CN109212495A - 一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法及系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法，所述方法包括：获取陀螺仪的姿态信息，陀螺仪的姿态信息包括雷达天线的横滚角、俯仰角、航向角；获取飞机惯导的姿态信息，飞机惯导的姿态信息包括飞机的横滚角、俯仰角、航向角；以飞机惯导的姿态信息为基准，比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导的姿态信息的差值；根据所述差值计算雷达的校靶数据，所述校靶数据包括雷达的方位误差和俯仰误差。本发明的雷达自动校靶方法可实现雷达的自动校靶功能，且校靶精度高，进而提高了雷达测量精度。

Description

一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法及系统

技术领域

本发明属于雷达校靶技术领域，具体涉及一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法及系统。

背景技术

机载雷达天线通常安装于载机平台，但是由于安装误差导致雷达天线坐标系与机体坐标系是不完全重合的，因此需要通过对雷达校靶测出天线与载机的安装误差。雷达校靶的目的就是得到天线阵面与载机的相对关系，从而补偿雷达与载机的相对安装误差，以达到提高雷达测量精度的目的。

现有技术中的机载雷达校靶通常采用如下方法：

第一步：利用水平仪、测量尺、靶板和校靶装置进行的，首先需要用水平仪架平飞机，即采用水平仪测量保持飞机水平姿态，并将各部件调节到水平状态；

第二步：采用了吊铅锤加水平仪，用水平仪观察两个铅锤是否在同一水平状态；

第三步：对靶板进行摆放(靶板放置在机头前方50m或更远)，然后通过水平仪测定靶板上飞机地平面所对应的高度C点，如图1所示；

第四步：通过人工方式在雷达天线阵面安装校靶夹具和校靶镜，通过校靶镜十字星瞄准靶板，确定该点落在靶板的位置，并做标记O’点；

第五步：如若天线阵面为二维相扫雷达，则计算O’点在X轴和Y轴上的投影刻度值，即OA和OB长度；如若一维相控阵俯仰相扫、方位机扫天线，先调整雷达伺服方位角，使O’点落在如图1中靶板上的Y轴线,然后计算O’点在X轴的投影刻度值，即OA长度；如若雷达一维俯仰机扫，方位相扫天线，同上步骤，记录OB长度。

上述机载雷达校靶测量方法和测量过程存在着诸多弊端，例如：

1)在操作上造成了重复工作，浪费大量人力、物力，降低工作效率；

2)不同雷达天线需要定制不同形状、不同要求的靶板，靶板多且不通用；

3)靶板摆放远，占用厂房有效空间；

4)手动操作模式，人工测量存在一定的人为误差，测量不精确；

5)校靶时，安装在天线阵面夹具时容易磕碰天线阵面。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法及系统，用于解决或减轻上述任一问题。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法，所述方法包括

获取陀螺仪的姿态信息，陀螺仪的姿态信息包括雷达天线的横滚角、俯仰角、航向角；

获取飞机惯导的姿态信息，飞机惯导的姿态信息包括飞机的横滚角、俯仰角、航向角；

以飞机惯导的姿态信息为基准，比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导的姿态信息的差值；

根据所述差值计算雷达的校靶数据，所述校靶数据包括雷达的方位误差和俯仰误差。

进一步的，所述方位角校靶误差：ΔAz＝Az₁-Az₂

式中：Az₁为天线陀螺仪送出的航向角，Az₂为飞机惯导陀螺仪送出的航向角。

进一步的，所述俯仰角校靶误差：

式中：陀螺仪送出天线姿态信息：Roll₁为横滚角、El₁为俯仰角、Az₁为航向角；

飞机惯导送出的机体姿态信息：Roll₂为横滚角、El₂为俯仰角、Az₂为航向角。

本发明还提供了一种基于陀螺仪的雷达自动校靶系统，所述系统包括：

陀螺仪信息获取模块，所述陀螺仪信息获取模块用于获取陀螺仪的姿态信息，陀螺仪的姿态信息包括雷达天线的横滚角、俯仰角、航向角；

飞机惯导信息获取模块，所述飞机惯导信息获取模块用于获取飞机惯导的姿态信息，飞机惯导姿态信息包括飞机的横滚角、俯仰角、航向角；

差值计算模块，所述差值计算模块用于以飞机惯导姿态信息为基准，比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导姿态信息的差值；

校靶计算模块，所述校靶计算模块用于根据所述差值计算雷达的校靶数据，数据包括雷达的方位误差和俯仰误差。

进一步的，所述校靶计算模块计算方位角校靶误差过程为：ΔAz＝Az₁-Az₂

式中：Az₁为天线陀螺仪送出的航向角，Az₂为飞机惯导陀螺仪送出的航向角。

进一步的，所述校靶计算模块计算俯仰角校靶误差过程为：

式中：陀螺仪送出天线姿态信息：Roll₁为横滚角、El₁为俯仰角、Az₁为航向角；

飞机惯导送出的机体姿态信息：Roll₂为横滚角、El₂为俯仰角、Az₂为航向角。

本发明的一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法及系统具有如下有益效果：

1)校靶时，不需要任何测试、靶板和其他配套校靶设备，节约了测量成本，提高生产装配效率；

2)采用陀螺仪的雷达校靶方法提高了可靠性和可维护性，实现雷达自动校靶功能；

3)飞机交付部队后的雷达校靶操作简单，雷达飞行员易于操作，提高了效率，产生显著的军事效益；

4)改方法减去了现有雷达繁琐的校靶过程，实现自动校靶，避免人为测量误差，提高雷达测量精度。

附图说明

此处的附图被并入说明书中并构成本说明书的一部分，示出了符合本发明的实施例，并与说明书一起用于解释本发明的原理。

图1为现有技术的雷达校靶设计方法示意图

图2为本发明的陀螺仪与雷达天线安装位置示意图

图3为本发明的陀螺仪与雷达电气连接图

图4为本发明中的坐标系转换示意图。

具体实施方式

为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。

本发明的校靶方法基于陀螺仪的校靶设计，以陀螺仪在校靶模式下提供的雷达姿态信息与飞机姿态信息进行校靶处理，从而给出雷达校靶参数，并装订至雷达记录设备中。

具体的本发明的基于陀螺仪的雷达自动校靶方法包括：

首先，获取陀螺仪的姿态信息，陀螺仪的姿态信息包括雷达天线的横滚角、俯仰角、航向角；

其次，获取飞机惯导的姿态信息，飞机惯导的姿态信息包括飞机的横滚角、俯仰角、航向角；

之后，以飞机惯导的姿态信息为基准，比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导的姿态信息的差值；

最后，根据所述差值计算雷达的校靶数据，所述校靶数据包括雷达的方位误差和俯仰误差。

其中，所述方位角校靶误差：ΔAz＝Az₁-Az₂

式中：Az₁为天线陀螺仪送出的航向角，Az₂为飞机惯导陀螺仪送出的航向角。

其中，所述俯仰角校靶误差：

式中：陀螺仪送出天线姿态信息：Roll₁为横滚角、El₁为俯仰角、Az₁为航向角；飞机惯导送出的机体姿态信息：Roll₂为横滚角、El₂为俯仰角、Az₂为航向角。

为了实现上述方法，在本发明中对雷达系统进行了改进，包括：

第一步，雷达加装陀螺仪

本发明中需要在现有雷达基础上加装陀螺仪，陀螺仪牢固安装在雷达天线水平基座平台上，且需确保陀螺仪航向角与雷达天线法线方向一致。为了方便使用，Z轴指向上且Y轴通过载体前端指向前，与载体前进方向一致，如图2所示。

陀螺仪由三轴陀螺传感器、控制接口电路和通信接口电路组成。雷达通信接口电路主要雷达主控模块和接口电路组成，飞机提供的惯性导航设备主要由三轴陀螺传感器、控制接口电路和通信接口电路组成，陀螺仪电气接口包含RS422通讯口，可通过DB9等方形接插件物理接口形式与雷达连接。另外，陀螺仪的供电电源由雷达提供，陀螺仪自身电源模块包含以下功能：(a)对供电电压进行滤波和校准；(b)对过压、过流和高温情况进行保护；(c)提供自动复位电路保护。给陀螺仪供电的电源在上电过程中必须是不变的，以确保内部逻辑电路合理地初始化并进入有效工作状态。

第二步，校靶流程

当雷达开机工作后，处于校靶工作模式时，雷达天线固定在当前雷达天线系零位，陀螺仪信息获取模块获取雷达天线横滚角、俯仰角、航向角以及飞机惯导信息获取模块获取飞机惯导的横滚角、俯仰角、航向角，差值计算模块通过比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导姿态信息的差值后，校靶计算模块可根据差值计算雷达的方位误差和俯仰误差。

上述陀螺仪信息获取模块、飞机惯导信息获取模块、差值计算模块及校靶计算模块可全部由雷达处理机完成相应功能。

雷达处理机读取飞机惯导姿态信息与陀螺仪提供的姿态信息进行对比，由于飞机惯导提供是机体系坐标系下的姿态信息，陀螺仪提供的雷达天线系下姿态信息，因此只需要对比在校靶模式下两者差别即可得出安装误差。

第三步,解算两个误差坐标系之间误差

如图4所示，在地理坐标系下，0A,0B分别为飞机机体系和雷达系的航向角，其对应的姿态信息如下：

陀螺仪送出天线姿态信息：横滚角(Roll₁)、俯仰角(El₁)、航向角(Az₁)；

飞机惯导送出的机体姿态信息：横滚角(Roll₂)、俯仰角(El₂)、航向角(Az₂)；

其中，都是在地理系的姿态信息；

方位角校靶误差：ΔAz＝Az₁-Az₂

俯仰角校靶误差：

通过上述公式可以将运算结果装订在雷达存储器中，以待雷达使用。

本发明的一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法及系统具有如下有益效果：

1)校靶时，不需要任何测试、靶板和其他配套校靶设备，节约了测量成本，提高生产装配效率；

2)采用陀螺仪的雷达校靶方法提高了可靠性和可维护性，实现雷达自动校靶功能；

3)飞机交付部队后的雷达校靶操作简单，雷达飞行员易于操作，提高了效率，产生显著的军事效益；

4)改方法减去了现有雷达繁琐的校靶过程，实现自动校靶，避免人为测量误差，提高雷达测量精度。

以上所述，仅为本发明的最优具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (6)

1.一种基于陀螺仪的雷达自动校靶方法，其特征在于，所述方法包括

获取陀螺仪的姿态信息，陀螺仪的姿态信息包括雷达天线的横滚角、俯仰角、航向角；

获取飞机惯导的姿态信息，飞机惯导的姿态信息包括飞机的横滚角、俯仰角、航向角；

以飞机惯导的姿态信息为基准，比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导的姿态信息的差值；

根据所述差值计算雷达的校靶数据，所述校靶数据包括雷达的方位误差和俯仰误差。

2.根据1的基于陀螺仪的雷达自动校靶方法，其特征在于，所述方位角校靶误差：ΔAz＝Az₁-Az₂

式中：Az₁为天线陀螺仪送出的航向角，Az₂为飞机惯导陀螺仪送出的航向角。

3.根据1的基于陀螺仪的雷达自动校靶方法，其其特征在于，所述俯仰角校靶误差：

式中：陀螺仪送出天线姿态信息：Roll₁为横滚角、El₁为俯仰角、Az₁为航向角；

飞机惯导送出的机体姿态信息：Roll₂为横滚角、El₂为俯仰角、Az₂为航向角。

4.一种基于陀螺仪的雷达自动校靶系统，其特征在于，包括

陀螺仪信息获取模块，所述陀螺仪信息获取模块用于获取陀螺仪的姿态信息，陀螺仪的姿态信息包括雷达天线的横滚角、俯仰角、航向角；

飞机惯导信息获取模块，所述飞机惯导信息获取模块用于获取飞机惯导的姿态信息，飞机惯导姿态信息包括飞机的横滚角、俯仰角、航向角；

差值计算模块，所述差值计算模块用于以飞机惯导姿态信息为基准，比较陀螺仪的姿态信息与飞机惯导姿态信息的差值；

校靶计算模块，所述校靶计算模块用于根据所述差值计算雷达的校靶数据，数据包括雷达的方位误差和俯仰误差。

5.根据4的基于陀螺仪的雷达自动校靶系统，其特征在于，所述校靶计算模块计算方位角校靶误差过程为：ΔAz＝Az₁-Az₂

式中：Az₁为天线陀螺仪送出的航向角，Az₂为飞机惯导陀螺仪送出的航向角。

6.根据4的基于陀螺仪的雷达自动校靶系统，其特征在于，所述校靶计算模块计算俯仰角校靶误差过程为：

式中：陀螺仪送出天线姿态信息：Roll₁为横滚角、El₁为俯仰角、Az₁为航向角；

飞机惯导送出的机体姿态信息：Roll₂为横滚角、El₂为俯仰角、Az₂为航向角。