CN109583129A - 适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法，包括坐标系建立步骤、雷达第一位置参数计算步骤、雷达第二位置参数计算步骤以及雷达布置步骤；通过建立通用模型和计算公式的方法，对导航双雷达位置安排决策提供理论依据，根据实际场景智能设置雷达、ARPA(automatic radar plotting aids,雷达标绘仪，即雷达信号与数据处理及其终端显示系统)屏蔽区域，减少雷达检测的虚警，增强雷达使用体验，具有计算过程简单，适用范围广，便利高效的优点。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体地，涉及一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法。
背景技术
桅杆起源于帆船时代，作为帆船动力的载体曾经是一艘船的核心所在。随着社会发展以及能源动力的改革，桅杆逐渐成为舰船信息的载体。作为现代船舶的一个重要组成部分,桅杆的功能主要是搭载船用雷达、船舶气象仪、通信天线、灯具等电子、电气设备。按照其结构形式一般分为桁架桅和筒形桅两种；其中筒形桅杆以其较高的强度和隐身性能得到了广泛的应用。当然也有其弊端所在。
桅杆需要兼顾通信、隐身、电磁干扰、雷达等技术，因此不可能通过将雷达置于桅杆顶部来解决雷达系统盲区问题，而雷达在其他位置则会造成遮挡，盲区不可避免。现有舰船雷达系统对此类盲区问题没有很好的解决方案，一种可行的方法是通过布置双雷达系统来减少舰船雷达盲区面积，但双雷达系统的盲区面积和位置与其布置方法有着较大的关联，因此提出一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法据有较高的实际意义。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法。
根据本发明提供的一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，包括：
坐标系建立步骤：以桅杆中心点为原点O，原点O指向第一雷达方向为Y轴正向，建立平面直角坐标系；
雷达第一位置参数计算步骤：输入第N舰船的舰船结构参数，其中N为正整数；根据舰船结构参数计算得到允许雷达安装的坐标范围集合AN并将AN记为第N舰船的雷达第一位置参数；
其中，重复执行所述雷达第一位置参数计算步骤，直至全部舰船的雷达第一位置参数均计算完成；
雷达第二位置参数计算步骤：输入第N舰船的桅杆半径r，并根据r计算雷达位置坐标与雷达盲区面积的关系；通过设定的雷达盲区技术要求得到满足要求的雷达坐标范围集合BN并将BN记为第N舰船的雷达第二位置参数；
其中，重复执行所述雷达第二位置参数计算步骤，直至全部舰船的雷达第二位置参数均计算完成；
雷达布置步骤：对于第N舰船，取AN和BN的交集CN，将雷达布置在集合CN包含的坐标范围内。
优选地，所述雷达第二位置参数计算步骤仅考虑第二雷达位于第一象限和第四象限的情况。
优选地，所述雷达第二位置参数计算步骤包括：
参数输入步骤：输入第N舰船的桅杆半径r，将第一雷达相对于原点的距离记为RA，第二雷达相对于原点的距离记为RB；以逆时针方向为正向，第二雷达与原点连线相对X轴正向的角度记为θ；
盲区面积计算步骤：根据输入参数计算盲区顶点C的坐标(XC，YC)，取C点到桅杆圆的两个切点D和E，并将∠DOE的大小记为ω，∠XOC的大小记为通过下式计算盲区面积S：
雷达坐标范围计算步骤：计算临界角度θC：
则BN满足：
优选地，本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法还包括：
技术要求更新步骤：当设定的雷达盲区技术要求发生变化时，根据更新后的技术要求重复雷达第二位置参数计算步骤和雷达布置步骤。
优选地，本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法还包括：
方向角计算步骤：通过下式计算雷达盲区的方向角
屏蔽区域控制步骤：根据设定的雷达屏蔽区域方向角技术要求和雷达盲区的方向角公式计算得到满足雷达屏蔽区域方向角技术要求的雷达坐标范围集合PN，并取PN与CN的交集QN将雷达重新布置在集合QN包含的坐标范围内。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时上述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法的步骤。
根据本发明提供的一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统，包括舰船主体、桅杆、第一雷达以及第二雷达；
所述桅杆、第一雷达以及第二雷达均设置在舰船主体上；
所述桅杆能够屏蔽第一雷达和第二雷达发射的探测信号。
优选地，本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统还包括雷达布置模块；
所述雷达布置模块内置有设定的一种或多种舰船的结构参数，能够根据输入的桅杆半径、雷达盲区技术要求以及雷达盲区方向角技术要求，得到适合安装雷达的坐标参数并安装第一雷达和第二雷达。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
1、本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法，计算过程简单，适用范围广；
2、本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法，双雷达配合适用，能够有效减小雷达盲区面积，实现盲区方向角的控制，为设置雷达屏蔽区提供理论依据；
3、本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统及其布置方法，输出图文形式结果，简单易懂，在智能使用雷达时，根据雷达屏蔽区域要求可以直接从图上获取雷达安装参数，使得雷达使用更为便利高效。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法的示意图；
图2为桅杆半径1m，双雷达半径均3m时雷达系统盲区面积与雷达B方位角θ的关系图；
图3为桅杆半径0.5m，双雷达半径均2m时雷达系统盲区面积与雷达B方位角θ的关系图；
图4为不同桅杆半径，不同双雷达半径下雷达系统盲区面积与雷达B方位角θ的对比关系图；
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
根据本发明提供的一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，包括：
坐标系建立步骤：以桅杆中心点为原点O，原点O指向第一雷达方向为Y轴正向，建立平面直角坐标系；
雷达第一位置参数计算步骤：输入第N舰船的舰船结构参数，其中N为正整数；根据舰船结构参数计算得到允许雷达安装的坐标范围集合AN并将AN记为第N舰船的雷达第一位置参数；
其中，重复执行所述雷达第一位置参数计算步骤，直至全部舰船的雷达第一位置参数均计算完成；
雷达第二位置参数计算步骤：输入第N舰船的桅杆半径r，并根据r计算雷达位置坐标与雷达盲区面积的关系；通过设定的雷达盲区技术要求得到满足要求的雷达坐标范围集合BN并将BN记为第N舰船的雷达第二位置参数；
其中，重复执行所述雷达第二位置参数计算步骤，直至全部舰船的雷达第二位置参数均计算完成；
雷达布置步骤：对于第N舰船，取AN和BN的交集CN，将雷达布置在集合CN包含的坐标范围内。
优选地，所述雷达第二位置参数计算步骤仅考虑第二雷达位于第一象限和第四象限的情况。所述雷达第二位置参数计算步骤包括：
参数输入步骤：输入第N舰船的桅杆半径r，将第一雷达相对于原点的距离记为RA，第二雷达相对于原点的距离记为RB；以逆时针方向为正向，第二雷达与原点连线相对X轴正向的角度记为θ；
盲区面积计算步骤：根据输入参数计算盲区顶点C的坐标(XC，YC)，取C点到桅杆圆的两个切点D和E，并将∠DOE的大小记为ω，∠XOC的大小记为通过下式计算盲区面积S：
雷达坐标范围计算步骤：计算临界角度θC：
则BN满足：
θ在此范围内，双雷达是有限盲区，且随着θ值减小而减小；当θ≥θc时，盲区无限大。用户可根据桅杆总体布置、盲区面积大小和方向要求酌情处理。
具体地，本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法还包括：
技术要求更新步骤：当设定的雷达盲区技术要求发生变化时，根据更新后的技术要求重复雷达第二位置参数计算步骤和雷达布置步骤。
方向角计算步骤：通过下式计算雷达盲区的方向角
屏蔽区域控制步骤：根据设定的雷达屏蔽区域方向角技术要求和雷达盲区的方向角公式计算得到满足雷达屏蔽区域方向角技术要求的雷达坐标范围集合PN，并取PN与CN的交集QN将雷达重新布置在集合QN包含的坐标范围内。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时上述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法的步骤。
根据本发明提供的一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统，包括舰船主体、桅杆、第一雷达以及第二雷达；
所述桅杆、第一雷达以及第二雷达均设置在舰船主体上；
所述桅杆能够屏蔽第一雷达和第二雷达发射的探测信号。
更具体地，本发明提供的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统还包括雷达布置模块；
所述雷达布置模块内置有设定的一种或多种舰船的结构参数，能够根据输入的桅杆半径、雷达盲区技术要求以及雷达盲区方向角技术要求，得到适合安装雷达的坐标参数并安装第一雷达和第二雷达。
进一步地，第一雷达和第二雷达分别记为A和B，与桅杆(圆形阴影部分)位置俯视图如图1所示。以筒形桅杆中心为原点O，以A雷达安装位置与O点连线为Y轴。X轴在桅杆平面与X轴垂直。阴影部分为雷达系统盲区。
可以计算出盲区面积为盲区对称线以图所示Y轴正方向，在位置。
其中，(Xc,Yc)为交点C的坐标，鉴于两个雷达位置具有对偶关系，所以只需计算当雷达B在一四象限的情况。如当∠AOB大于时为负角度，由对偶关系仍可计算出与∠AOB为π-∠AOB时情况一样。当θ满足时盲区仍然无限大(其中)，因此在设计雷达位置时θ应当满足0≤θ＜θc。
更进一步地，根据周围实况以及信息控制对雷达系统盲区的要求做出相应评估，然后按照盲区评估要求将两个雷达角度设置到相应满足要求的角度，此时由计算结果可知此时盲区面积大幅减小并能够人为控制。图2和图3展示出两雷达角度变化带来的盲区面积变化实例。图4展示了不同桅杆参数以及雷达距离参数与盲区面积的关系，不同舰船可以根据实际使用需求调节雷达位置参数，兼顾空间利用和有效控制盲区面积。该方法可以极大地减小雷达盲区面积，其中当桅杆半径为1米，两个雷达半径均为3米时，雷达B方位角θ为0°时的盲区面积仅为θ为45°时的1/18。从图中也可以看出来随着雷达B的方位角θ减小，盲区面积迅速收敛，这正是本发明的优点所在。
根据舰船使用的实际情况，最优的雷达布置方案如下：
1、为了避免一个雷达落入另外一个雷达的波束范围内引起干扰，两雷达的安装位置要在垂直方向上错开一定距离，距离大小根据雷达垂直波束宽度确定，确保两雷达相互之间不会造成干扰；
2、雷达离桅杆圆心距离RA、RB应根据舰船实际需求和雷达天线长度进行设计，在保证(RA＞r,RB＞r)的情况下两雷达安装位置应尽量远离桅杆；
3、一般受安装位置影响，第一雷达和第二雷达相对桅杆截面圆心连线所成夹角的范围理论上为了使两雷达辐射盲区最小，两雷达在水平方向上应隔开180°，但在大角度下，盲区面积减少不明显。在实际使用时，雷达安装往往受限于其他条件因素，则应根据盲区大小和方向的实际技术要求和桅杆安装条件，按照所提供的理论计算方法得到最佳安装位置。
在本申请的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本申请和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本申请的限制。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。
Claims (8)
1.一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，其特征在于，包括：
坐标系建立步骤：以桅杆中心点为原点O，原点O指向第一雷达方向为Y轴正向，建立平面直角坐标系；
雷达第一位置参数计算步骤：输入第N舰船的舰船结构参数，其中N为正整数；根据舰船结构参数计算得到允许雷达安装的坐标范围集合AN并将AN记为第N舰船的雷达第一位置参数；
其中，重复执行所述雷达第一位置参数计算步骤，直至全部舰船的雷达第一位置参数均计算完成；
雷达第二位置参数计算步骤：输入第N舰船的桅杆半径r，并根据r计算雷达位置坐标与雷达盲区面积的关系；通过设定的雷达盲区技术要求得到满足要求的雷达坐标范围集合BN并将BN记为第N舰船的雷达第二位置参数；
其中，重复执行所述雷达第二位置参数计算步骤，直至全部舰船的雷达第二位置参数均计算完成；
雷达布置步骤：对于第N舰船，取AN和BN的交集CN，将雷达布置在集合CN包含的坐标范围内。
2.根据权利要求1所述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，其特征在于，所述雷达第二位置参数计算步骤仅考虑第二雷达位于第一象限和第四象限的情况。
3.根据权利要求2所述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，其特征在于，所述雷达第二位置参数计算步骤包括：
参数输入步骤：输入第N舰船的桅杆半径r，将第一雷达相对于原点的距离记为RA，第二雷达相对于原点的距离记为RB；以逆时针方向为正向，第二雷达与原点连线相对X轴正向的角度记为θ；
盲区面积计算步骤：根据输入参数计算盲区顶点C的坐标(XC，YC)，取C点到桅杆圆的两个切点D和E，并将∠DOE的大小记为ω，∠XOC的大小记为通过下式计算盲区面积S：
雷达坐标范围计算步骤：计算临界角度θC：
则BN满足：
4.根据权利要求1所述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，其特征在于，还包括：
技术要求更新步骤：当设定的雷达盲区技术要求发生变化时，根据更新后的技术要求重复雷达第二位置参数计算步骤和雷达布置步骤。
5.根据权利要求1所述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法，其特征在于，还包括：
方向角计算步骤：通过下式计算雷达盲区的方向角
屏蔽区域控制步骤：根据设定的雷达屏蔽区域方向角技术要求和雷达盲区的方向角公式计算得到满足雷达屏蔽区域方向角技术要求的雷达坐标范围集合PN，并取PN与CN的交集QN将雷达重新布置在集合QN包含的坐标范围内。
6.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至5中任一项所述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统布置方法的步骤。
7.一种适用于筒形桅杆舰船的雷达系统，其特征在于，包括舰船主体、桅杆、第一雷达以及第二雷达；
所述桅杆、第一雷达以及第二雷达均设置在舰船主体上；
所述桅杆能够屏蔽第一雷达和第二雷达发射的探测信号。
8.根据权利要求7所述的适用于筒形桅杆舰船的雷达系统，其特征在于，还包括雷达布置模块；
所述雷达布置模块内置有设定的一种或多种舰船的结构参数，能够根据输入的桅杆半径、雷达盲区技术要求以及雷达盲区方向角技术要求，得到适合安装雷达的坐标参数并安装第一雷达和第二雷达。
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Denomination of invention: Radar system and its arrangement method for cylindrical mast ships Effective date of registration: 20220624 Granted publication date: 20201218 Pledgee: China Minsheng Banking Corp Shanghai branch Pledgor: SHANGHAI YINGJUE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2022310000083 |
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Denomination of invention: Radar system and its layout method suitable for cylindrical mast ships Effective date of registration: 20230801 Granted publication date: 20201218 Pledgee: China Minsheng Banking Corp Shanghai branch Pledgor: SHANGHAI YINGJUE TECHNOLOGY CO.,LTD. Registration number: Y2023310000419 |