CN110412561B - 一种基于tas精跟波束的低空高速目标快速建航方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于TAS精跟波束的低空高速目标快速建航方法，主要适用于旋转相控阵雷达对运动目标的快速建航，特别适合于对低空掠海飞行高速目标的快速建航，传统的建航方法中雷达对目标的采样周期与雷达的旋转周期相同，搜索建航时，一般需要经过6～7个旋转周期，耗时较长，难以满足对超高速目标的快速建航需求，本发明充分利用相控阵雷达的二维相扫特点，通过对紧急任务快速响应，在一个天线周期内对目标多次采样，实现目标1个周期内快速建航。

Description

一种基于TAS精跟波束的低空高速目标快速建航方法

技术领域

本发明属于舰载旋转相控阵雷达领域。

背景技术

舰载警戒雷达对来袭目标的快速建航稳定跟踪(航迹质量达到7)，对于武器系统及时准确拦截具有重要的意义，传统的对目标建航的方法是：当雷达天线扫过目标时，对接收的回波进行过门限检测和判断，当发现有过门限的目标点时，进行记录和保存。当雷达天线第二次旋转扫过目标方位时，在上次过门限目标点附近的一定空域范围内，再次对接收到的回波进行过门限检测和判断，若在设定的空域范围内又出现了过门限的点，则对两次出现的点进行关联处理，形成初始航迹。并根据两次检测点的位置信息，进行目标运动速度、方向的计算，推测出下一次目标可能出现的位置。当雷达天线第三次旋转扫过目标可能出现的位置时，再对接收到的回波进行过门限检测和判断，若发现有过门限的点，且与初始航迹的推测点进行比较，如果在推测点的附近，则建立一个真实的航迹。因此传统的旋转雷达建立一个目标真实的航迹一般需要3～4个天线周期。由于雷达旋转一般由机械驱动，且需要进行不同距离段目标的探测，旋转周期一般不会太短，因此建立一个目标真实航迹需要时间在几秒至十多秒。对于超高速运动的目标，这个建航时间内目标已运行了较大的距离，不利于对目标的快速拦截。

旋转相控阵雷达天线在方位上进行360°机械旋转的同时，能够在计算机的控制下，波束在微秒量级上进行方位和仰角上的波束捷变扫描。

本发明利用旋转相控阵雷达波束二维电扫能力，提出了一种利用TAS精跟波束对目标快速建航的方法，相比较于传统雷达需要6-7个天线周期建立航迹，本发明实现1个天线周期内对目标建立航迹。

发明内容

针对上述现有技术中存在的技术问题，本发明提出了一种基于TAS精跟波束的高速目标快速建航方法。在雷达搜索过程中，当发现运动目标时，通过提出“快速起始任务”命令下达、申请和对“快速起始任务”的调度、执行、处理来实现。操作员在显控台上发现疑似目标，通过鼠标在显空台上单击，录取出可疑点的方位和距离，并将此信息通过网络发送给数据处理，数据处理分配批号后，在此录取点的周围，按照事先设定的波门大小进行选点，若选到点则将此点作为航迹的首点，并按照一个波门给资源调度提“快速建航”请求，资源调度收到请求后，将任务安排在当前调度间隔的最前面，然后发给波控，任务执行后若回波有点则对回波的点进行关联处理，并立刻再次提出“快速建航”请求，再次进行扫描和回波检测，建立一个真实的目标航迹。如此反复，直到航迹质量达到设定的要求，完成对目标的建航。

本发明提出的基于TAS精跟波束的高速目标快速建航方法，包含“快速起始任务”命令的下达、“快速起始任务”的申请、“快速起始任务”的调度、“快速起始任务”的执行和“快速起始任务”的处理5个步骤来实现：

步骤1：“快速起始任务”的命令下达：在显控台上选择快速起始按钮有效，发现可疑目标后，在一次回波上利用鼠标录取出可疑目标的方位和距离，并将包含可疑目标方位和距离信息的快速起始命令发送给数据处理；

步骤2：“快速起始任务”的申请：数据处理收到命令后分配目标批号，并在雷达回波的点迹库利用最邻近法则与快速起始命令的位置信息进行关联，将关联到的点作为航迹的首点，向资源调度提出快速起始任务申请，任务请求包括以下参数：目标的方位、仰角、距离、批号、波门大小、任务类型、跟踪数据率、任务执行时刻；

步骤3：“快速起始任务”的调度：资源调度收到请求后根据任务类型将快速起始任务请求加入到紧急TAS精跟任务队列，在每个调度间隔任务编排时遍历紧急任务队列的每个任务，根据调度准则决定任务是否在本间隔内执行，如果执行则从紧急TAS精跟任务队列中取出该任务，编排在调度间隔的任务执行队列前面；

步骤4：“快速起始任务”的执行：根据任务请求的参数，根据相应的策略选择快速起始任务TAS精跟波束的执行参数，波束的执行参数包括：目标批号、频点、脉冲数、波束数、和差波束类型、波束方位指向、波束仰角指向，并将任务执行队列发送给波控，波控依次发射任务执行队列的每个任务；

步骤5：“快速起始任务”的处理：数据处理收到快速起始任务TAS精跟波束的回波，取出波门内经过信号处理和检测后的点迹，根据批号对航迹进行滤波更新，将航迹质量加1，对目标的位置进行预测，计算跟踪波门，形成快速起始任务请求，并将任务请求发送给资源调度；

重复步骤3～5，直到航迹质量到达7，完成对目标的快速起始。

本发明提出的方法具有实现简单，建航稳定，建航成功率高的特点，传统的雷达建航需要6-7个天线周期，才能到达航迹质量7，本发明快速建航方法经过充分的实验验证，在一个天线周期内至少能达到航迹质量4，两个天线周期内实现航迹质量7，本发明比传统的建航时间缩短60％以上。

附图说明

图1是一种基于TAS精跟波束的低空高速目标快速建航方法流程图。

具体实施方式

本发明采用基于TAS精跟波束的方法应用于低空高速目标的快速建航，以下以一个距离 30Km、方位90度、速度800米/秒，航向为径向飞向雷达的目标的快速建航来详细介绍实施方式，如附图1所示：

1、操作员在显控台上选择快速起始按钮有效，在雷达的视频回波的画面上发现该目标的回波后，利用鼠标在屏幕上单击录取该目标的方位和距离，由于存在录取误差，假如录取值为距离31Km，方位89度，并将包含录取目标的方位和距离信息的快速起始命令发送给数据处理；

2、数据处理收到命令后，在雷达回波的点迹库中利用最邻近法则与快速起始命令的位置信息在波门(波门的大小为方位5度，距离5km)内进行关联，将关联到的点(方位90.5度，距离29.5Km，仰角20度)作为航迹的首点，分配目标的批号1，向资源调度提出快速起始任务请求，任务请求包括以下参数：目标的批号、方位、仰角、距离、波门大小、任务类型、跟踪数据率、任务执行时刻，快速起始的波门计算如下：

目标本次的滤波点为记为(x_k，y_k，z_k)，目标下一个时刻的坐标外推值记为(x_k+1，y_k+1，z_k+1)，外推的新息记为(σ_x，σ_y，σ_z)，目标发生机动，根据牛顿运动方程

s＝v₀t+0.5at²

由于目标发生机动的方向未知，则目标会落在中心为(x_k+1，y_k+1，z_k+1)，长宽高为：(-σ_x-0.5at²，σ_x+0.5at²)，(-σ_y-0.5at²，σ_y+0.5at²)，(-σ_z-0.5at²，σ_z+0.5at²)的空间长方体块中；将目标可能的最大速度(V_x，V_y，V_z)，可能的最大加速(a_x，a_y，a_z)，以及调度间隔t₀代入计算波门的范围为：

[-σ_x-V_xt₀-0.5a_xt₀ ²，σ_x+V_xt₀+0.5a_xt₀ ²]；

[-σ_y-V_yt₀-0.5a_yt₀ ²，σ_y+V_yt₀+0.5a_yt₀ ²]；

[-σ_z-V_zt₀-0.5azt₀ ²，σ_z+V_zt₀+0.5a_zt₀ ²]；

其中a为目标的加速度，s为目标的位置，v₀为目标的初速度，t₀为调度间隔。将a＝10g，σ_x＝σ_y＝σ_z＝50米，V_x＝V_y＝V_z＝800米/秒，a_x＝a_y＝a_z＝10g，g是重力加速度，则波门大小计算为x：[-130.05，130.05]，y：[-130.05，130.05]，z：[-130.05，130.05]。

3、资源调度收到请求后根据任务类型将快速起始请求加入到紧急任务队列，将重点目标的精跟请求加入到普通任务队列；

4、资源调度在每个调度间隔进行任务编排时，将上个调度间隔的延迟队列的任务加入到紧急队列中，遍历紧急任务队列和普通任务队列的每个任务，判断任务是否能够在本间隔内能够执行，如果不能执行则加入到延迟队列中，如果能执行则从紧急队列中取出该任务，编排在调度间隔的任务执行队列的前面，紧急队列的任务是否能够在本间隔内执行的判断准则为：相控阵天线的相扫范围为±a度，天线当前的伺服方位为b度，目标的位置在c度，在每个调度间隔进行任务编排时，读取当前的伺服方位b，若满足|b-c|<a，则天线的电子波束能够照射到目标，该紧急任务能够在本调度间隔执行，假定相控阵天线的相扫范围为±30度，天线当前的伺服方位为10度，目标的位置在22度，在每个调度间隔进行任务编排时，读取当前的伺服方位(10°)，若满足以下关系式：|10-22|<30，该紧急任务能够在本调度间隔执行。

5、选择每个任务的执行参数，任务执行参数包括：目标批号、频点、脉冲数、波束数、和差波束类型、波束方位指向、波束仰角指向，并将任务执行队列发送给波控执行，资源调度任务执行参数选择策略为：

a：目标仰角在大地坐标系0°及以下受到多径效应影响，和差波束误差大，选择和波束测角，0°以上选择和差波束测角；

b：基于雷达对典型目标RCS的威力，根据目标的距离选择脉冲波束数，远距离的目标由于回波弱，信噪比低，选择多脉冲相参积累来提高目标的检测概率；

c：根据波门大小确定脉组数，假设波门的切向的长度为d，目标的距离为x，则波门角宽度为α＝360/π*asin(d/x)，设波束宽度为θ，如果θ>α选择单波束，如果θ<α则选择 (α/θ+1)的整数部分作为波束数来覆盖波门，如果波门的宽度为α＝3.6，度波束宽度θ＝2度，则需要3.6/2+1＝2.8，整数部分是2，即需要2个波束来覆盖目标。

6、数据处理收到快速起始任务TAS精跟波束的回波，取出波门内经过信号处理和检测后的点迹，根据批号对航迹进行滤波更新，将航迹质量加1，对目标的位置进行预测，计算跟踪波门，形成快速起始任务请求，并将任务请求发送给资源调度；

重复步骤3～6，直到航迹质量到达7，完成对目标的快速起始。

Claims (3)

1.一种基于TAS精跟波束的低空高速目标快速建航方法，其特征在于：包含“快速起始任务”命令的下达、“快速起始任务”的申请、“快速起始任务”的调度、“快速起始任务”的执行和“快速起始任务”的处理5个步骤来实现：

步骤1：“快速起始任务”的命令下达：在显控台上选择快速起始按钮有效，发现可疑目标后，在一次回波上利用鼠标录取出可疑目标的方位和距离，并将包含可疑目标方位和距离信息的快速起始命令发送给数据处理；

步骤2：“快速起始任务”的申请：数据处理收到命令后分配目标批号，并在雷达回波的点迹库利用最邻近法则与快速起始命令的位置信息进行关联，将关联到的点作为航迹的首点，向资源调度提出快速起始任务申请，任务请求包括以下参数：目标的方位、仰角、距离、批号、波门大小、任务类型、跟踪数据率、任务执行时刻；

步骤3：“快速起始任务”的调度：资源调度收到请求后根据任务类型将快速起始任务请求加入到紧急TAS精跟任务队列，在每个调度间隔任务编排时遍历紧急任务队列的每个任务，根据调度准则决定任务是否在本间隔内执行，如果执行则从紧急TAS精跟任务队列中取出该任务，编排在调度间隔的任务执行队列前面；

步骤4：“快速起始任务”的执行：根据任务请求的参数，根据相应的策略选择快速起始任务TAS精跟波束的执行参数，波束的执行参数包括：目标批号、频点、脉冲数、波束数、和差波束类型、波束方位指向、波束仰角指向，并将任务执行队列发送给波控，波控依次发射任务执行队列的每个任务；

步骤5：“快速起始任务”的处理：数据处理收到快速起始任务TAS精跟波束的回波，取出波门内经过信号处理和检测后的点迹，根据批号对航迹进行滤波更新，将航迹质量加1，对目标的位置进行预测，计算跟踪波门，形成快速起始任务请求，并将任务请求发送给资源调度；重复步骤3～5，直到航迹质量到达7，完成对目标的快速起始；

所述快速起始的波门计算如下：目标本次的滤波点为记为(x_k,y_k,z_k)，目标下一个时刻的坐标外推值记为(x_k+1，y_k+1，z_k+1),外推的新息记为(σ_x,σ_y,σ_z)，目标发生机动，根据牛顿运动方程：

s＝v₀t+0.5at²；

由于目标发生机动的方向未知，则目标会落在中心为(x_k+1,y_k+1,z_k+1)，长宽高为(-σ_x-0.5at²,σ_x+0.5at²),(-σ_y-0.5at²,σ_y+0.5at²),(-σ_z-0.5at²,σ_z+0.5at²)的空间长方体块中；将目标可能的最大速度(V_x,V_y,V_z)，可能的最大加速(a_x,a_y,a_z)，以及调度间隔t₀代入计算，则波门的范围为：

[-σ_x-V_xt₀-0.5a_xt₀ ²,σ_x+V_xt₀+0.5a_xt₀ ²]；

[-σ_y-V_yt₀-0.5a_yt₀ ²,σ_y+V_yt₀+0.5a_yt₀ ²]；

[-σ_z-V_zt₀-0.5a_zt₀ ²,σ_z+V_zt₀+0.5a_zt₀ ²]；

其中a为目标的加速度，s为目标的位置，v₀为目标的初速度，t₀为调度间隔。

2.根据权利要求1所述的基于TAS精跟波束的低空高速目标快速建航方法，其特征在于：步骤3紧急队列的任务是否能够在本间隔内执行的判断准则为：假定相控阵天线的相扫范围为±a度，天线当前的伺服方位为b度，目标的位置在c度，在每个调度间隔进行任务编排时，读取当前的伺服方位b，若满足|b-c|＜a，则天线的电子波束能够照射到目标，该紧急任务能够在本调度间隔执行。

3.根据权利要求1所述的基于TAS精跟波束的低空高速目标快速建航方法，其特征在于：所述步骤4中资源调度任务执行参数选择策略为：

a：目标仰角在大地坐标系0°及以下受到多径效应影响，和差波束误差大，选择和波束测角，0°以上选择和差波束测角；

b：基于雷达对典型目标RCS的威力，根据目标的距离选择脉冲波束数，远距离的目标由于回波弱，信噪比低，选择多脉冲相参积累来提高目标的检测概率；

c：根据波门大小确定脉组数，假设波门的切向的长度为d，目标的距离为x，则波门角宽度为α＝360/π*asin(d/x)，设波束宽度为θ，如果θ＞α选择单波束，如果θ＜α则选择(α/θ+1)的整数部分作为波束数来覆盖波门。

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