：
其中，k＝1,2,3,...Ns；
在反向匀速阶段，天线的角度为：
其中，k＝0,1,2,...Nl-1；
在反向减速阶段，天线的角度为：
其中，
进一步，扇扫执行模块控制天气执行反向减速阶段后，转入正向加速阶段，循环往复。
附图说明
图1为本发明一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法的流程图；
图2为本发明一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统的示意图；
图3为天线速度和加速度变化曲线图。
附图中，各标号所代表的部件列表如下：
1、模型建立模块，2、速度修正模块，3、扇扫执行模块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。
如图1和图2所示，图1为本发明一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法的流程图；图2为本发明一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统的示意图。一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，包括：
S1.建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；
S2.根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；
S3.根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。
一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，包括：
模型建立模块1，用于建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；
速度修正模块2，用于根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；
扇扫执行模块3，用于根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。
天线做扇扫时，根据其运动过程将扫描阶段分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段。其中，正向转反向阶段包括正向减速阶段和反向加速阶段。
在加减速区间，速度曲线采用v(t)＝vsin(πt)，如图3(a)所示，加速时，在时刻，速度达到指定扫描速度v，其在方位上走过的角度为减速时，速度由指定扫描速度v减到0，时间步长同样也为走过的方位角度也是从图3(b)的加速度变化曲线可以看出，加速度在整个扇扫循环过程中都是连续的，保证系统的平稳性。
天线扇扫阶段可分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段。已知Δt为脉冲重复时间间隔，Aori为扫描起始角，Aend为扫描终止角，v为指定扫描速度，Ak为第k帧天线所在的角度，其中，k＝1,2,3,...。预设的运行参数包括：天线发出脉冲信号的脉冲重复时间间隔Δt，扫描起始角Aori，扫描终止角Aend，扫描速度v，第k帧天线的角度Ak，代表在进行速度修正之前天线的运行参数。
根据扫描起始角和终止角计算匀速直线段点数为：
Nl＝((Aend-Aori)/v-2/π)/Δt
由Nl计算修正后的扫描速度为：vA＝(Aend-Aori)/(2/π+Δt*Nl)，正弦减速及加速段点数Ns＝1/Δt。减速或转向加速阶段走过的角度Δθ＝vA/π。
在正向加速阶段，控制天线的角度为：
Ak＝Aori+Δθ*sin(k*Δt*π)
其中，
在正向匀速阶段，控制天线的角度为：
其中，k＝0,1,2,...,Nl-1；
在正向转反向阶段，控制天线的角度为：
其中，k＝1,2,3,...Ns；
在反向匀速阶段，控制天线的角度为：
其中，k＝0,1,2,...Nl-1；
在反向减速阶段，控制天线的角度为：
其中，
至此转入正向加速阶段，循环往复。每个扫描周期，天线运动点数为2Nl+2Ns。
修正后的模型，根据匀速直线段的运动点数，计算修正后的扫描速度vA，天线按此速度进行扫描，可保证未修正模型中减速阶段对应第一个点到最后一个点的角度fabs(Ak-Aend)等于Δθ，确保天线在整个扇扫范围内无抖动平稳运行。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，其特征在于：
建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；
根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；
根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。
2.根据权利要求1所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，其特征在于：
所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为v(t)＝vsin(πt)。
3.根据权利要求1或2所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，其特征在于：
预设的运行参数包括：天线发出脉冲信号的脉冲重复时间间隔Δt，扫描起始角Aori，扫描终止角Aend，扫描速度v，第k帧天线的角度为Ak，其中，k＝1,2,3,...；
根据预设的运行参数对扫描速度进行修正具体包括：
计算天线在匀速阶段发出脉冲信号的点数为：
Nl＝((Aend-Aori)/v-2/π)/Δt
根据扫描起始角和扫描终止角进行扫描速度修正，修正后的扫描速度为：
vA＝(Aend-Aori)/(2/π+Δt*Nl)。
4.根据权利要求3所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，其特征在于：
根据Δt和修正后的扫描速度，计算天线在加速和减速阶段发出脉冲信号的点数为Ns＝1/Δt，天线在加速和减速阶段在方位上走过的角度Δθ＝vA/π；
根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫具体包括：
在正向加速阶段，控制天线的角度为：
Ak＝Aori+Δθ*sin(k*Δt*π)
其中，
在正向匀速阶段，控制天线的角度为：
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow>
其中，k＝0,1,2,...,Nl-1；
在正向转反向阶段，控制天线的角度为：
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <msub> <mi>N</mi> <mi>l</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>*</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>*</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>*</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，k＝1,2,3,...Ns；
在反向匀速阶段，控制天线的角度为：
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其中，k＝0,1,2,...Nl-1；
在反向减速阶段，控制天线的角度为：
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>N</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mn>2</mn> <msub> <mi>N</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>&amp;theta;</mi> <mo>*</mo> <mi>s</mi> <mi>i</mi> <mi>n</mi> <mrow> <mo>(</mo> <mi>k</mi> <mo>*</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> <mo>*</mo> <mi>&amp;pi;</mi> <mo>)</mo> </mrow> </mrow>
其中，
5.根据权利要求4所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现方法，其特征在于，在反向减速阶段完成后，转入正向加速阶段，循环往复。
6.一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，其特征在于，包括：
模型建立模块，用于建立天线扇扫模型，所述天线扇扫模型把天线做扇扫时的运动过程分为正向加速阶段、正向匀速阶段、正向转反向阶段、反向匀速阶段、反向减速阶段，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为正弦曲线；
速度修正模块，用于根据预设的运行参数对扫描速度进行修正；
扇扫执行模块，用于根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫。
7.根据权利要求6所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，其特征在于，扇扫执行模块控制天线进行扇扫时，所述正向加速阶段、正向转反向阶段和反向减速阶段的速度曲线均为v(t)＝vsin(πt)。
8.根据权利要求6或7所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，其特征在于，预设的运行参数包括：天线发出脉冲信号的脉冲重复时间间隔Δt，扫描起始角Aori，扫描终止角Aend，扫描速度v，第k帧天线的角度为Ak，其中，k＝1,2,3,...；
速度修正模块根据预设的运行参数对扫描速度进行修正具体包括：
计算天线在匀速阶段发出脉冲信号的点数为：
Nl＝((Aend-Aori)/v-2/π)/Δt
根据扫描起始角和扫描终止角进行扫描速度修正，修正后的扫描速度为：
vA＝(Aend-Aori)/(2/π+Δt*Nl)。
9.根据权利要求8所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，其特征在于，根据Δt和修正后的扫描速度，计算天线在加速和减速阶段发出脉冲信号的点数为Ns＝1/Δt，天线在加速和减速阶段在方位上走过的角度Δθ＝vA/π；
根据所述天线扇扫模型和修正后的扫描速度，从静止开始控制天线进行扇扫具体包括：
在正向加速阶段，天线的角度为：
Ak＝Aori+Δθ*sin(k*Δt*π)
其中，
在正向匀速阶段，天线的角度为：
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mn>2</mn> </mfrac> <mo>+</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>+</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow>
其中，k＝0,1,2,...,Nl-1；
在正向转反向阶段，天线的角度为：
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其中，k＝1,2,3,...Ns；
在反向匀速阶段，天线的角度为：
<mrow> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>k</mi> <mo>+</mo> <mn>1</mn> </mrow> </msub> <mo>=</mo> <msub> <mi>A</mi> <mrow> <msub> <mi>N</mi> <mi>l</mi> </msub> <mo>+</mo> <mfrac> <mn>3</mn> <mn>2</mn> </mfrac> <msub> <mi>N</mi> <mi>s</mi> </msub> <mo>+</mo> <mi>k</mi> </mrow> </msub> <mo>-</mo> <msub> <mi>v</mi> <mi>A</mi> </msub> <mo>&amp;CenterDot;</mo> <mi>&amp;Delta;</mi> <mi>t</mi> </mrow>
其中，k＝0,1,2,...Nl-1；
在反向减速阶段，天线的角度为：
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其中，
10.根据权利要求9所述的一种基于离散系统雷达天线扇扫实现系统，其特征在于，扇扫执行模块控制天气执行反向减速阶段后，转入正向加速阶段，循环往复。
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