CN110161492A - 舰船航向航速提取方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及精确制导技术领域,公开了一种舰船航向航速提取方法。其中,该方法包括:基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β,两个雷达包括第一雷达和第二雷达;基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0;计算航速预估值和航向预估值φ0点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0;基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ。由此,可以实现舰船目标航向、航速的快速准确提取。
Description
技术领域
本发明涉及精确制导技术领域,尤其涉及一种舰船航向航速提取方法。
背景技术
对海作战环境下,航向、航速是舰船目标的重要特征,快速准确的目标航向、航速特征提取对舰船编队识别、战场态势构建等具有重要的意义。传统基于目标的位置及其变化信息的航向、航速舰船目标特征提取,受雷达测量精度特别是测角精度影响较大,而且往往需要相对较长的时间进行滤波来提高精度,在现代反舰导弹对海作战中的应用受到限制。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术不足,提供了一种舰船航向航速提取方法,能够解决现有技术中精度低且时间长的问题。
本发明的技术解决方案:一种舰船航向航速提取方法,其中,该方法包括:
基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β,两个雷达包括第一雷达和第二雷达;
基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0;
计算航速预估值和航向预估值φ0点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0;
基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ。
优选地,通过下式基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β:
优选地,通过下式中的任意两个方程基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0:
其中,fd1、λ1分别为所述第一雷达测得的多普勒频率和工作波长,fd2、λ2分别为第二雷达测得的多普勒频率和工作波长,fd12、λ12分别为测得的双基地多普勒频率和双基地雷达工作波长。
优选地,通过下式计算航速预估值和航向预估值φ0点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0:
优选地,通过下式基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ:
其中,F为测得的多普勒频率向量且F=(fd1,fd2,fd12)T,N为雷达多普勒测量误差协方差矩阵。
通过上述技术方案,可以根据双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离和雷达之间的距离计算双基地角,进而可以根据两个雷达的工作波长及雷达测得的多普勒频率以及计算得到的双基地角得到航速vg、航向φ的预估值φ0,从而可以计算得到航速和航向预估值点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0,最终可以基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算得到航速真实值vg和航向真实值φ。由此,可以实现舰船目标航向、航速的快速准确提取。
附图说明
所包括的附图用来提供对本发明实施例的进一步的理解,其构成了说明书的一部分,用于例示本发明的实施例,并与文字描述一起来阐释本发明的原理。显而易见地,下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例,对于本领域普通技术人员来讲,在不付出创造性劳动的前提下,还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的一种舰船航向航速提取方法的流程图;
图2为本发明实施例中双基地雷达位置关系示意图。
具体实施方式
下面将结合附图对本发明的具体实施例进行详细说明。在下面的描述中,出于解释而非限制性的目的,阐述了具体细节,以帮助全面地理解本发明。然而,对本领域技术人员来说显而易见的是,也可以在脱离了这些具体细节的其它实施例中实践本发明。
在此需要说明的是,为了避免因不必要的细节而模糊了本发明,在附图中仅仅示出了与根据本发明的方案密切相关的设备结构和/或处理步骤,而省略了与本发明关系不大的其他细节。
图1为本发明实施例提供的一种舰船航向航速提取方法的流程图。
在本发明一种实施例中,可以通过双基地分布式的两部雷达测量的关于舰船目标距离及多普勒信息解算出舰船目标的航向、航速信息。两部雷达双基地分布可以如图2所示。
图2为本发明实施例中双基地雷达位置关系示意图。
如图2所示,可以假设第一雷达(如图2中Tx)和第二雷达2(如图2中Rx)到舰船目标(如图2所示Tgt)的距离分别为RT和RR,而两雷达之间距离即双基地基线为L,则关于舰船目标的双基地角可以为若舰船目标的航速为vg、航向(航向角)为φ,则有:
其中:fd1、λ1分别为第一雷达测量的多普勒频率和工作波长;fd2、λ2分别为第二雷达测量的多普勒频率和工作波长;fd12、λ12分别为测得的双基地多普勒频率和工作波长;εk,k=1,2,3分别为多普勒测量误差。
此外,图2中的θT和θR均为北向夹角。
根据上述雷达测量的多普勒信息并利用最小二乘法可实现对舰船目标的航向、航速信息的快速准确提取。
下面将结合图1具体描述本发明实施例提供的一种舰船目标的航向、航速信息提取方法。
如图1所示,本发明实施例提供了一种舰船航向航速提取方法,其中,该方法可以包括:
S100,基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β,两个雷达包括第一雷达和第二雷达;
也就是,可以根据两部雷达测量的舰船目标距离和基线长度,即RT、RR及L计算双基地角β。
S102,基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0;
其中,两个雷达测得的多普勒频率例如可以表示为:
F=(fd1,fd2,fd12)T, (2)
S104,计算航速预估值和航向预估值φ0点处(即,处)的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0;
S106,基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ。
举例来讲,可以根据泰勒公式并利用最小二乘方法基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算舰船目标的航速真实值vg和航向真实值φ。
通过上述技术方案,可以根据双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离和雷达之间的距离计算双基地角,进而可以根据两个雷达的工作波长及雷达测得的多普勒频率以及计算得到的双基地角得到航速vg、航向φ的预估值φ0,从而可以计算得到航速和航向预估值点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0,最终可以基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算得到航速真实值vg和航向真实值φ。由此,可以实现舰船目标航向、航速的快速准确提取。
根据本发明一种实施例,可以通过下式基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β:
根据本发明一种实施例,可以通过下式中的任意两个方程基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0:
其中,fd1、λ1分别为所述第一雷达测得的多普勒频率和工作波长,fd2、λ2分别为第二雷达测得的多普勒频率和工作波长,fd12、λ12分别为测得的双基地多普勒频率和双基地雷达工作波长。
也就是,可以根据式(4)中的任意两个方程求解航速预估值和航向预估值φ0。通过式(4)得到的预估值是方程解出来的近似预估值。
根据本发明一种实施例,通过下式计算航速预估值和航向预估值φ0点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0:
同理,通过式(6)得到的多普勒频率预估值是方程解出来的近似预估值。
根据本发明一种实施例,可以通过下式基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ:
其中,F为测得的多普勒频率向量且F=(fd1,fd2,fd12)T,N为雷达多普勒测量误差协方差矩阵。
举例来讲,雷达多普勒测量误差协方差矩阵N可以根据雷达统计结果预先确定。
下面结合实例对本发明实施例所述的方法进行描述。
在本实例中,描述了如何运用本发明上述实施例所述的方法通过对舰船目标的多普勒测量来提取舰船目标的航向、航速信息。
假设两个雷达到目标(例如,舰船)的距离分别为RT=10km和RR=10km,而两雷达之间距离即基线长度L=6km,则通过式(3)得到相应的双基地角假设舰船目标的航向、航速分别为vg=30m/s、φ=π/3=60°,若两个雷达工作频率均为f=5GHz,则相应的目标真实的多普勒频率(即,不存在误差的时候,对应于式(1)中的ε1、ε2和ε3均为0的情况)为:
假设雷达多普勒频率测量误差协方差矩阵为:
而由于雷达多普勒测量误差导致雷达测得的多普勒频率(即,存在误差的情况)为:
利用数值法解非线性方程组(即,解式(4)中任意两个方程):
求解得到航速真实值vg和航向真实值φ的预估值φ0=58.87°。
然后,计算在处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0:
最后,根据泰勒公式并利用最小二乘方法可以计算得到解舰船目标的航速真实值、航向真实值:
由此可见,利用本发明实施例所述的方法,可以实现舰船目标航向、航速的快速准确提取。
如上针对一种实施例描述和/或示出的特征可以以相同或类似的方式在一个或更多个其它实施例中使用,和/或与其它实施例中的特征相结合或替代其它实施例中的特征使用。
应该强调,术语“包括/包含”在本文使用时指特征、整件、步骤或组件的存在,但并不排除一个或更多个其它特征、整件、步骤、组件或其组合的存在或附加。
本发明以上的方法可以由硬件实现,也可以由硬件结合软件实现。本发明涉及这样的计算机可读程序,当该程序被逻辑部件所执行时,能够使该逻辑部件实现上文所述的装置或构成部件,或使该逻辑部件实现上文所述的各种方法或步骤。本发明还涉及用于存储以上程序的存储介质,如硬盘、磁盘、光盘、DVD、flash存储器等。
这些实施例的许多特征和优点根据该详细描述是清楚的,因此所附权利要求旨在覆盖这些实施例的落入其真实精神和范围内的所有这些特征和优点。此外,由于本领域的技术人员容易想到很多修改和改变,因此不是要将本发明的实施例限于所例示和描述的精确结构和操作,而是可以涵盖落入其范围内的所有合适修改和等同物。
本发明未详细说明部分为本领域技术人员公知技术。
Claims (5)
1.一种舰船航向航速提取方法,其特征在于,该方法包括:
基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β,两个雷达包括第一雷达和第二雷达;
基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0;
计算航速预估值和航向预估值φ0点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0;
基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ。
2.根据权利要求1所述的方法,其特征在于,通过下式基于双基地分布的两个雷达分别距舰船的距离RT、RR和两个雷达之间的距离L计算双基地角β:
3.根据权利要求2所述的方法,其特征在于,通过下式中的任意两个方程基于两个雷达的工作波长和测得的多普勒频率以及双基地角β计算航速预估值和航向预估值φ0:
其中,fd1、λ1分别为所述第一雷达测得的多普勒频率和工作波长,fd2、λ2分别为第二雷达测得的多普勒频率和工作波长,fd12、λ12分别为测得的双基地多普勒频率和双基地雷达工作波长。
4.根据权利要求3所述的方法,其特征在于,通过下式计算航速预估值和航向预估值φ0点处的雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0:
5.根据权利要求4所述的方法,其特征在于,通过下式基于雅可比矩阵G和多普勒频率预估值向量F0计算航速真实值vg和航向真实值φ:
其中,F为测得的多普勒频率向量且F=(fd1,fd2,fd12)T,N为雷达多普勒测量误差协方差矩阵。
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