CN112485778B - 机载雷达杂波距离弯曲校正方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种机载雷达杂波距离弯曲校正方法，属于雷达信号技术领域。首先确定主杂波谱的位置，然后计算不同俯仰角带来的多普勒调整量和电波束指向对应的多普勒调整量，根据电波束距离单元与主杂波谱距离单元的相对关系计算多普勒补偿量，最后基于多普勒补偿量，完成主杂波谱包络相位补偿，将弯曲杂波谱搬直。本发明解决了大俯仰角杂波距离弯曲问题。

Description

机载雷达杂波距离弯曲校正方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种机载雷达杂波距离弯曲校正方法，该技术用于机载雷达大俯仰角情况下的杂波距离弯曲校正。

背景技术

机载雷达大俯仰角探测时近区杂波的杂波谱中心随距离单元变化而变化，无法利用惯导和数据来准确估计杂波谱中心，导致正常检测时存在大量的杂波虚警。

目前，传统的机载雷达杂波距离弯曲校正只利用了俯仰角信息，没有考虑载机非平稳飞行(存在横滚、纵摇和偏航)时方位角变化带来的俯仰角变化，导致杂波谱中心估计错误，无法实现准确校正。

发明内容

要解决的技术问题

本发明的目的在于针对传统校正方法不适用机载雷达非平稳飞行状态的缺点，提出了一种机载雷达近区杂波距离弯曲校正新方法，考虑非平稳飞行方位角变化引起的俯仰角变化，结合俯仰角自身的变化，准确估计杂波谱中心，将弯曲杂波谱搬直。

技术方案

一种机载雷达杂波距离弯曲校正方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：主杂波谱距离单元确定

步骤1a：根据俯仰角和波束宽度确定俯仰波束的下边缘和上边缘指向：

θ_d＝θ_e-θ_3dB，θ_u＝θ_e+θ_3dB

其中θ_d和θ_u分别表示波束下边缘和上边缘指向，θ_e和θ_3dB分别表示俯仰角和3dB俯仰波束宽度；

步骤1b：根据载机高度和波束上下边缘指向确定主瓣杂波的最近斜距和最远斜距：

其中R_d和R_u分别表示最近斜距和最远斜距，h表示载机高度，符合|·|表示取绝对值；

步骤1c：由斜距反算出主杂波谱所在距离单元：

r＝[r_d,r_d+1,…,r_u-1,r_u]

其中r_d＝round{(R_d-τ_s*149.7)/ΔR}和r_u＝round{(R_u-τ_s*149.7)/ΔR}分别表示最近斜距和最远斜距对应的距离单元，τ_s表示采样延迟，

表示距离量化，c表示光速，f_s表示采样率，符号round{·}表示四舍五入取整运算；

步骤2：计算俯仰角变化导致的多普勒调整量

步骤2a：计算出主杂波不同距离单元对应的距离：

R＝τ_s*149.7+r*ΔR

其中R表示距离单元r对应的距离；

步骤2b：计算出主杂波不同距离单元对应的俯仰角的正弦值：

其中

表示俯仰角的正弦值；

步骤2c：利用幂级数分解计算出主杂波不同距离单元对应的俯仰角的余弦值：

其中

表示俯仰角的余弦值；

步骤2d：利用余弦值计算俯仰角变化带来的多普勒调整量：

其中

表示俯仰角变化对应的多普勒调整量，v表示载机的地速，θ_A＝θ_s+θ_a表示方位角，θ_s和θ_a分别表示伺服方位角和电波束方位角，θ_pl表示偏流角，λ表示波长；

步骤3：计算电波束对应的多普勒调整量

步骤3a：将天线坐标系下的电方位角转换为大地坐标系下的方位角和俯仰角；

3a1)将天线坐标系转换为大地坐标系，

其中Enu表示坐标转换后的输出，θ_hx、θ_zy和θ_hg分别表示航向角、纵摇角和横滚角；

3a2)计算大地坐标系下的方位角和俯仰角

θ_a1＝angle{Enu(2)+j*Enu(1)}，θ_e1＝asin{Enu(3)}

其中θ_a1和θ_e1分别表示大地坐标系下的方位角和俯仰角，符号asin{·}表示反正弦运算；

步骤3b：计算电波束对应的多普勒调整量

其中

表示电波束对应的多普勒调整量，V_ned＝[v_e,v_n,v_u]表示速度矢量，v_e、v_n和v_u分别表示东速、北速和天速，A_ned＝[cos(θ_e1)sin(θ_a1)；cos(θ_e1)cos(θ_a1)；sin(θ_e1)]表示电波束指向矢量，λ表示波长；

步骤4：计算多普勒补偿量

步骤4a：计算电波束对应的距离单元

4a1)计算电波束对应的距离

其中R_e1表示电波束对应的距离；

4a2)计算电波束对应的距离单元

r_e1＝round{(R_e1-τ_s*149.7)/ΔR}

其中r_e1表示电波束对应的距离单元；

步骤4b：根据电波束距离单元与主杂波谱距离单元的相对关系计算多普勒补偿量；

4b1)计算电波束多普勒调整量和俯仰角多普勒调整量之间的差值

其中Δf表示电波束多普勒调整量和俯仰角多普勒调整量之间的差值；

4b2)计算多普勒补偿量，

其中Δf_d表示多普勒补偿量；

步骤5：进行包络相位补偿：

PC_Σ1＝PC_Σ*Cmp，PC_Δ1＝PC_Δ*Cmp

其中PC_Σ和PC_Δ分别表示补偿前和通道和差通道的脉压回波，PC_Σ1和PC_Δ1分别表示补偿后和通道和差通道的脉压回波，

表示补偿量，N_fft表示相参积累点数，f_r表示脉冲重复频率，符号[·]^T表示取转置操作。

有益效果

本发明提出的一种机载雷达杂波距离弯曲校正方法，考虑了载机横滚、纵摇、偏航的影响，能够对杂波距离弯曲精确补偿。通过精确计算主杂波谱每个距离单元的多普勒调整量和电波束对应的多普勒调整量，确定主杂波谱每个距离单元最终的多普勒补偿量，进行包络相位补偿，实现杂波距离弯曲校正。

附图说明

图1是本发明的实现流程图

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

实现本发明的技术思路是：首先确定主杂波谱的位置，然后计算不同俯仰角带来的多普勒调整量和电波束指向对应的多普勒调整量，根据电波束距离单元与主杂波谱距离单元的相对关系计算多普勒补偿量，最后基于多普勒补偿量，完成主杂波谱包络相位补偿，将弯曲杂波谱搬直。包括如下步骤：

1)主杂波谱距离单元确定：

1a)根据俯仰角和波束宽度确定俯仰波束的下边缘和上边缘指向；

1b)根据载机高度和波束上下边缘指向确定主瓣杂波的最近斜距和最远斜距；

1c)由斜距反算出主杂波谱所在距离单元。

2)计算俯仰角变化导致的多普勒调整量：

2a)计算出主杂波距离单元对应的距离；

2b)由距离计算对应俯仰角的正弦值；

2c)利用幂级数分解计算出俯仰角的余弦值；

2d)利用余弦值计算俯仰角变化带来的多普勒调整量。

3)计算电波束对应的多普勒调整量：

3a)将天线坐标系下的电方位角转换为大地坐标系下的方位角和俯仰角；

3b)计算电波束对应的多普勒调整量。

4)计算多普勒补偿量：

4a)计算电波束对应的距离单元；

4b)根据电波束距离单元与主杂波谱距离单元的相对关系计算多普勒补偿量。

5)进行包络相位补偿。

参照图1，本发明的实现步骤如下：

步骤1，主杂波谱距离单元确定

1a)根据IMU解算的俯仰角和波束宽度确定波束的下边缘和上边缘指向，

θ_d＝θ_e-θ_3dB，θ_u＝θ_e+θ_3dB，

其中θ_d和θ_u分别表示波束下边缘和上边缘指向，θ_e和θ_3dB分别表示俯仰角和3dB俯仰波束宽度。

1b)根据载机高度和波束上下边缘指向确定主瓣杂波的最近斜距和最远斜距，

其中R_d和R_u分别表示最近斜距和最远斜距，h表示载机高度，符合|·|表示取绝对值。

1c)由距离反算出距离单元，得到主杂波谱所在的距离单元，

r＝[r_d,r_d+1,…,r_u-1,r_u]，

其中r_d＝round{(R_d-τ_s*149.7)/ΔR}和r_u＝round{(R_u-τ_s*149.7)/ΔR}分别表示最近斜距和最远斜距对应的距离单元，τ_s表示采样延迟，

表示距离量化，c表示光速，f_s表示采样率，符号round{·}表示四舍五入取整运算。

步骤2，计算俯仰角变化导致的多普勒调整量

2a)计算出主杂波不同距离单元对应的距离，

R＝τ_s*149.7+r*ΔR，

其中R表示距离单元r对应的距离。

2b)计算出主杂波不同距离单元对应的俯仰角的正弦值，

其中

表示俯仰角的正弦值。

2c)利用幂级数分解计算出主杂波不同距离单元对应的俯仰角的余弦值，

其中

表示俯仰角的余弦值。

2d)利用余弦值计算俯仰角变化带来的多普勒调整量，

其中

表示俯仰角变化对应的多普勒调整量，v表示载机的地速，θ_A＝θ_s+θ_a表示方位角，θ_s和θ_a分别表示伺服方位角和电波束方位角，θ_pl表示偏流角，λ表示波长。

步骤3，计算电波束对应的多普勒调整量

3a)将天线坐标系下的电波束方位角转换为大地坐标系下的方位角和俯仰角，

3a1)将天线坐标系转换为大地坐标系，

其中Enu表示坐标转换后的输出，θ_hx、θ_zy和θ_hg分别表示航向角、纵摇角和横滚角。

3a2)计算大地坐标系下的方位角和俯仰角，

θ_a1＝angle{Enu(2)+j*Enu(1)}，θ_e1＝asin{Enu(3)}，

其中θ_a1和θ_e1分别表示大地坐标系下的方位角和俯仰角，符号asin{·}表示反正弦运算。

3b)计算电波束对应的多普勒调整量，

其中

表示电波束对应的多普勒调整量，V_ned＝[v_e,v_n,v_u]表示速度矢量，v_e、v_n和v_u分别表示东速、北速和天速，A_ned＝[cos(θ_e1)sin(θ_a1)；cos(θ_e1)cos(θ_a1)；sin(θ_e1)]表示电波束指向矢量，λ表示波长。

步骤4，计算多普勒补偿量

4a)计算电波束对应的距离单元，

4a1)计算电波束对应的距离，

其中R_e1表示电波束对应的距离。

4a2)计算电波束对应的距离单元，

r_e1＝round{(R_e1-τ_s*149.7)/ΔR}，

其中r_e1表示电波束对应的距离单元。

4b)根据电波束距离单元与主杂波谱距离单元的相对关系计算多普勒补偿量，

4b1)计算电波束多普勒调整量和俯仰角多普勒调整量之间的差值，

其中Δf表示电波束多普勒调整量和俯仰角多普勒调整量之间的差值。

4b2)计算多普勒补偿量，

其中Δf_d表示多普勒补偿量。

步骤5，进行包络相位补偿，

PC_Σ1＝PC_Σ*Cmp，PC_Δ1＝PC_Δ*Cmp，

其中PC_Σ和PC_Δ分别表示补偿前和通道和差通道的脉压回波，PC_Σ1和PC_Δ1分别表示补偿后和通道和差通道的脉压回波，

表示补偿量，N_fft表示相参积累点数，f_r表示脉冲重复频率，符号[·]^T表示取转置操作。

Claims (1)

1.一种机载雷达杂波距离弯曲校正方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：主杂波谱距离单元确定

步骤1a：根据俯仰角和波束宽度确定俯仰波束的下边缘和上边缘指向：

θ_d＝θ_e-θ_3dB，θ_u＝θ_e+θ_3dB

其中θ_d和θ_u分别表示波束下边缘和上边缘指向，θ_e和θ_3dB分别表示俯仰角和3dB俯仰波束宽度；

步骤1b：根据载机高度和波束上下边缘指向确定主瓣杂波的最近斜距和最远斜距：

其中R_d和R_u分别表示最近斜距和最远斜距，h表示载机高度，符合|·|表示取绝对值；

步骤1c：由斜距反算出主杂波谱所在距离单元：

r＝[r_d,r_d+1,…,r_u-1,r_u]

其中r_d＝round{(R_d-τ_s*149.7)/ΔR}和r_u＝round{(R_u-τ_s*149.7)/ΔR}分别表示最近斜距和最远斜距对应的距离单元，τ_s表示采样延迟，

表示距离量化，c表示光速，f_s表示采样率，符号round{·}表示四舍五入取整运算；

步骤2：计算俯仰角变化导致的多普勒调整量

步骤2a：计算出主杂波不同距离单元对应的距离：

R＝τ_s*149.7+r*ΔR

其中R表示距离单元r对应的距离；

步骤2b：计算出主杂波不同距离单元对应的俯仰角的正弦值：

其中

表示俯仰角的正弦值；

步骤2c：利用幂级数分解计算出主杂波不同距离单元对应的俯仰角的余弦值：

其中

表示俯仰角的余弦值；

步骤2d：利用余弦值计算俯仰角变化带来的多普勒调整量：

其中

表示俯仰角变化对应的多普勒调整量，v表示载机的地速，θ_A＝θ_s+θ_a表示方位角，θ_s和θ_a分别表示伺服方位角和电波束方位角，θ_pl表示偏流角，λ表示波长；

步骤3：计算电波束对应的多普勒调整量

步骤3a：将天线坐标系下的电方位角转换为大地坐标系下的方位角和俯仰角；

3a1)将天线坐标系转换为大地坐标系，

其中Enu表示坐标转换后的输出，θ_hx、θ_zy和θ_hg分别表示航向角、纵摇角和横滚角；

3a2)计算大地坐标系下的方位角和俯仰角

θ_a1＝angle{Enu(2)+j*Enu(1)}，θ_e1＝asin{Enu(3)}

其中θ_a1和θ_e1分别表示大地坐标系下的方位角和俯仰角，符号asin{·}表示反正弦运算；

步骤3b：计算电波束对应的多普勒调整量

其中

表示电波束对应的多普勒调整量，V_ned＝[v_e,v_n,v_u]表示速度矢量，v_e、v_n和v_u分别表示东速、北速和天速，A_ned＝[cos(θ_e1)sin(θ_a1)；cos(θ_e1)cos(θ_a1)；sin(θ_e1)]表示电波束指向矢量，λ表示波长；

步骤4：计算多普勒补偿量

步骤4a：计算电波束对应的距离单元

4a1)计算电波束对应的距离

其中R_e1表示电波束对应的距离；

4a2)计算电波束对应的距离单元

r_e1＝round{(R_e1-τ_s*149.7)/ΔR}

其中r_e1表示电波束对应的距离单元；

步骤4b：根据电波束距离单元与主杂波谱距离单元的相对关系计算多普勒补偿量；

4b1)计算电波束多普勒调整量和俯仰角多普勒调整量之间的差值

其中Δf表示电波束多普勒调整量和俯仰角多普勒调整量之间的差值；

4b2)计算多普勒补偿量，

其中Δf_d表示多普勒补偿量；

步骤5：进行包络相位补偿：

PC_Σ1＝PC_Σ*Cmp，PC_Δ1＝PC_Δ*Cmp

其中PC_Σ和PC_Δ分别表示补偿前和通道和差通道的脉压回波，PC_Σ1和PC_Δ1分别表示补偿后和通道和差通道的脉压回波，

表示补偿量，N_fft表示相参积累点数，f_r表示脉冲重复频率，符号[·]^T表示取转置操作。

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