CN107991668A - 一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法，步骤包括根据系统给定的待测点角度，控制天线波束在待测点以及其方位、俯仰一定小角度区域选择多个角度控制点，控制点之间的间隔应大于一个波束跃度，对每一个测量点完成常规AGR测距，得出斜距值；根据控制点和待测点角度偏差，由于角度检测小，可假设小区域地面平坦，根据控制点斜距和角度偏差，结合载机的高度、天线指向信息，利用空间几何关系推算出待测点斜距；利用多个临近不同控制点得到的待测点斜距数据进行平均，得到需要测量的目标点斜距值；通过3个以上不同的工作频率，对测量结果平均。本发明实现多次测量的误差随机化，可以有效提高测量斜距误差。

Description

一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法

技术领域

本发明涉及雷达测斜距技术领域，特别是一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法。

背景技术

空地测距(AGR)是机载多功能火控雷达重要的工作模式，用于战斗机对地面目标实施精确打击，也可以通过测量与已知地面点的距离对本机进行辅助定位，实现辅助导航功能。该方式依据飞机系统提供的角度，控制天线对准该角度实施测距。相控阵雷达由于波束通过移相器控制，存在空间上的不连续性，这种特性导致波束实际不一定能够准确指向系统给定的角度，对某一指定点存在类似系统误差的偏差，其角度偏差往往导致测量的斜距误差大，不能满足攻击需要。需要采用特殊的方法解决角度指向误差问题。雷达天线主波束一般有一定的波束宽度，照射地面区域较大，无法得到主波束内指定点的距离，利用俯仰差波束零点的尖锐特性可以找到差通道回波的最小点，根据回波最小点与发射信号的时间延迟，可以计算出空地斜距。

AGR的测距精度与雷达波束控制的指向精度和距离本身测量精度相关，距离精度可以通过提高距离分辨率、幅度插值拟合实现，通常利用天线俯仰差波束零点特性，通过窄脉宽距离采样，拟合俯仰差通道回波幅度最小点实现，精度往往可以达到很高。常规机械扫描天线可以通过高精度伺服系统以及安装标校实现角度指向精度，而相控阵雷达天线的波束指向精度受到移相器精度以及移相器控制位数限制比机械扫描的天线低。主要原因有：

尽管雷达计算机以16位进行高精度波束指向运算，但受载机体积、空间和实现技术上的制约，相控阵天线的波控运算位数通常采用是7～8位，波控对移相器控制的实际位数通常只有5～6位，所以波束扫描是锯齿跳变式扫描，不能像机械扫描天线实现连续扫描波束实际指向存在一定随机误差，由于移相器位数的限制，微小的角度变化移相器控制相位也变化较小，往往不能达到控制最低位，实际天线无法控制到位，通常5～6位移相器波束跃度0.1°左右，对AGR来说已经造成很大的测量误差。

试飞测试结果发现，相控阵雷达AGR方式测得的目标斜距在不同角度上确实存在跳变的测量误差特性。分析认为这种误差主要来自相控阵雷达天线波束指向存在不连续性。

相控阵雷达的典型波束控制设计要求如下：

根据波束指向(α、β)角计算各单元的相移量(采用16位进行计算)，高8位与阵面初相误差补偿值特殊波束赋形相位值(如果需要实现特殊波束)相加(加法器相加后，相位值应对360度取模)，结果为高6位传输并通过移相器非线性相移校准后驱动移相器。基本设计原理如图1所示。可见软件以16位精度给出的波束指向，在波控加法器运算时被截断为8位，在移相器非线性校准、移相器驱动环节被截断为6位，波控指向精度大为下降。

相控阵雷达波束空间存在跃度是固有特性，与AGR方式要求精确指向存在矛盾，需要通过特殊方法克服误差。波控驱动设备来提高波控精度，需要在系统中采取软件设计算法补偿等多种改进措施加以提高。

发明内容

针对现有技术中存在的问题，本发明提供了一种实现对指向点测距误差随机化，对随机测量结果进行平均，对波束指向误差进行滤波、补偿，使雷达AGR测距精度能够满足设计指标，从而进一步提高空地投弹定位精度的适用于相控阵雷达的空地测斜距方法。

本发明的目的通过以下技术方案实现。

一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法，步骤包括：

1)根据系统给定的待测点角度，控制天线波束在待测点以及其方位、俯仰一定小角度区域选择多个角度控制点，控制点之间的间隔应大于一个波束跃度，对每一个测量点完成常规AGR测距，得出斜距值；

2)根据控制点和待测点角度偏差，由于角度检测小，可假设小区域地面平坦，根据控制点斜距和角度偏差，结合载机的高度、天线指向信息，利用空间几何关系推算出待测点斜距；

3)利用多个临近不同控制点得到的待测点斜距数据进行平均，得到需要测量的目标点斜距值；

4)通过3个以上不同的工作频率，重复步骤1)-步骤3)，对测量结果平均，消除单频点、单指向带来的角度偏差影响。

相比于现有技术，本发明的优点在于：本发明实现多次测量的误差随机化，可以有效提高测量斜距误差，投弹定位精度完全满足设计指标要求，本发明有效解决了相控阵雷达固有的对AGR工作方式的不利影响。

附图说明

图1为波束形成基本框图。

图2为常规AGR方式的控制和处理流程图。

图3为本发明流程图。

具体实施方式

下面结合说明书附图和具体的实施例，对本发明作详细描述。

本专利针对机载相控阵火控雷达波束指向存在固有空间跃度特性，提出了一种系统方法进行误差补偿，解决其对空地测距带来的不利影响。

本发明通过波束空间多指向和算法补偿，配合捷变频，实现对指向点测距误差随机化，对对随机测量结果进行平均，实现发明了一种软件设计方法，对波束指向误差进行滤波、补偿，使雷达AGR测距精度能够满足设计指标，从而进一步提高空地投弹定位精度。

如图2所示，由于相控阵天线波束跃度的影响，控制点和测量点存在一定偏差，对某一测量角度，偏差相对固定，其对测量结果产生固定的距离误差，如下例：

当载机与高度1000m，目标下俯角度10°，忽略地球曲面特性，计算的斜距真值为5758.77m，如果天线指向偏大0.2°，实测斜距按则实测斜距为5647.01m，相差近100m，如果天线指向偏大0.1度，则实测斜距为5702.34m，相差约50m，这一误差多次平均并不能消除。通常AGR方式的测距误差应小于距离的5‰，可以看出传统方法不能满足精度要求。

如图3所示，一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法，步骤包括：

1)根据系统给定的待测点角度，控制天线波束在待测点以及其方位、俯仰一定小角度区域选择多个角度控制点，控制点之间的间隔应大于一个波束跃度，对每一个测量点完成常规AGR测距，得出斜距值；

2)根据控制点和待测点角度偏差，由于角度检测小，可假设小区域地面平坦，根据控制点斜距和角度偏差，结合载机的高度、天线指向信息，利用空间几何关系推算出待测点斜距；

3)利用多个临近不同控制点得到的待测点斜距数据进行平均，得到需要测量的目标点斜距值；

4)通过3个以上不同的工作频率，重复步骤1)-步骤3)，对测量结果平均，消除单频点、单指向带来的角度偏差影响。

可见，增加了天线不同指向的测量以及不同频率测量两种模式，天线的指向偏差再可以根据空间几何关系进行修正，虽然单次测量误差没有改变，但由于多次测量的指向控制不同，雷达工作频点不同，测量误差呈随机分布，通过多次平均可以使测距误差得到有效消除。

实施例1

某型机载相控阵火控雷达采用5位移相器，相位控制分辨率为11.25°，波束控制跃度和控制精度均为0.1°左右，采用传统AGR方法，不同角度测量误差起伏大，达到距离10‰左右，对于某一固定角度，表现为系统误差特性，不同角度误差不同，不同雷达误差也不相同，采用本发明的控制和处理方法，点迹测量误差起伏明显变小，不同角度和不同台套雷达测量结果基本一致，误差可控制在测量距离的5‰以内，满足指标要求。

Claims (1)

1.一种适用于相控阵雷达的空地测斜距方法，其特征在于步骤包括：

1)根据系统给定的待测点角度，控制天线波束在待测点以及其方位、俯仰一定小角度区域选择多个角度控制点，控制点之间的间隔应大于一个波束跃度，对每一个测量点完成常规AGR测距，得出斜距值；

2)根据控制点和待测点角度偏差，由于角度检测小，可假设小区域地面平坦，根据控制点斜距和角度偏差，结合载机的高度、天线指向信息，利用空间几何关系推算出待测点斜距；

3)利用多个临近不同控制点得到的待测点斜距数据进行平均，得到需要测量的目标点斜距值；

4)通过3个以上不同的工作频率，重复步骤1)-步骤3)，对测量结果平均，消除单频点、单指向带来的角度偏差影响。