CN110346789A - 一种多面阵雷达系统及数据融合处理方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种多面阵雷达系统及数据融合处理方法，能够实现无人机目标的探测及其位置参数和运动参数的测量，且提高数据率。该系统的天线阵面主要由三坐标面阵和二坐标面阵放置于同一伺服座体上异构组成；所述三坐标面阵采用俯仰单波束发射和多波束接收体制，用于测量目标的距离、俯仰角、方位角及速度四参数，所述二坐标面阵采用方位角单脉冲测量体制，用于测量目标的距离、方位角及速度三参数。

Description

一种多面阵雷达系统及数据融合处理方法

技术领域

本发明属于雷达信号处理技术领域，具体涉及一种多面阵雷达系统及数据融合处理方法。

背景技术

随着无人机技术的发展，低成本和易获取性使无人机设备的应用得到普及，并且新的应用领域正不断扩展，例如侦察和监视、环境监测、救灾、航空摄影等。其中，侦察和监视是无人机应用最多的领域，为政府和军队提供了巨大的帮助。然而，非法侦察和监控、“黑飞”等相关事件的频繁发生，表明无人机对社会公众安全的威胁不断增大。雷达设备对目标的探测距离远，性能稳定，利用雷达探测无人机是防御无人机威胁的重要手段，具有重要意义。

目前，无人机探测雷达通常采用相控与机扫相结合的体制，方位维采用机扫模式监视全方位空域，俯仰维采用相扫体制覆盖一定的俯仰范围。为了提高小目标的检测性能和速度分辨能力，在扫描过程中，通常增加发射天线波束宽度内雷达对目标的照射时间以提高目标的积累能量，因而天线扫描的旋转速度一般较低，导致雷达数据率有限，不利于探测和跟踪高机动无人机目标。无人机探测雷达另一种常采用的体制为全相控阵体制，但单面阵的探测空域有限，且成本高昂。因此，需要发明一种数据率高且成本较低的无人机探测雷达。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种多面阵雷达系统及数据融合处理方法，能够实现无人机目标的探测及其位置参数和运动参数的测量，且提高数据率。

实现本发明的技术方案为

一种多面阵雷达系统，该系统的天线阵面主要由三坐标面阵和二坐标面阵放置于同一伺服座体上异构组成；所述三坐标面阵采用俯仰单波束发射和多波束接收体制，用于测量目标的距离、俯仰角、方位角及速度四参数，所述二坐标面阵采用方位角单脉冲测量体制，用于测量目标的距离、方位角及速度三参数。

一种针对多面阵雷达系统的数据融合处理方法，包括航迹起始及点航互联，

所述航迹起始包括：当第1点迹或/与第2点迹为三参数时，按照三参数门限做关联处理，生成三参数临时航迹；若第1、2点迹中有一个为四参数时，将四参数点迹俯仰角测量值赋给三参数点迹，生成四参数临时航迹；当第1点迹和第2点迹为四参数时，按照四参数门限做关联处理，生成四参数临时航迹。

所述点航互联包括：当航迹为三参数，当前点迹为四参数时，按照三参数门限做关联处理，将三参数航迹俯仰角设置为四参数点迹俯仰角，生成四参数稳定航迹；当航迹为四参数，当前点迹为三参数时，按照三参数门限做关联处理，将四参数航迹俯仰角预测值赋给三参数点迹，生成四参数稳定航迹。

进一步地，本发明所述数据融合处理方法还包括航迹滤波、预测，具体为：

点航互联成功后，采用卡尔曼滤波器进行航迹滤波，并在下一次点航互联成功前进行航迹预测。

进一步地，本发明所述点航互联还包括：当航迹为三参数，当前点迹为三参数时，按照三参数门限做关联处理，维持三参数稳定航迹；当航迹为四参数，当前点迹为四参数时，按照四参数门限做关联处理，维持四参数稳定航迹。

进一步地，本发明所述数据融合处理方法还包括航迹消亡，具体为：

定义伺服每旋转一周，单个面阵就对目标实现一次检测，

①当临时航迹连续N₁次未检测到关联点迹则该临时航迹消亡。

②当稳定航迹连续N₂次未检测到关联点迹则该稳定航迹消亡。

与现有技术相比，本发明具有的优点如下：

1.本雷达系统采用传统机扫模式，但通过三坐标面阵和二坐标面阵异构组成多面阵方式，提高数据率，且不显著增加成本。

2.本雷达系统各面阵可分别使用不同频段信号，利用雷达频率分集特性，能够增强雷达探测性能。

3.本雷达系统通过对各面阵测量数据的融合处理，提高测角精度，从而提升目标跟踪性能。

附图说明

图1为本发明的多面阵系统信号处理流程示意图；

图2为本发明的航迹起始处理流程示意图；

图3为本发明的点航关联与航迹维持处理流程示意图。

具体实施方式

为了更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图及具体实施例对本发明做进一步详细描述。所描述实施例仅为本发明一个实施例，而不是全部的实施例。

本发明实施例提供一种多面阵雷达系统，该系统的天线阵面主要由三坐标面阵和二坐标面阵异构组成多面阵系统，多个面阵放置于同一伺服座体上，并以机扫模式覆盖方位维空域；各个面阵具备独立进行目标探测与参数测量的能力，能分别作为一个雷达使用。各面阵具有不同的测量属性，其中三坐标面阵采用俯仰单波束发射和多波束接收体制，测量目标的距离、俯仰角、方位角及速度四参数；二坐标面阵采用方位角单脉冲测量体制，测量目标距离、方位角及速度三参数。雷达系统同时利用多面阵的测量点迹进行数据融合处理，在考虑各面阵量测信息维度不一致性的基础上，结合雷达数据处理的数据关联规则和跟踪方法，得到目标的跟踪航迹。

针对上述多面阵雷达系统的数据融合处理方法，如图1所示，包括航迹起始、点航互联、航迹滤波、预测及航迹消亡。

步骤1：航迹起始

以不同参数维度的点迹进行航迹起始时包含以下情况，如图2所示，

①第1点迹为三参数，第2点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，生成三参数临时航迹。

②第1点迹为三参数，第2点迹为四参数：按照三参数门限做关联处理，生成四参数临时航迹，临时航迹的俯仰角设置为四参数点迹的俯仰角。

③第1点迹为四参数，第2点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，并将四参数点迹俯仰角测量值赋给三参数点迹，生成四参数临时航迹。

④第1点迹为四参数，第2点迹为四参数：按照四参数门限做关联处理，生成四参数临时航迹。

步骤2：点航互联

以不同参数维度的点迹和航迹互联时包含以下情况，如图3所示，

①航迹为三参数，当前点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，维持三参数稳定航迹。

②航迹为三参数，当前点迹为四参数：按照三参数门限做关联处理，俯仰角不参与门限判别；将三参数航迹俯仰角设置为四参数点迹俯仰角，生成四参数稳定航迹。

③航迹为四参数，当前点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，将四参数航迹俯仰角预测值赋给三参数点迹，航迹维持四参数稳定航迹。

④航迹为四参数，当前点迹为四参数：按照四参数门限做关联处理，维持四参数稳定航迹。

步骤3：航迹滤波、预测

点航互联成功后，采用卡尔曼滤波器进行航迹滤波，并在下一次点航互联成功前进行航迹预测。

步骤4：航迹消亡

雷达系统定义伺服每旋转一周，单个面阵就对目标实现一次检测。航迹消亡的具体方法为：

①当临时航迹连续N₁次未检测到关联点迹则该临时航迹消亡。

②当稳定航迹连续N₂次未检测到关联点迹则该稳定航迹消亡。

本发明的又一实施例中，雷达系统为两面阵雷达系统，由一个三坐标面阵和一个二坐标面阵异构而成，分别工作在X波段和C波段，两阵面以“背靠背”形式放置于伺服座体上，在方位维随伺服旋转扫描并探测全方位空域内的运动目标，其俯仰维覆盖范围为六十度。三坐标面阵采用俯仰单波束发射和多波束接收相控阵体制，测量目标的距离、俯仰角、方位角及速度四参数；二坐标面阵采用方位角单脉冲测量体制，测量目标距离、方位角及速度三参数。当伺服旋转扫描一周，各个面阵分别完成一次目标探测，由于两阵面交替照射并检测目标，数据率提高一倍。系统利用两个面阵的点迹进行数据融合处理得到目标跟踪航迹，具体步骤如下：

步骤1：航迹起始

以不同参数维度的点迹进行航迹起始时包含以下情况，

①在连续两个天线扫描周期内，二坐标面阵连续检测到目标，三坐标面阵未检测到目标时，目标的第1点迹为三参数，第2点迹也为三参数：按照三参数门限做关联处理，生成三参数临时航迹。

②在一个天线扫描周期内，二坐标面阵先检测到目标，接着三坐标面阵检测到目标，则目标的第1点迹为三参数，第2点迹为四参数：按照三参数门限做关联处理，生成四参数临时航迹，临时航迹的俯仰角设为四参数点迹的俯仰角。

③在一个天线扫描周期内，三坐标面阵先检测到目标，接着二坐标面阵检测到目标，则目标的第1点迹为四参数，第2点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，并将四参数点迹俯仰角测量值赋值给三参数点迹，生成四参数临时航迹。

④在连续两个天线扫描周期内，三坐标面阵连续检测到目标，二坐标面阵未检测到目标时，目标的第1点迹为四参数，第2点迹也为四参数：按照四参数门限做关联处理，生成四参数临时航迹。

步骤2：点航互联

以不同参数维度的点迹和航迹互联时包含以下情况，

①航迹为三参数航迹，当前点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，维持三参数稳定航迹。

②航迹为三参数航迹，当前点迹为四参数：按照三参数门限做关联处理，俯仰角不参与门限判别；若关联成功，将三参数航迹俯仰角设置为四参数点迹俯仰角，生成四参数稳定航迹。

③航迹为四参数航迹，当前点迹为三参数：按照三参数门限做关联处理，若关联成功，将四参数航迹俯仰角预测值赋给三参数点迹，航迹维持四参数稳定航迹。

④航迹为四参数航迹，当前点迹为四参数：按照四参数门限做关联处理，维持四参数稳定航迹。

步骤3：航迹滤波、预测

点航互联成功后，采用卡尔曼滤波器进行航迹滤波，并在下一次点航互联成功前进行航迹预测。

步骤4：航迹消亡

①当临时航迹连续N₁＝2次未检测到关联点迹则该临时航迹消亡。

②当稳定航迹连续N₂＝6次未检测到关联点迹则该稳定航迹消亡。

综上所述，以上仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (5)

1.一种多面阵雷达系统，其特征在于，该系统的天线阵面主要由三坐标面阵和二坐标面阵放置于同一伺服座体上异构组成；所述三坐标面阵采用俯仰单波束发射和多波束接收体制，用于测量目标的距离、俯仰角、方位角及速度四参数，所述二坐标面阵采用方位角单脉冲测量体制，用于测量目标的距离、方位角及速度三参数。

2.一种针对多面阵雷达系统的数据融合处理方法，其特征在于，包括航迹起始及点航互联，

所述航迹起始包括：当第1点迹或/与第2点迹为三参数时，按照三参数门限做关联处理，生成三参数临时航迹；若第1、2点迹中有一个为四参数时，将四参数点迹俯仰角测量值赋给三参数点迹，生成四参数临时航迹；当第1点迹和第2点迹为四参数时，按照四参数门限做关联处理，生成四参数临时航迹。

所述点航互联包括：当航迹为三参数，当前点迹为四参数时，按照三参数门限做关联处理，将三参数航迹俯仰角设置为四参数点迹俯仰角，生成四参数稳定航迹；当航迹为四参数，当前点迹为三参数时，按照三参数门限做关联处理，将四参数航迹俯仰角预测值赋给三参数点迹，生成四参数稳定航迹。

3.根据权利要求2所述针对多面阵雷达系统的数据融合处理方法，其特征在于，所述数据融合处理方法还包括航迹滤波、预测，具体为：

点航互联成功后，采用卡尔曼滤波器进行航迹滤波，并在下一次点航互联成功前进行航迹预测。

4.根据权利要求2所述针对多面阵雷达系统的数据融合处理方法，其特征在于，所述点航互联还包括：当航迹为三参数，当前点迹为三参数时，按照三参数门限做关联处理，维持三参数稳定航迹；当航迹为四参数，当前点迹为四参数时，按照四参数门限做关联处理，维持四参数稳定航迹。

5.根据权利要求4所述针对多面阵雷达系统的数据融合处理方法，其特征在于，所述数据融合处理方法还包括航迹消亡，具体为：

定义伺服每旋转一周，单个面阵就对目标实现一次检测，

①当临时航迹连续N₁次未检测到关联点迹则该临时航迹消亡。

②当稳定航迹连续N₂次未检测到关联点迹则该稳定航迹消亡。