CN111521983A - 一种基于tws雷达数据处理系统的时钟校准方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，包括：解析勤务报报文，得到报文内的时间和扇区号，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替；分析扇区号，判断扇区号是否为0，若是，则在周期计数器上加1；若否，则将本次获取的扇区时间与上次该扇区时间计算时间差；判断时间差是否小于设定阈值；若是，则采用上次计算的雷达旋转周期；若否，则进行一维估值滤波；将滤波后的周期值填充到周期时间扇区队列中；以滤波后的周期值为基准，向前外推扇区总数的25％个扇区，并填入扇区时间内。该方法采用分扇区时钟估值校准方法，实现了自适应扇区时钟校准，运算量较小，可以避免因为本地时间的不一致导致产生虚警和漏警的情况。

Description

一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达数据处理技术领域，具体涉及一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法及系统。
背景技术
边扫描边跟踪(TWS：Tracking While Scanning)雷达数据处理系统通过雷达天线连续扫描得到目标的位置和速度矢量，是航路雷达与机场雷达的常用处理架构，该方式能够在一个周期内实现扫描、探测、航迹起始、目标跟踪、航迹终止等功能，是一种资源占用量低，运算效率高，实时性好的雷达数据处理架构。但由于转台的固有特性，包括在加工、安装调整过程中产生的静态误差，自重、惯性载荷、风载荷、温差、基础不均匀下沉等引起结构变形，导致的随着使用时间、使用频率、使用环境的不同，转台的周期也会发生不一致的情况，在现场中经常发生转台转速不稳定，转台周期不稳。在岸基监视雷达系统中，在大风的逆工况下，相邻周期误差可达3％，则对后端数据处理系统带来了不可避免的误差。
传统的基于以常转速或者以周期为基准的TWS雷达数据处理系统，有以下几个明显的弊端：
(1)在航迹起始的过程中，因为转速不稳，加上常用的方式，会导致系统对探测到的真实目标，因为时间不准，会计算出较小或者较大的速度，从而超过了速度门限，进而不能够正确起始航迹；在三点航迹起始的系统中，还会导致计算出错误的较大的加速度，从而导致航迹起始失败；在由航向限制起始的系统中，也会导致生成一个错误的角速度，导致航迹起始失败。在航迹起始中，系统会错误的计算出与时间有关的错误的运动学参数，导致航迹起始失败；也会因为错误的时间，导致生成假目标，从而导致漏警和虚警的产生。
(2)在目标跟踪的过程中，会出现对运动状态的错误估计，从而丢失目标；生成错误的速度、航向、加速度等运动学参数，对空管自动化系统、预警系统等产生错误的参数，进而导致自动化系统产生错误的判断，导致后端生成错误的决策。
(3)在目标管理的过程中，因为错误的转速周期，导致正常跟踪的目标产生多次目标丢失，系统会删除该航迹，导致目标航迹丢失，这对自动化系统、决策系统来说是致命的。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明实施例提供一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法及系统，采用分扇区时钟估值方法，避免时钟偏移导致的数据处理偏差。
第一方面，本发明实施例提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，包括：
获取勤务报报文；
解析勤务报报文，得到本次报文内的时间和扇区号，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替；
判断所述扇区号是否大于设定扇区号的最大值或判断所述扇区号是否等于上次扇区号；
若扇区号大于设定扇区号的最大值或扇区号等于上次扇区号，则本次计算结束；
若扇区号小于设定扇区号的最大值或扇区号不等于上次扇区号，则判断扇区号是否等于0；
若扇区号等于0，则说明是正北扇区报，则在周期计数器上加1；
若扇区号不等于0，则说明是普通扇区报，将本次获取的扇区时间与上次该扇区时间计算时间差，该时间差则为对应的本扇区的雷达旋转周期；
判断所述时间差是否小于设定阈值；
若是，则采用上次计算的雷达旋转周期；
若否，则进行一维估值滤波得到了滤波后的周期值；
将滤波后的周期值填充到周期时间扇区队列中；
以滤波后的周期值为基准，向前外推扇区总数的25％个扇区，并填入扇区时间内。
第二方面，本发明实施例提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，包括：勤务报报文获取模块、勤务报报文解析模块和时钟处理模块，
所述勤务报报文获取模块用于获取勤务报报文；
所述勤务报报文解析模块用于解析勤务报报文，得到本次报文内的时间和扇区号，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替；
所述时钟处理模块用于根据对本次的扇区号进行分析，判断扇区报为正北扇区报或者普通扇区报，若是正北扇区报，则在周期计数器上加1，若是普通扇区报，则将本次获取的扇区时间与上次该扇区时间计算时间差，该时间差则为对应的本扇区的雷达旋转周期；判断所述时间差是否小于设定阈值；若是，则采用上次计算的雷达旋转周期；若否，则进行一维估值滤波得到了滤波后的周期值；将滤波后的周期值填充到周期时间扇区队列中；以滤波后的周期值为基准，向前外推扇区总数的25％个扇区，并填入时间扇区时间内。
本发明的有益效果：
本发明提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法及系统，从扇区勤务报出发，采用分扇区时钟估值校准方法，实现了自适应扇区时钟校准，运算量较小，易于工程实现，可以避免因为本地时间的不一致导致产生虚警和漏警的情况。
另外，对点迹时钟使用了校准时间，解决了点迹时钟报文丢失，点迹报文不准的问题。可以避免因为报文时间对时间缺失或报文时间错误导致数据处理失败的问题，还可以降低对转台转速精度的要求，甚至可以使用非均匀转台的数据处理系统中。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。在所有附图中，类似的元件或部分一般由类似的附图标记标识。附图中，各元件或部分并不一定按照实际的比例绘制。
图1示出了本发明第一实施例所提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法的流程图；
图2示出了图1中步骤S13的具体流程图；
图3示出了本发明第二实施例所提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统的结构框图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
应当理解，当在本说明书和所附权利要求书中使用时，术语“包括”和“包含”指示所描述特征、整体、步骤、操作、元素和/或组件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元素、组件和/或其集合的存在或添加。
还应当理解，在此本发明说明书中所使用的术语仅仅是出于描述特定实施例的目的而并不意在限制本发明。如在本发明说明书和所附权利要求书中所使用的那样，除非上下文清楚地指明其它情况，否则单数形式的“一”、“一个”及“该”意在包括复数形式。
还应当进一步理解，本发明说明书和所附权利要求书中使用的术语“和/或”是指相关联列出的项中的一个或多个的任何组合以及所有可能组合，并且包括这些组合。
如在本说明书和所附权利要求书中所使用的那样，术语“如果”可以依据上下文被解释为“当...时”或“一旦”或“响应于确定”或“响应于检测到”。类似地，短语“如果确定”或“如果检测到[所描述条件或事件]”可以依据上下文被解释为意指“一旦确定”或“响应于确定”或“一旦检测到[所描述条件或事件]”或“响应于检测到[所描述条件或事件]”。
需要注意的是，除非另有说明，本申请使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域技术人员所理解的通常意义。
请参考图1,2，本发明第一实施例所提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法包括：
S1:获取勤务报报文，例如：Asterix Cat002，Cat 003，MH4008 Cat002。
S2:解析勤务报报文，得到本次报文内的时间Tk和扇区号Seck，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替，本地时间精度≥1毫秒。
S3:判断所述扇区号Seck是否大于设定扇区号的最大值SecMax或判断所述扇区号Seck是否等于上次扇区号Seck-1。
S4:若扇区号Seck大于设定扇区号的最大值SecMax或扇区号Seck等于上次扇区号Seck-1，则本次计算结束。
S5:若扇区号Seck小于设定扇区号的最大值SecMax或扇区号Seck不等于上次扇区号Seck-1，则判断扇区号Seck是否等于0。
S6:若扇区号Seck等于0，则说明是正北扇区报，则在周期计数器上加1。
S7:若扇区号Seck不等于0，则说明是普通扇区报，将本次获取的扇区时间Tk Sec与上次该扇区时间Tk-1 Sec计算时间差Pk Sec＝|Tk-1 Sec-Tk Sec|，该时间差Pk Sec则为对应的本扇区的雷达旋转周期。
S8:判断所述时间差Pk Sec是否小于设定阈值，一般设定的阈值比较小，如1‰～1％乘以雷达周期或者1‰～1％乘以上一次计算得到的雷达周期(即:
Figure BDA0002476386370000061
)。
S9:若是，则采用上次计算的雷达旋转周期，即Pk Sec＝Pk-1 Sec。
S10:若否，则进行一维估值滤波得到了滤波后的周期值Pk Sec,f。一维估值滤波可以采用均值滤波器、滑动滤波器、卡尔曼滤波器等一维滤波器。
S11:将滤波后的周期值Pk Sec,f填充到周期时间扇区队列中Period[Sec]＝Pk Sec,f。
S12:以滤波后的周期值Pk Sec,f为基准，向前外推扇区总数的25％个扇区(如果扇区总数是32，则向前外推8个扇区，如果扇区总数是256，则向前外推32个扇区)
Figure BDA0002476386370000062
并填入时间扇区(Time[Sec])内。
通过上述步骤，从扇区勤务报出发，采用分扇区时钟估值校准方法，实现了自适应扇区时钟校准，运算量较小，易于工程实现，可以避免因为本地时间的不一致导致产生虚警和漏警的情况。
在本实施例中，假设雷达探测到点迹目标Pm(ρm,θm)以及该点附加的时间Tm，此时，系统不用该时间Tm，该方法还包括步骤S13:对该点迹目标进行时钟校准。
对该点迹目标进行时钟校准的步骤包括：
S131:通过
Figure BDA0002476386370000063
计算点迹目标所在的扇区。
S132：从时间扇区队列Time[Secnow]中获取当前所在扇区的扇区时间T1，T1＝Time[Secnow]，以及第一离散方位信息Sec1。
133：从时间扇区队列Time[(Secnow+1+SecMax)％SecMax]中获取到下一个扇区的扇区时间T2，T2＝Time[(Secnow+1+SecMax)％SecMax]，以及第二离散方位信息Sec2。
S134：根据第一离散方位信息和第二离散方位信息计算当前扇区的对应的角度
Figure BDA0002476386370000071
和下一个扇区对应的角度
Figure BDA0002476386370000072
计算公式分别为
Figure BDA0002476386370000073
Figure BDA0002476386370000074
S135：通过线性插值计算点迹所在的时间，得到校准后的点迹时间。计算公式为：
Figure BDA0002476386370000075
其中，Tm为需要获得的点迹时间；θm为测量获得的点迹方位角；T2下一个扇区的扇区时间；T1为当前所在扇区的扇区时间。
通过上述步骤，对点迹时钟处理过程中使用了校准时间，解决了点迹时钟报文丢失，点迹报文不准的问题。对转台转速精度要求降低，转台从3转/分钟到15转/分钟连续无缝切换，系统稳定运行，即使在15转/分钟工作模式下，以正北作为周期计算起始的情况下，偏移10％依然正常无误的工作。可以避免因为报文时间对时间缺失或报文时间错误导致数据处理失败的问题，还可以降低对转台转速精度的要求，甚至可以使用非均匀转台的数据处理系统中。
本实施例提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，从扇区勤务报出发，采用分扇区时钟估值校准方法，实现了针对TWS系统的数据处理中自适应时钟校准的要求，运算量较小，易于工程实现，可以避免因为本地时间的不一致导致产生虚警和漏警的情况。另外，对点迹时钟使用了校准时间，解决了点迹时钟报文丢失，点迹报文不准的问题。可以避免因为报文时间对时间缺失或报文时间错误导致数据处理失败的问题，还可以降低对转台转速精度的要求，甚至可以使用非均匀转台的数据处理系统中。
在上述的第一实施例中，提供了一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，与之相对应的，本申请还提供一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统。请参考图3，其为本发明第二实施例提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统的结构示意图。由于装置实施例基本相似于方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见方法实施例的部分说明即可。下述描述的装置实施例仅仅是示意性的。
如图3所示，示出了本发明第二实施例提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统的结构框图，该系统包括：勤务报报文获取模块、勤务报报文解析模块和时钟处理模块，勤务报报文获取模块用于获取勤务报报文；勤务报报文解析模块用于解析勤务报报文，得到本次报文内的时间和扇区号，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替，本地时间精度≥1毫秒；时钟处理模块用于根据对本次的扇区号进行分析，判断扇区报为正北扇区报或者普通扇区报，若是正北扇区报，则在周期计数器上加1，若是普通扇区报，则将本次获取的扇区时间与上次该扇区时间计算时间差，该时间差则为对应的本扇区的雷达旋转周期；判断所述时间差是否小于设定阈值；若是，则采用上次计算的雷达旋转周期；若否，则进行一维估值滤波得到了滤波后的周期值；将滤波后的周期值填充到周期时间扇区队列中；以滤波后的周期值为基准，向前外推8个扇区，并填入时间扇区队列。一维滤波器包括均值滤波器、滑动滤波器和卡尔曼滤波器。
在本实施例中，该系统还包括点迹时钟处理模块，所述点迹时钟处理模块用于从雷达前端获取目标的点迹目标；对点迹目标进行时钟校准。
点迹时钟处理模块进行时钟校准的具体过程包括：计算点迹目标所在的扇区；从时间扇区队列中获取当前所在扇区的扇区时间以及第一离散方位信息；从时间扇区队列中获取到下一个扇区的扇区时间以及第二离散方位信息；根据第一离散方位信息和第二离散方位信息计算当前扇区的对应的角度和下一个扇区对应的角度；通过线性插值计算点迹所在的时间，得到校准后的点迹时间。
本实施例提供的一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，从扇区勤务报出发，采用分扇区时钟估值校准方法，实现了针对TWS系统的数据处理中自适应时钟校准的要求，运算量较小，易于工程实现，可以避免因为本地时间的不一致导致产生虚警和漏警的情况。另外，对点迹时钟使用了校准时间，解决了点迹时钟报文丢失，点迹报文不准的问题。可以避免因为报文时间对时间缺失或报文时间错误导致数据处理失败的问题，还可以降低对转台转速精度的要求，甚至可以使用非均匀转台的数据处理系统中。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围，其均应涵盖在本发明的权利要求和说明书的范围当中。

Claims (10)

1.一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，其特征在于，包括：
获取勤务报报文；
解析勤务报报文，得到本次报文内的时间和扇区号，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替；
判断所述扇区号是否大于设定扇区号的最大值或判断所述扇区号是否等于上次扇区号；
若是，则本次计算结束；
若否，则判断扇区号是否等于0；
若扇区号等于0，则在周期计数器上加1；
若扇区号不等于0，则将本次获取的扇区时间与上次该扇区时间计算时间差，该时间差则为对应的本扇区的雷达旋转周期；
判断所述时间差是否小于设定阈值；
若是，则采用上次计算的雷达旋转周期；
若否，则进行一维估值滤波得到了滤波后的周期值；
将滤波后的周期值填充到周期时间扇区队列中；
以滤波后的周期值为基准，向前外推扇区总数的25％个扇区，并填入扇区时间内。
2.如权利要求1所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，其特征在于，还包括：从雷达前端获取到目标的点迹目标，对点迹目标进行时钟校准。
3.如权利要求2所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，其特征在于，所述对点迹目标进行时钟校准的具体步骤包括：
计算点迹目标所在的扇区；
从时间扇区队列中获取当前所在扇区的扇区时间以及第一离散方位信息；
从时间扇区队列中获取到下一个扇区的扇区时间以及第二离散方位信息；
根据第一离散方位信息和第二离散方位信息计算当前扇区的对应的角度和下一个扇区对应的角度；
通过线性插值计算点迹所在的时间，得到校准后的点迹时间。
4.如权利要求1所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，其特征在于，所述一维滤波器包括均值滤波器、滑动滤波器和卡尔曼滤波器。
5.如权利要求1所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准方法，其特征在于，所述本地时间的时间精度≥1毫秒。
6.一种基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，其特征在于，包括勤务报报文获取模块、勤务报报文解析模块和时钟处理模块，
所述勤务报报文获取模块用于获取勤务报报文；
所述勤务报报文解析模块用于解析勤务报报文，得到本次报文内的时间和扇区号，若报文内容不含时间，则采用本地时间代替；
所述时钟处理模块用于根据对本次的扇区号进行分析，判断扇区报为正北扇区报或者普通扇区报，若是正北扇区报，则在周期计数器上加1，若是普通扇区报，则将本次获取的扇区时间与上次该扇区时间计算时间差，该时间差则为对应的本扇区的雷达旋转周期；判断所述时间差是否小于设定阈值；若是，则采用上次计算的雷达旋转周期；若否，则进行一维估值滤波得到了滤波后的周期值；将滤波后的周期值填充到周期时间扇区队列中；以滤波后的周期值为基准，向前外推扇区总数的25％个扇区，并填入扇区时间内。
7.如权利要求6所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，其特征在于，系统还包括点迹时钟处理模块，所述点迹时钟处理模块用于从雷达前端获取目标的点迹目标，对所述点迹目标进行时钟校准。
8.如权利要求7所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，其特征在于，所述点迹时钟处理模块的具体处理方法包括：计算点迹目标所在的扇区；从时间扇区队列中获取当前所在扇区的扇区时间以及第一离散方位信息；从时间扇区队列中获取到下一个扇区的扇区时间以及第二离散方位信息；根据第一离散方位信息和第二离散方位信息计算当前扇区的对应的角度和下一个扇区对应的角度；通过线性插值计算点迹所在的时间，得到校准后的点迹时间。
9.如权利要求6所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，其特征在于，所述一维滤波器包括均值滤波器、滑动滤波器和卡尔曼滤波器。
10.如权利要求6所述的基于TWS雷达数据处理系统的时钟校准系统，其特征在于，所述本地时间的时间精度≥1毫秒。
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