CN108254732A - 一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，框架平台式导引头进行策略搜索时，每个策略搜索周期内，对每个瞬时视场检测并判断是否有可疑目标，并记录目标回波能量和框架角作为可疑目标信息，策略搜索周期结束时，根据多个瞬时视场的可疑目标，按照综合辨别策略判断出最可能的目标，并进行快速锁定。在假目标或者明显后向散射情况下，能实现辨别真正目标的目的。

Description

一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法
技术领域
本发明属于半主动激光导引头设计领域，特别是涉及使用小视场激光探测器情况下，精准捕获大视场范围内目标的的方法。
背景技术
激光半主动制导武器是一种精确制导武器，已经成为各国竞相研发的武器之一。半主动激光制导武器具有打击精度高、成本低、结构简单、抗干扰能力强等优点，已较为广泛应用于现代战争中，以定点清除及打击移动目标。对于同一种类型激光探测器而言，大视场探测器瞬时搜索的范围较大，但其灵敏度相比小视场探测器低；而小视场探测器灵敏度高，但其瞬时搜索的范围相比大视场探测器小。
当导引头探测范围指标需求大于所采用探测器的瞬时视场，则需要采用框架平台方式，进行策略搜索，以覆盖整个所需探测范围。当前主流的平台式激光导引头，在进行策略搜索时，采用检测即锁定的方法，也就是检测到匹配编码和能量超过阈值的光斑，就认为是目标，并进行锁定。而这种方法，在有明显后向散射或者有多个假目标情况下时，容易锁定到错误的目标，从而不能正确制导。
发明内容
本发明解决的技术问题是：本发明针对现有技术的不足，提供了一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，采用框架平台方式，导引头进行策略搜索时，每个策略搜索周期内，对每个瞬时视场检测并判断是否有可疑目标，并记录目标回波能量和框架角作为可疑目标信息，策略搜索周期结束时，根据多个瞬时视场的可疑目标，综合辨别出最可能的目标，并进行快速锁定。在假目标或者明显后向散射情况下，能实现辨别真正目标的目的。
本发明主要通过以下技术方案予以实现：一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，通过下述方式实现：
导引头进行搜索时，每个搜索周期内，对每个瞬时视场检测并判断是否有可疑目标，若有可疑目标则记录可疑目标的测量信息；每个搜索周期结束时，根据当前搜索周期内所有瞬时视场的可疑目标测量信息与理论估计值的比较判断出最可能的目标，并进行快速锁定。
进一步的，判断出最可能的目标具体通过下述方式确定：
首先，将当前搜索周期内每个瞬时视场检测到的可疑目标测量信息中的目标回波能量和框架角分别与对应的理论估计值进行比较，确定每个可疑目标的可信因子ρ；
然后，设置可信因子阈值ρ0，若所有的可信因子均小于ρ0，则认为当前搜索周期内无目标；否则，对于所有满足大于ρ0的可信因子中，找到其中最大值，即可判定对应瞬时视场的可疑目标为最可能目标。
进一步的，确定每个可疑目标的可信因子ρ的步骤：
首先，利用目标回波能量的测量值与理论估计值进行比较，确定可疑目标中的假目标；将假目标的可信因子置为0；
然后，将当前搜索周期内扣除假目标后剩余的可疑目标，利用其框架角测量值与框架角理论估计值的偏离程度设置可信因子ρ，具体设置原则为偏离程度越大，可信因子ρ就越小。
进一步的，当回波能量的测量值Ε在理论能量最大值Εmax、理论能量最小值Εmin范围之外时，该实际能量测量值对应的可疑目标确定为假目标。
进一步的，理论能量最大值Εmax、理论能量最小值Εmin的确定首先根据理论计算公式确定初始的能量最大值与最小值；然后根据针对小视场激光探测器的挂飞试验获取的能量测试数据进行修正，具体修正方法为理论能量值与能量测量值进行加权平均，理论能量值和能量测量值的权重各占50％；
其中，理论计算公式如下：
其中，ER是探测器接收到的目标返回的能量，ET是激光器发射的激光能量，AT是目标截面积，AC是探测器接收孔径面积，ρ是目标的平均反射率，η是包括大气影响的光束单程传输系数，ΩT为发射光束的发散角，ΩR为返回光束的发散角，R是探测器到目标的距离。
进一步的，除假目标后剩余可疑目标的可信因子通过下式进行计算：
ρ＝1-|αp-αp0|/(2αpc)-|αy-αy0|/(2αyc)。
其中，框架角变化量：俯仰αpc、偏航αyc；
框架角理论估计值：理论俯仰框架角αp0、理论偏航框架角αy0；
框架角测量值：俯仰框架角测量值αp、偏航框架角测量值αy。
进一步的，为保证策略搜索时无遗漏，每相邻两个瞬时视场之间有框架角重叠部分。
进一步的，搜索策略没有限制，常用搜索策略为矩形搜索、圆形搜索、螺旋形搜索。
进一步的，可信因子阈值ρ0的确定是根据ρ的计算公式以及激光指示器、导弹挂装角度误差确定。
进一步的，ρ0＝1-|βp|/(2αpc)-|βy|/(2αyc)，其中，βp为俯仰角误差，βy为偏航角误差，框架角变化量：俯仰αpc、偏航αyc。
本发明与现有技术相比的有益效果是：
现有小视场激光探测器捕获目标的方法是首次进入视场的目标只要满足一定的阈值就认为是目标，没有考虑目标的角度位置已经目标的回波能量值是否与实际情况相符，存在较大捕获假目标的概率。本方法通过搜索过程中记录多个瞬时视场的目标测量信息，通过计算其可信因子从而找到最可能目标，降低了捕获假目标的概率。
附图说明
图1是策略搜索的瞬时视场和框架角示意图。
图2是确定最可能目标一种实现方法的流程图。
具体实施方式
本发明提供了一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，导引头采用框架平台式，进行策略搜索时，对每个瞬时视场检测并判断是否有可疑目标，策略搜索周期结束时，根据多个瞬时视场的可疑目标，按照综合辨别策略判断出最可能的目标，并进行快速锁定。使用条件为机载激光指示器对目标照射，机载激光导弹进行发射前锁定。
策略搜索的瞬时视场和框架角如图1所示，假设每个瞬时视场角为俯仰αps、偏航αys。策略搜索时，框架角变化量为俯仰αpc、偏航αyc，瞬时视场依次为S1、S2…Si…SN-1、SN。为保证策略搜索时无遗漏，每相邻两个瞬时视场之间有框架角重叠部分，重叠率与预置框架角的计算精度有关，计算精度越高需要的重叠率越低，反之亦然。为了清楚分辨各瞬时视场，图中相邻视场用虚实线区分。
本发明提供一种确定最可能目标的实现方法，流程图如图2所示。按照策略搜索进行框架角的移动，对瞬时视场S1迅速采集其视场信息，导引头既定的程序对视场信息进行处理，每个瞬时视场可以得到一组可疑目标信息P，具体包含如下信息：可疑目标标志f、可疑目标回波能量值E、俯仰框架角测量值αp、偏航框架角测量值αy。其中可疑目标标志f＝1时(认为是可疑目标)，E、αp、αy数据才有效，且它们的数据由导引头的成熟算法得到，此处不赘述。
然后通过理论能量最大值Emax、理论能量最小值Emin、能量测量值E、理论俯仰框架角αp0、俯仰框架角测量值αp、理论偏航框架角αy0、偏航框架角测量值αy计算出S1视场的可信因子ρ1。循环进行上述步骤，依次完成瞬时视场S2、…Si、…SN的信息采集、处理和可信因子计算。
根据采用的具体搜索策略，探测器按照既定路径转动一周，俯仰、偏航框架角依次变化，一个策略搜索周期内，进行N个瞬时视场的信息采集和数据处理，并得到N组可疑目标信息P1、P2、…PN。一个策略搜索周期结束后，按照下述综合辨别策略进行最可能目标的识别判断，实现对目标的锁定。
综合辨别策略的一种实现方法如下：策略搜索周期内，每一个瞬时视场对应一个可信因子ρ，每一个瞬时视场的可信因子ρ主要由这些因素决定：理论能量最大值Emax、理论能量最小值Emin、能量测量值E、理论俯仰框架角αp0、俯仰框架角测量值αp、理论偏航框架角αy0、偏航框架角测量值αy。其中能量测量值E、俯仰框架角测量值αp、偏航框架角测量值αy由这个视场的可疑目标信息P提供；同机指示状态下，由于目标与载机距离远远大于激光指示器与导引头的距离，理论上可认为导引头正确锁定后框架角应与激光指示器框架角相等，所以理论俯仰框架角αp0、理论偏航框架角αy0可由机载激光指示器提供；当能量测量值在理论能量值范围内，如果框架角测量值偏离理论值越大，那么可信因子ρ就越小，反之亦然。
理论能量最小值和最大值可以通过理论计算公式确定，也可以在理论计算结果的基础上结合多次测试数据的规律进行修正，具体修正方法为理论能量值与能量测量值进行加权平均，理论能量值和能量测量值的权重各占50％。
能量值理论计算公式如下：
其中，ER是探测器接收到的目标返回的能量，ET是激光器发射的激光能量，AT是目标截面积，AC是探测器接收孔径面积，ρ是目标的平均反射率，η是包括大气影响的光束单程传输系数，ΩT为发射光束的发散角，ΩR为返回光束的发散角，R是探测器到目标的距离。
如果能量测量值E在理论能量最大值与最小值范围内，则进行“综合辨别策略”判断，否则，直接认为是假目标。假设激光指示器的0°框架角与导引头0°框架角平行，可信因子ρ计算公式可以是
ρ＝1-|αp-αp0|/(2αpc)-|αy-αy0|/(2αyc)，如果计算结果为负数，则取0，其取值范围为[0,1]。可信因子阈值ρ0根据ρ的计算公式以及激光指示器与导弹挂装角度误差确定，计算公式为ρ0＝1-|βp|/(2αpc)-|βy|/(2αyc)，其中，βp为俯仰角误差，βy为偏航角误差。对于所有满足ρ>ρ0的可信因子中，找到其中最大值，即可判定对应瞬时视场的可疑目标为最可能目标。
本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (10)

1.一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于通过下述方式实现：
导引头进行搜索时，每个搜索周期内，对每个瞬时视场检测并判断是否有可疑目标，若有可疑目标则记录可疑目标的测量信息；每个搜索周期结束时，根据当前搜索周期内所有瞬时视场的可疑目标测量信息与理论估计值的比较判断出最可能的目标，并进行快速锁定。
2.根据权利要求1所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于判断出最可能的目标具体通过下述方式确定：
首先，将当前搜索周期内每个瞬时视场检测到的可疑目标测量信息中的目标回波能量和框架角分别与对应的理论估计值进行比较，确定每个可疑目标的可信因子ρ；
然后，设置可信因子阈值ρ0，若所有的可信因子均小于ρ0，则认为当前搜索周期内无目标；否则，对于所有满足大于ρ0的可信因子中，找到其中最大值，即可判定对应瞬时视场的可疑目标为最可能目标。
3.根据权利要求2所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：确定每个可疑目标的可信因子ρ的步骤：
首先，利用目标回波能量的测量值与理论估计值进行比较，确定可疑目标中的假目标；将假目标的可信因子置为0；
然后，将当前搜索周期内扣除假目标后剩余的可疑目标，利用其框架角测量值与框架角理论估计值的偏离程度设置可信因子ρ，具体设置原则为偏离程度越大，可信因子ρ就越小。
4.根据权利要求3所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：当回波能量的测量值Ε在理论能量最大值Εmax、理论能量最小值Εmin范围之外时，该实际能量测量值对应的可疑目标确定为假目标。
5.根据权利要求4所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：理论能量最大值Εmax、理论能量最小值Εmin的确定首先根据理论计算公式确定初始的能量最大值与最小值；然后根据针对小视场激光探测器的挂飞试验获取的能量测试数据进行修正，具体修正方法为理论能量值与能量测量值进行加权平均，理论能量值和能量测量值的权重各占50％；
其中，理论计算公式如下：
其中，ER是探测器接收到的目标返回的能量，ET是激光器发射的激光能量，AT是目标截面积，AC是探测器接收孔径面积，ρ是目标的平均反射率，η是包括大气影响的光束单程传输系数，ΩT为发射光束的发散角，ΩR为返回光束的发散角，R是探测器到目标的距离。
6.根据权利要求3所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：除假目标后剩余可疑目标的可信因子通过下式进行计算：
ρ＝1-|αp-αp0|/(2αpc)-|αy-αy0|/(2αyc)。
其中，框架角变化量：俯仰αpc、偏航αyc；
框架角理论估计值：理论俯仰框架角αp0、理论偏航框架角αy0；
框架角测量值：俯仰框架角测量值αp、偏航框架角测量值αy。
7.根据权利要求3所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：为保证策略搜索时无遗漏，每相邻两个瞬时视场之间有框架角重叠部分。
8.根据权利要求1所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：搜索策略没有限制，常用搜索策略为矩形搜索、圆形搜索、螺旋形搜索。
9.根据权利要求1所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：可信因子阈值ρ0的确定是根据ρ的计算公式以及激光指示器、导弹挂装角度误差确定。
10.根据权利要求9所述的一种小视场激光探测器精准捕获大视场范围内目标的方法，其特征在于：ρ0＝1-|βp|/(2αpc)-|βy|/(2αyc)，其中，βp为俯仰角误差，βy为偏航角误差，框架角变化量：俯仰αpc、偏航αyc。
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