CN108008368B - 一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法 - Google Patents

一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法，本方法首先构建基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统，所构建的系统包括：数据获取模块和目标定位模块，通过数据获取模块获取目标多普勒频率和惯导测量信息，目标定位模块解算目标位置。本发明方法能够在含有误差的目标测角结果基础上，依靠回波多普勒信息和惯性测量信息准确解算目标位置，为导弹精确打击提供了指导。

Description

一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法
技术领域
本发明涉及一种修正测角误差的目标定位方法，特别是一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法。
背景技术
导弹飞行航程远、速度高，还需要在大气层中做大攻角变轨机动飞行，气动加热时间长，热载荷十分恶劣，使得天线罩易发生烧蚀，对入射电磁波折射，影响天线的测角功能，而传统的单脉冲测角定位方法利用天线接收到的回波信号幅度值做角度测量，其物理基础是电波在均匀介质中传播的直线性和雷达天线的方向性，传统方法在天线罩发生烧蚀引入电磁波折射时无法正常测角，因此需要寻求修正天线罩测角误差，对目标精确定位的方法。
发明内容
本发明目的在于提供一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法，解决现有方法在天线罩发生烧蚀引入电磁波折射时无法正常测角的问题。
一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法的具体步骤为：
第一步、构建基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统；
基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统，包括：数据获取模块和目标定位模块。
数据获取模块的功能为：获取目标多普勒频率和惯导测量信息；
目标定位模块的功能为：解算目标位置。
第二步、数据获取模块获取目标多普勒频率和惯导测量信息；
数据获取模块通过雷达导引头提取由于天线罩折射获得的带偏差的目标测角结果，包括：方位角α、俯仰角β及多普勒频率fd，通过惯性测量元件测量获取当前时刻的雷达导引头的位置(xm ym zm)、弹体速度矢量
Figure GDA0002795521480000011
弹目距离R、弹体的俯仰角
Figure GDA0002795521480000012
偏航角ψ和滚转角γ信息。
第三步、目标定位模块解算目标位置；
目标定位模块获取弹目连线矢量
Figure GDA0002795521480000013
与弹体速度矢量
Figure GDA0002795521480000014
夹角余弦：
Figure GDA0002795521480000015
其中，λ代表发射脉冲的波长，
Figure GDA0002795521480000016
为弹体速度矢量。
从而得到方程:
Figure GDA0002795521480000021
目标定位模块解算搜索坐标系下弹轴矢量
Figure GDA0002795521480000022
设弹轴矢量
Figure GDA0002795521480000023
定义矩阵
Figure GDA0002795521480000024
Figure GDA0002795521480000025
则弹轴矢量在搜索系下表示为：
Figure GDA0002795521480000026
目标定位模块解算搜索系下目标视线角度测量矢量
Figure GDA0002795521480000027
设Ry为满足右手法则绕y轴旋转坐标转换矩阵，Rz为满足右手法则绕z轴旋转坐标转换矩阵，则在搜索系下目标视线角度测量矢量表示为：
Figure GDA0002795521480000028
其中
Figure GDA0002795521480000029
Figure GDA00027955214800000210
目标定位模块获取由弹轴矢量
Figure GDA00027955214800000211
与目标视线角度测量矢量
Figure GDA00027955214800000212
确定的平面的法向量
Figure GDA00027955214800000213
Figure GDA00027955214800000214
由于弹轴矢量
Figure GDA00027955214800000215
目标视线角度测量矢量
Figure GDA00027955214800000216
和真实弹目矢量
Figure GDA00027955214800000217
共面，即弹目连线矢量
Figure GDA00027955214800000218
与法向量
Figure GDA00027955214800000219
垂直，则有方程：
Figure GDA00027955214800000220
目标定位模块由惯导测量得到的弹目距离R得方程：
Figure GDA0002795521480000031
设目标在搜索系下坐标为(xT yT zT)，弹体的坐标为(xm ym zm)，则弹目连线矢量为
Figure GDA0002795521480000032
目标定位模块将公式(2)、(8)和(9)进行联立，得到三元二次方程组：
Figure GDA0002795521480000033
解方程组求得搜索系下目标位置坐标的两组解，目标定位模块根据搜索系下目标的高度信息近似为0，目标速度信息以及预定的目标位置，排除其中不合理的一组解，从而得到搜索系下目标位置(xT yT zT)。
至此，完成了基于回波多普勒特性的信息修正测角误差的目标定位。
本发明方法能够在含有误差的目标测角结果基础上，依靠回波多普勒信息和惯性测量信息准确解算目标位置，为导弹精确打击提供了指导。
附图说明
图1一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法的原理图。
具体实施方式
一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法的具体步骤为：
第一步、构建基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统；
基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统，包括：数据获取模块和目标定位模块。
数据获取模块的功能为：获取目标多普勒频率和惯导测量信息；
目标定位模块的功能为：解算目标位置。
设导弹采用相参积累体制对目标进行探测，同一个相参积累周期内弹目矢量
Figure GDA0002795521480000034
与速度矢量
Figure GDA0002795521480000035
的夹角θmt不变，则可确定一个以弹体质心M为顶点以速度矢量
Figure GDA0002795521480000036
方向为轴线，以θmt为锥角的圆锥、一个以弹体质心为圆心以弹目距离R确定的球体，圆锥与球体相交得到一个圆，该圆与由弹轴矢量
Figure GDA0002795521480000037
和目标视线角度测量矢量
Figure GDA0002795521480000038
确定的平面相交，得到两个交点T1、T2，即为真实目标位置和其镜像位置,参照图1
第二步、数据获取模块获取目标多普勒频率和惯导测量信息；
数据获取模块通过雷达导引头提取由于天线罩折射获得的带偏差的目标测角结果，包括：方位角α、俯仰角β及多普勒频率fd，通过惯性测量元件测量获取当前时刻的雷达导引头的位置(xm ym zm)、弹体速度矢量
Figure GDA0002795521480000041
弹目距离R、弹体的俯仰角
Figure GDA0002795521480000042
偏航角ψ和滚转角γ信息。
第三步、目标定位模块解算目标位置；
目标定位模块获取弹目连线矢量
Figure GDA0002795521480000043
与弹体速度矢量
Figure GDA0002795521480000044
夹角余弦：
Figure GDA0002795521480000045
其中，λ代表发射脉冲的波长，
Figure GDA0002795521480000046
为弹体速度矢量。
从而得到方程:
Figure GDA0002795521480000047
目标定位模块解算搜索坐标系下弹轴矢量
Figure GDA0002795521480000048
设弹轴矢量
Figure GDA0002795521480000049
定义矩阵
Figure GDA00027955214800000410
Figure GDA00027955214800000411
则弹轴矢量在搜索系下表示为：
Figure GDA00027955214800000412
目标定位模块解算搜索系下目标视线角度测量矢量
Figure GDA00027955214800000413
设Ry为满足右手法则绕y轴旋转坐标转换矩阵，Rz为满足右手法则绕z轴旋转坐标转换矩阵，则在搜索系下目标视线角度测量矢量表示为：
Figure GDA00027955214800000414
其中
Figure GDA00027955214800000415
Figure GDA00027955214800000416
目标定位模块获取由弹轴矢量
Figure GDA00027955214800000512
与目标视线角度测量矢量
Figure GDA0002795521480000051
确定的平面的法向量
Figure GDA0002795521480000052
Figure GDA0002795521480000053
由于弹轴矢量
Figure GDA0002795521480000054
目标视线角度测量矢量
Figure GDA0002795521480000055
和真实弹目矢量x共面，即弹目连线矢量
Figure GDA0002795521480000056
与法向量
Figure GDA0002795521480000057
垂直，则有方程：
Figure GDA0002795521480000058
目标定位模块由惯导测量得到的弹目距离R得方程：
Figure GDA0002795521480000059
设目标在搜索系下坐标为(xT yT zT)，弹体的坐标为(xm ym zm)，则弹目连线矢量为
Figure GDA00027955214800000510
目标定位模块将公式(2)、(8)和(9)进行联立，得到三元二次方程组：
Figure GDA00027955214800000511
解方程组求得搜索系下目标位置坐标的两组解，目标定位模块根据搜索系下目标的高度信息近似为0，目标速度信息以及预定的目标位置，排除其中不合理的一组解，从而得到搜索系下目标位置(xT yT zT)。
至此，完成了基于回波多普勒特性的信息修正测角误差的目标定位。

Claims (1)

1.一种基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位方法，其特征在于具体步骤为：
第一步、构建基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统；
基于回波多普勒信息修正测角误差的目标定位系统，包括：数据获取模块和目标定位模块；
数据获取模块的功能为：获取目标多普勒频率和惯导测量信息；
目标定位模块的功能为：解算目标位置；
第二步、数据获取模块获取目标多普勒频率和惯导测量信息；
数据获取模块通过雷达导引头提取由于天线罩折射获得的带偏差的目标测角结果，包括：方位角α、俯仰角β及多普勒频率fd，通过惯性测量元件测量获取当前时刻的弹体的坐标为(xm ym zm)、弹体速度矢量
Figure FDA0002911020170000011
弹目距离R、弹体的俯仰角
Figure FDA0002911020170000012
偏航角ψ和滚转角γ信息；
第三步、目标定位模块解算目标位置；
目标定位模块获取弹目连线矢量
Figure FDA0002911020170000013
与弹体速度矢量
Figure FDA0002911020170000014
夹角余弦：
Figure FDA0002911020170000015
其中，λ代表发射脉冲的波长，
Figure FDA0002911020170000016
为弹体速度矢量；
从而得到方程:
Figure FDA0002911020170000017
目标定位模块解算搜索坐标系下弹轴矢量
Figure FDA0002911020170000018
设弹轴矢量
Figure FDA0002911020170000019
定义矩阵
Figure FDA00029110201700000110
Figure FDA00029110201700000111
则弹轴矢量在搜索系下表示为：
Figure FDA00029110201700000112
目标定位模块解算搜索系下目标视线角度测量矢量
Figure FDA00029110201700000113
设Ry为满足右手法则绕y轴旋转坐标转换矩阵，Rz为满足右手法则绕z轴旋转坐标转换矩阵，则在搜索系下目标视线角度测量矢量表示为：
Figure FDA0002911020170000021
其中
Figure FDA0002911020170000022
Figure FDA0002911020170000023
目标定位模块获取由弹轴矢量
Figure FDA0002911020170000024
与目标视线角度测量矢量
Figure FDA0002911020170000025
确定的平面的法向量
Figure FDA0002911020170000026
Figure FDA0002911020170000027
由于弹轴矢量
Figure FDA0002911020170000028
目标视线角度测量矢量
Figure FDA0002911020170000029
和真实弹目矢量
Figure FDA00029110201700000210
共面，即弹目连线矢量
Figure FDA00029110201700000211
与法向量
Figure FDA00029110201700000212
垂直，则有方程：
Figure FDA00029110201700000213
目标定位模块由惯导测量得到的弹目距离R得方程：
Figure FDA00029110201700000214
设目标在搜索系下坐标为(xT yT zT)，由惯性测量元件获得的弹体的坐标为(xm ymzm)，则弹目连线矢量为
Figure FDA00029110201700000215
目标定位模块将公式(2)、(8)和(9)进行联立，得到三元二次方程组：
Figure FDA00029110201700000216
解方程组求得搜索系下目标位置坐标的两组解，目标定位模块根据搜索系下目标的高度信息近似为0，目标速度信息以及预定的目标位置，排除其中不合理的一组解，从而得到搜索系下目标位置(xT yT zT)；
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