CN109407068B - 一种目标过顶空时的方位、距离确定方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种目标过顶空时的方位、距离确定方法及装置，属于二次雷达领域，解决了现有目标过顶空时方位及距离偏差较大问题。步骤如下：获取二次雷达天线架设高度及该雷达天线法线方位；通过天线接收二次雷达应答脉冲信号，从中解算出目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离、当前的和通道及差通道幅度、相位数据，根据以上数据计算得到当前天线波束俯仰角及目标与雷达天线之间的直线真实距离；根据当前天线波束俯仰角，调用相应俯仰OBA表，根据当前和通道及差通道幅度、相位数据，通过查询OBA表得到当前目标方位偏离法线值；根据本站雷达天线法线方位及当前目标方位偏离法线值，确定当前目标的方位。确保在雷达终端上显示正确的航迹。

Description

一种目标过顶空时的方位、距离确定方法及装置

技术领域

本发明涉及二次雷达技术领域，尤其涉及一种目标过顶空时的方位、距离确定方法及装置。

背景技术

现有地面二次雷达询问机系统采用平面阵列天线，波束俯仰固定；大部分采用振幅型和差单脉冲测角，相对于滑窗测角来说大幅度提高了测角的精度。一般来说，地面二次雷达对远区目标进行探测时，探测距离、探测方位均比较准确，在雷达终端上显示也比较准确；但在对近区尤其是过顶空目标进行探测时，探测距离、探测方位均出现较大的偏差，导致本应过顶空的目标在雷达终端上显示沿着一条弧线绕过雷达本站，给雷达操作员/空管指挥员带来误导，严重时出现误判，威胁飞行安全。

现代二次雷达询问机大部分采用振幅型和差单脉冲测角，该方法对天线方向图形成的OBA(偏离瞄准轴角)要求较高。现有的二次雷达一般采用一张或者几张OBA覆盖全空域，在相同空域高度采用相同的OBA进行测角，无法随天线波束俯仰改变；在实际应用中，二次雷达需覆盖全空域，因此天线波束指向无法随目标距离远近调整俯仰，但在从远及近的飞行过程中目标的俯仰不断变化，相对应所使用的OBA表也不同，在过顶空时OBA表变化尤其明显，导致测角出现偏差。

二次雷达测距是依据电磁波在空间传输的特性，电磁波往返二次雷达与目标之间所用时间测得目标距离；但该值为二次雷达到目标之间的斜距，由目标的高度和距离形成。由于包含目标高度，在雷达终端显示距离时会引入高度误差，在远区时高度误差对距离影响较小，在近区和尤其是过顶空时，会出现过本应过顶空的目标沿一条弧线绕过本站。

发明内容

鉴于上述的分析，本发明旨在提供一种目标过顶空时的方位、距离确定方法及装置，用以解决现有目标过顶空时方位、距离偏差较大的问题。

本发明的目的主要是通过以下技术方案实现的：

本发明公开了一种目标过顶空时的方位、距离确定方法，步骤如下：

获取本站二次雷达天线架设高度及该雷达天线法线方位；

通过天线接收二次雷达应答脉冲信号，从中解算出目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离、当前的和通道及差通道幅度、相位数据；

根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与雷达天线之间的距离，得到当前天线波束的俯仰角度及目标与雷达天线之间的直线真实距离；

根据当前天线波束的俯仰角，调用不同俯仰的OBA表，根据所述和通道及差通道幅度、相位数据，通过查询OBA表得到当前目标的方位偏离法线值；

根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位。

本发明有益效果如下：本发明提供的一种目标过顶空时的方位、距离确定方法，针对上述两个误差采用不同的处理方法：(1)针对测角误差采用空域俯仰OBA划分法，采用不同天线波束俯仰角下的OBA表提升二次雷达过顶空时的测角精度；(2)针对距离误差采用测距投影法，确保在近区和过顶空时真实距离与雷达终端显示距离一致。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，根据不同的天线波束俯仰角范围，划分出多个不同俯仰OBA表，以便根据实测的天线波束俯仰角选择对应俯仰的OBA表，确定目标的方位偏离法线值。

采用上述进一步方案的有益效果是：针对测角误差采用空域俯仰OBA划分法，采用不同天线波束俯仰角下的OBA表提升二次雷达过顶空时的测角精度。

进一步，所述根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与雷达天线之间的距离，得到当前天线波束的俯仰角度，具体执行以下操作：

获取目标高度与本站天线高度之差ΔH：

ΔH＝H2-H1 (1)

其中，H1为本站二次雷达天线架设高度，H2为目标高度；

根据三角函数sinθ＝ΔH/R1，得到当前天线波束的俯仰角θ：

其中，R1为目标与雷达天线之间的空间距离。

采用上述进一步方案的有益效果是：利用三角函数关系测得天线波束的俯仰角，便于当前天线实际工作的波束俯仰角选择对应的OBA表，确定目标的方位偏离法线值。

进一步，所述根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位F，具体执行以下操作：

F＝A+ΔA (3)

其中，A为本站雷达天线法线方位，ΔA为当前目标的方位偏离法线值。

采用上述进一步方案的有益效果是：本发明中的方法能够得到更为准确的方位偏离法线值，由此得到的当前目标的方位也更加准确。

进一步，根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与雷达天线之间的距离得到目标与雷达天线之间的直线真实距离R，具体执行以下操作：

R＝R1×cosθ (4)。

采用上述进一步方案的有益效果是：针对距离误差采用测距投影法，确保在近区和过顶空时真实距离与雷达终端显示距离一致。

本发明还公开了一种目标过顶空时的方位、距离确定装置，所述装置包括：雷达天线、接收机模块、信号处理模块、雷达终端，其中，

所述雷达天线，用于向空间辐射电磁信号，并接收二次雷达应答脉冲信号；

所述接收机模块，用于接收所述二次雷达应答脉冲信号，并从中解算出目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离、当前的和通道及差通道幅度、相位数据；

所述信号处理模块，用于根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与雷达天线之间的距离得到当前天线波束的俯仰角度及目标与雷达天线之间的直线真实距离；还用于根据当前天线波束的俯仰角，调用相应俯仰的OBA表，根据所述当前和差通道幅度差，通过查询OBA表得到当前目标的方位偏离法线值；还用于根据根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位；

所述雷达终端，用于显示所述目标与雷达天线之间的直线真实距离及当前目标的方位，还用于生成OBA表，并将所述OBA表加载至所述信号处理模块。

在上述方案的基础上，本发明还做了如下改进：

进一步，所述信号处理模块中存储有多个俯仰OBA表，所述多个OBA表根据不同的天线波束俯仰角范围划分得到，以便根据实测的天线波束俯仰角选择对应的OBA表，确定目标的方位偏离法线值。

进一步，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作得到当前天线波束的俯仰角度：

获取目标高度与本站高度之差ΔH：

ΔH＝H2-H1 (5)

其中，H1为本站二次雷达天线架设高度，H2为目标高度；

根据三角函数sinθ＝ΔH/R1，得到当前天线波束的俯仰角θ：

其中，R1为目标与雷达天线之间的距离。

进一步，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作确定当前目标的方位F：

F＝A+ΔA (7)

其中，A为本站雷达天线法线方位，ΔA为当前目标的方位偏离法线值。

进一步，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作得到目标与雷达天线之间的直线真实距离R：

本发明中，上述各技术方案之间还可以相互组合，以实现更多的优选组合方案。本发明的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分优点可从说明书中变得显而易见，或者通过实施本发明而了解。本发明的目的和其他优点可通过说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的内容中来实现和获得。

附图说明

附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。

图1为过顶空时雷达终端显示航迹与真实航迹图；

图2为本发明实施例1提供的目标过顶空时的方位、距离确定方法流程图；

图3为本发明实施例提供的距离投影示例；

图4为天线上仰0-5度时的方向图；

图5为天线上仰85度时的方向图；

图6为本发明实施例2提供的目标过顶空时的方位、距离确定装置示意图。

具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

如图1所示，目标在近区或者过顶空时，在雷达终端上显示本应直接跨越本站顶空的目标，由于测角和测距误差，导致出现弧形航迹绕过本站。该问题由两个误差造成，测角误差和测距误差；其中测角误差是由于不同空域下天线俯仰不一致导致OBA(OffBoresightAngle，偏离瞄准轴角)表不同造成；测距误差是测得的距离为斜距，斜距引入高度所致。

在本发明的具体实施例1中，公开了一种目标过顶空时的方位、距离确定方法，用于解决上述问题，如图2所示，包括以下步骤：

步骤S1：获取本站二次雷达天线架设高度H1及该雷达天线法线方位A；可通过GPS/北斗或者人工输入设备架设高度。

步骤S2：通过天线接收二次雷达应答脉冲信号，从中解算出目标高度H2、目标与雷达天线之间的距离R1(斜距)、及当前的和差通道幅度差；

步骤S3：根据所述本站二次雷达天线架设高度H1、目标高度H2、目标与雷达天线之间的距离R1，得到当前天线波束的俯仰角度及目标与雷达天线之间的直线真实距离；如图3所示：

目标高度与本站天线高度之差ΔH：

ΔH＝H2-H1 (1)

根据三角函数sinθ＝ΔH/R1，得到当前天线波束的俯仰角θ：

目标与雷达天线之间的直线真实距离R：

R＝R1×cosθ (3)；

步骤S4：根据当前天线波束的俯仰角θ，调用相应的OBA表，根据所述当前和差通道幅度差，通过查询OBA表得到当前目标的方位偏离法线值ΔA(即通过OBA测角所得的偏移值)；

步骤S5：根据本站雷达天线法线方位A及当前目标的方位偏离法线值ΔA，确定当前目标的方位F：

F＝A+ΔA (4)。

在执行本发明的步骤前，根据不同的天线波束俯仰角范围，划分出多个OBA表，具体实现方法如下：

通过暗室测试得到不同天线波束俯仰角下的OBA表，或者通过二次雷达设备运行足够的时间从空域中获得应答信号自主学习生成不同天线波束俯仰角下的OBA表，或者根据理论人工编辑OBA数据，生成不同天线波束俯仰角下的OBA表。

将不同天线波束俯仰角下的OBA表，通过雷达终端注入二次雷达设备内，用于根据当前天线实际工作的波束俯仰角选择对应的OBA表，确定目标的方位偏离法线值。

与现有技术相比，本实施例提供的一种目标过顶空时的方位、距离确定方法，针对上述两个误差采用不同的处理方法：(1)针对测角误差采用空域俯仰OBA划分法，采用不同天线波束俯仰角下的OBA表提升二次雷达过顶空时的测角精度；(2)针对距离误差采用测距投影法，确保在近区和过顶空时真实距离与雷达终端显示距离一致。

如图4和图5所示，如果某次询问应答信号和差通道幅度差为6dB；采用原来的方法，只使用一张OBA表，则只使用图4进行测角，测得的偏移角ΔA＝0.62度；使用本发明中的方法，则会根据目标俯仰采用对应俯仰角下的OBA表，目标在远区采用图4进行测角，测得的偏移角ΔA＝0.62°，如果目标过顶空，则采用图5进行测角，测得的偏移角ΔA＝10.22°；采用本方法在近区测角精度提升9.6°。

在本发明的实施例2中，提供了一种目标过顶空时的方位、距离确定装置，如图6所示，包括雷达天线、接收机模块、信号处理模块、雷达终端，其中，

所述雷达天线，用于向空间辐射电磁信号，并接收二次雷达应答脉冲信号；

所述接收机模块，用于接收所述二次雷达应答脉冲信号，经过限幅、滤波、混频、放大，经AD采样之后形成数字信号，并从中解算出目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离、当前的和通道及差通道幅度、相位数据；

所述信号处理模块，用于根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与雷达天线之间的距离得到当前天线波束的俯仰角度及目标与雷达天线之间的直线真实距离；还用于根据当前天线波束的俯仰角，调用相应的OBA表，根据所述当前和差通道幅度差，通过查询OBA表得到当前目标的方位偏离法线值；还用于根据根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位。

所述雷达终端，用于显示所述目标与雷达天线之间的直线真实距离及当前目标的方位，还用于生成OBA表，并将所述OBA表加载至所述信号处理模块。

优选地，所述信号处理模块中还存储有多个OBA表，所述多个OBA表根据不同的天线波束俯仰角范围划分得到，以便根据实测的天线波束俯仰角选择对应的OBA表，确定目标的方位偏离法线值。

优选地，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作得到当前天线波束的俯仰角度：

获取目标高度与本站高度之差ΔH：

ΔH＝H2-H1 (5)

其中，H1为本站二次雷达天线架设高度，H2为目标高度；

根据三角函数sinθ＝ΔH/R1，得到当前天线波束的俯仰角θ：

其中，R1为目标与雷达天线之间的距离。

优选地，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作确定当前目标的方位F：

F＝A+ΔA (7)

其中，A为本站雷达天线法线方位，ΔA为当前目标的方位偏离法线值。

优选地，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作得到目标与雷达天线之间的直线真实距离R：

R＝R1×cosθ (8)

本发明为包括但不限于诸如二次雷达类或一次雷达的系统的提供一种全新的目标过顶空的处理方法及优选装置，该技术要求的设备拓扑结构简单、实现成本低，全自动工作不需要任何人工干预，能自动适应全空域俯仰、全方位各种目标的处理需求，尤其是提升过顶空目标的测角、测距能力，为雷达操作员/空管指挥员提供可靠的目标信息，有效保障飞行安全。其变形方式如雷达装载在飞机上，对海上目标或者地面目标的下俯探测的处理方式也包含在本发明内。

上述方法实施例和装置实施例，基于相同的原理，其相关之处可相互借鉴，且能达到相同的技术效果。

本领域技术人员可以理解，实现上述实施例方法的全部或部分流程，可以通过计算机程序指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于计算机可读存储介质中。其中，所述计算机可读存储介质为磁盘、光盘、只读存储记忆体或随机存储记忆体等。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，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。

Claims (6)

1.一种目标过顶空时的方位、距离确定方法，其特征在于，步骤如下：

获取本站二次雷达天线架设高度及该雷达天线法线方位；

通过天线接收二次雷达应答脉冲信号，从中解算出目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离、当前的和通道及差通道幅度、相位数据；

根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离，得到当前天线波束的俯仰角度及目标与雷达天线之间的直线真实距离；

根据当前天线波束的俯仰角，调用不同俯仰的OBA表，根据所述和通道及差通道幅度、相位数据，通过查询OBA表得到当前目标的方位偏离法线值；根据不同的天线波束俯仰角范围，划分出多个不同俯仰OBA表，以便根据实测的天线波束俯仰角选择对应俯仰的OBA表，确定目标的方位偏离法线值；

根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位；

所述根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离，得到当前天线波束的俯仰角度，具体执行以下操作：

获取目标高度与本站天线高度之差ΔH：

ΔH＝H2-H1 (1)

其中，H1为本站二次雷达天线架设高度，H2为目标高度；

根据三角函数sinθ＝ΔH/R1，得到当前天线波束的俯仰角θ：

其中，R1为目标与二次雷达天线之间的空间距离。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位F，具体执行以下操作：

F＝A+ΔA (3)

其中，A为本站雷达天线法线方位，ΔA为当前目标的方位偏离法线值。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，根据所述本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与雷达天线之间的距离得到目标与雷达天线之间的直线真实距离R，具体执行以下操作：

R＝R1×cosθ (4)。

4.一种目标过顶空时的方位、距离确定装置，其特征在于，所述装置包括：雷达天线、接收机模块、信号处理模块、雷达终端，其中，

所述雷达天线，用于向空间辐射电磁信号，并接收二次雷达应答脉冲信号；

所述接收机模块，用于接收所述二次雷达应答脉冲信号，并从中解算出目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离、当前的和通道及差通道幅度、相位数据；

所述信号处理模块，用于根据本站二次雷达天线架设高度、目标高度、目标与二次雷达天线之间的距离得到当前天线波束的俯仰角度及目标与雷达天线之间的直线真实距离；还用于根据当前天线波束的俯仰角，调用相应俯仰的OBA表，根据所述当前和差通道幅度差，通过查询OBA表得到当前目标的方位偏离法线值；还用于根据根据本站雷达天线法线方位及当前目标的方位偏离法线值，确定当前目标的方位；

所述雷达终端，用于显示所述目标与雷达天线之间的直线真实距离及当前目标的方位，还用于生成OBA表，并将所述OBA表加载至所述信号处理模块；

所述信号处理模块中存储有多个俯仰OBA表，所述多个OBA表根据不同的天线波束俯仰角范围划分得到，以便根据实测的天线波束俯仰角选择对应的OBA表，确定目标的方位偏离法线值；

在所述信号处理模块中，具体执行以下操作得到当前天线波束的俯仰角度：

获取目标高度与本站高度之差ΔH：

ΔH＝H2-H1 (5)

其中，H1为本站二次雷达天线架设高度，H2为目标高度；

根据三角函数sinθ＝ΔH/R1，得到当前天线波束的俯仰角θ：

其中，R1为目标与二次雷达天线之间的距离。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作确定当前目标的方位F：

F＝A+ΔA (7)

其中，A为本站雷达天线法线方位，ΔA为当前目标的方位偏离法线值。

6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，在所述信号处理模块中，具体执行以下操作得到目标与雷达天线之间的直线真实距离R：

R＝R1×cosθ (8)。

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