CN111458710B - 一种无人机载雷达导引头回波分布采集系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种无人机载雷达导引头回波分布采集系统及方法，用于解决现有方法存在地面架设受通视关系限制、地面试验难以反映具有一定下视角的目标区反射特性、搜单圈一次搜索数据量小偶然性大、人工判读工作量大易出错等问题。试验结果表明，采用本发明通过无人机飞行高度可避免地貌起伏造成通视遮挡；满足以真实下视角检测目标的条件，避免地貌反射特性随着下视角急剧变化对试验结果的干扰；使用多圈搜索数据叠加，数倍增加了统计数据，减少了偶然性；编写自动数据处理程序完成数据读取及回波分布成像，减少了人工判读的工作量，提高分析数据的效率，杜绝了人工记录处理数据的错误。
Description
技术领域
本发明涉及雷达导引头对地探测领域，具体涉及无人机载雷达导引头回波分布检测技术。
背景技术
对于空地雷达导引头，目标区地貌及除目标外静物产生的强地杂波是影响雷达导引头检测的关键因素，此类强反射点回波能量将超过雷达导引头检测门限对雷达导引头检测造成一定影响。因此，不同背景目标区地貌及静物回波数据数据采集与分析是研究地杂波背景下雷达导引头检测跟踪的前提条件。
在以往目标区背景回波数据采集分析主要通过地面试验法，系统组成如图1所示，地面架设导引头，布设目标后开机搜索并记录数据，根据数据中导引头方位框架角、目标回波幅度、雷达测弹目距离等进行分析。该方法易于实施，但存在以下几点缺陷：1.地面架设方式要求目标区与架设点通视，地面起伏经常造成遮挡，地面通视距离往往很近，与真实使用差距较大。2.由于地貌形成的回波强反射点在不同下视角、不同位置关系下起伏极大，而导引头实际使用时处于空中弹道线上向下开机搜索，地面试验难以反映实际使用时具有一定下视角的目标区反射特性。3.雷达导引头输出搜索数据为单圈一次搜索模式，数据量小、偶然性大。4.雷达导引头输出数据为人工判读，工作量大、效率低、易出错。
发明内容
要解决的技术问题
为了解决现有方法存在地面架设受通视关系限制、地面试验难以反映具有一定下视角的目标区反射特性、搜单圈一次搜索数据量小偶然性大、人工判读工作量大易出错等问题，本发明中提出了一种无人机载雷达导引头回波分布采集系统及方法，对现有方法进行改进，通过使用多旋翼无人机为架设平台以保证平台与目标区通视关系，以及模拟真实使用环境产生的下视角，基于机载组合导航解算目标区指示信息，以隔离飞机平台自身动态扰动，编写自动数据处理程序完成叠加回波分布成像，高效真实反映了雷达导引头检测目标区的地物回波分布。
技术方案
一种无人机载雷达导引头回波分布采集系统，其特征在于包括机载端与地面端两部分，所述的机载端包括雷达导引头、机载组合导航、机载数据链，机载组合导航与机载数据链相连传输位置姿态信息，雷达导引头与机载数据链相连传输雷达检测信息，机载数据链与雷达导引头相连传输指令信息、目标指示信息和姿态信息；所述的地面端包括地面数据链、地面控制计算机，地面数据链与地面控制计算机相连传输雷达检测信息和位置姿态信息，地面控制计算机与地面数据链相连传输指令信息、目标指示信息和姿态信息；机载数据链与地面数据链相连传输雷达检测信息和位置姿态信息，地面数据链与机载数据链相连传输指令信息、目标指示信息和姿态信息。
一种无人机载雷达导引头回波分布采集方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：无人机起飞至预定高度后，地面控制计算机通过地面数据链和机载数据链读取机载组合导航提供的位置和姿态信息，其中位置信息为经纬高三坐标，姿态信息为东北天坐标系下偏航、俯仰、滚转角，由于机载组合导航与导引头同轴固联，因此该信息可视为导引头位置、姿态信息，通过操控界面装订目标经纬高坐标；
步骤2：根据目标与导引头位置信息计算弹目距离；根据姿态信息计算出地理系下相对角度信息，再将坐标系转换至弹体系下得出相对导引头轴向的方位、俯仰角度；弹目距离及方位、俯仰角度称为目标中心指示信息；
步骤3：地面控制计算机将解算出指示信息以及雷达指令通过地面数据链和机载数据链发送至雷达导引头，导引头开机对准目标区进行搜索，并将检测到所有目标信息转换为以目标中心指示信息为基准的横向、纵向距离差；
步骤4：记录单次搜索中产生的所有目标上述横向、纵向距离差、目标幅度，然后重复多次搜索；将多次搜索的目标横向、纵向距离差分别直接叠加，以横向、纵向距离差为平面二维坐标，以目标幅度为高度坐标，对目标区回波分布成三维像。
步骤3具体如下：依次求得本次检测到的所有目标的方位角与目标中心指示角之夹角，利用余弦定理计算检测各目标与目标指示中心的横向距离，其中夹角两边长分别为地面解算指示弹目距离与雷达测弹目距离；依次求得本次检测到的所有目标的雷达测弹目距离与目标中心指示弹目距离之差，作为纵向距离差。
有益效果
本发明提出的一种无人机载雷达导引头回波分布采集系统及方法，通过无人机飞行平台保证一定下视角以及弹目通视关系，通过机载惯导信息补偿雷达多次扫描数据减少数据偶然性，通过自动数据处理成像软件杜绝人工处理数据错误以及提高效率，尽可能真实的反映雷达导引头工作时目标区回波分布。本发明易于工程实现，对地面试验法即有借鉴又有创新。
附图说明
图1雷达导引头回波分布采集地面试验系统组成图
图2无人机载雷达导引头回波分布采集系统组成图
图3无人机载雷达导引头回波分布采集流程图
图4实际回波分布成像结果
图5实施实例图
具体实施方式
现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：
无人机载雷达导引头目标区成像系统组成如图2所示，主要包括机载端与地面端两部分。机载端主要包括：雷达导引头、机载组合导航、机载数据链；地面端主要包括：地面数据链、地面控制计算机。
本发明中方法如图3所示：
无人机起飞至预定高度后，地面控制计算机通过数据链读取机载组合导航提供的位置姿态信息，其中位置信息为经纬高三坐标，姿态信息为东北天坐标系下偏航、俯仰、滚转角，由于机载组合导航与导引头同轴固联，因此该信息可视为导引头位置、姿态信息，通过操控界面装订目标经纬高坐标。根据目标与导引头位置信息计算弹目距离，根据姿态信息计算出地理系下相对角度信息，再将坐标系转换至弹体系下得出相对导引头轴向的方位、俯仰角度(具体方法详见参考文献[1]王金云，舰载直升机助降适配系统研究，第4章4.2节，p33-p40，哈尔滨工程大学，硕士学位论文，2008年6月)，弹目距离及方位、俯仰角度称为目标中心指示信息。地面控制计算机将解算出指示信息以及雷达指令通过数据链发送至雷达导引头，导引头开机对准目标区进行搜索，并将检测到所有目标信息转换为以目标中心指示信息为基准的横向、纵向距离差，具体过程如下：依次求得本次检测到的所有目标的方位角与目标中心指示角之夹角，利用余弦定理计算检测各目标与目标指示中心的横向距离，其中夹角两边长分别为地面解算指示弹目距离与雷达测弹目距离；依次求得本次检测到的所有目标的雷达测弹目距离与目标中心指示弹目距离之差，作为纵向距离差。单次搜索中产生的所有目标上述横向、纵向距离差、目标幅度记录，然后重复多次搜索。由于每次搜索时目标中心指示信息均由地面控制计算机根据导引头位置、姿态实时解算，因此上述数据中目标横向、纵向距离差均已隔离无人机平台自身运动，可直接叠加，以横向、纵向距离差为平面二维坐标，以目标幅度为高度坐标，对目标区回波分布成三维像。
实施例，如图5所示：
1、机载数据链、地面数据链、机载组合导航上电自检正常，雷达导引头上电自检正常；
2、无人机起飞至预定高度；
3、通过操控界面装订目标点经纬高坐标、地面控制计算机解算出目标指示信息，方法详见参考文献[1]，并发出搜索指令，通过数据链发送至导引头；
4、导引头开机搜索目标区一次，并依次求得本次检测到的所有目标的方位角与目标中心指示角之夹角，利用余弦定理计算检测各目标与目标指示中心的横向距离，其中夹角两边长分别为地面解算指示弹目距离与雷达测弹目距离，依次求得本次检测到的所有目标的雷达测弹目距离与目标中心指示弹目距离之差，作为纵向距离差，通过数据链传送至地面控制计算机；
5、多次重复步骤3、4，导引头对同一片目标区进行反复搜索，并发送数据至地面控制计算机；
6、使用自动数据处理软件读取数据，该软件主要功能简要描述如下：根据导引头工作状态标志位筛选搜索时数据，将多次数据剔除跟踪、闭锁数据后进行拼接，将拼接后多次目标数据按照横向距离差、纵向距离差、目标幅度储存为3列n行矩阵，将该矩阵绘制为三维图形，X轴为横向距离差、Y轴为纵向距离差、Z轴为目标幅度。
采用本系统及方法对目标区进行多次搜索叠加成像，实际回波分布成像效果如图4所示，其中图形中心附近为仿形坦克目标，目标左前侧为皮卡车，目标后侧为地面建筑物，其余较小回波为地貌起伏杂波，均与实际目标区分布情况一致。试验结果表明，与地面试验法相比，采用本发明通过无人机飞行高度可避免地貌起伏造成通视遮挡；满足以真实下视角检测目标的条件，避免地貌反射特性随着下视角急剧变化对试验结果的干扰；使用多圈搜索数据叠加，数倍增加了统计数据，减少了偶然性；编写自动数据处理程序完成数据读取及回波分布成像，减少了人工判读的工作量，提高分析数据的效率，杜绝了人工记录处理数据的错误。
Claims (2)
1.一种无人机载雷达导引头回波分布采集方法，该方法采用无人机载雷达导引头回波分布采集系统实现，该系统包括机载端与地面端两部分，所述的机载端包括雷达导引头、机载组合导航、机载数据链，机载组合导航与机载数据链相连传输位置姿态信息，雷达导引头与机载数据链相连传输雷达检测信息，机载数据链与雷达导引头相连传输指令信息、目标指示信息和姿态信息；所述的地面端包括地面数据链、地面控制计算机，地面数据链与地面控制计算机相连传输雷达检测信息和位置姿态信息，地面控制计算机与地面数据链相连传输指令信息、目标指示信息和姿态信息；机载数据链与地面数据链相连传输雷达检测信息和位置姿态信息，地面数据链与机载数据链相连传输指令信息、目标指示信息和姿态信息；其特征在于，步骤如下：
步骤1：无人机起飞至预定高度后，地面控制计算机通过地面数据链和机载数据链读取机载组合导航提供的位置和姿态信息，其中位置信息为经纬高三坐标，姿态信息为东北天坐标系下偏航、俯仰、滚转角，由于机载组合导航与导引头同轴固联，因此该信息可视为导引头位置、姿态信息，通过操控界面装订目标经纬高坐标；
步骤2：根据目标与导引头位置信息计算弹目距离；根据姿态信息计算出地理系下相对角度信息，再将坐标系转换至弹体系下得出相对导引头轴向的方位、俯仰角度；弹目距离及方位、俯仰角度称为目标中心指示信息；
步骤3：地面控制计算机将解算出指示信息以及雷达指令通过地面数据链和机载数据链发送至雷达导引头，导引头开机对准目标区进行搜索，并将检测到所有目标信息转换为以目标中心指示信息为基准的横向、纵向距离差；
步骤4：记录单次搜索中产生的所有目标上述横向、纵向距离差、目标幅度，然后重复多次搜索；将多次搜索的目标横向、纵向距离差分别直接叠加，以横向、纵向距离差为平面二维坐标，以目标幅度为高度坐标，对目标区回波分布成三维像。
2.根据权利要求1所述的无人机载雷达导引头回波分布采集方法，其特征在于，步骤3具体如下：依次求得本次检测到的所有目标的方位角与目标中心指示角之夹角，利用余弦定理计算检测各目标与目标指示中心的横向距离差，其中夹角两边长分别为地面解算指示弹目距离与雷达测弹目距离；依次求得本次检测到的所有目标的雷达测弹目距离与目标中心指示弹目距离之差，作为纵向距离差。
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