CN113204015B - 用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法及系统，其方法包括获取雷达A和B的坐标以及被模拟的目标航迹坐标的表达式；以雷达A和B分别为坐标原点，建立直角坐标系A和B；获取目标航迹在坐标系A和B的表达式；对航迹的表达式进行时间上的量化，获取航迹点；以雷达A和B分别为坐标原点，建立极坐标系，并获取目标航迹的极坐标，根据无人飞行器A和B的位置确定比例因子RA和RB，并计算无人飞行器A和B的电子载荷延时时间，上述的时间序列、航迹坐标以及电子载荷延时时间发送给无人机飞控系统控制飞行；其系统包括无人机A、地面系统和无人机B。本发明，为三维雷达模拟器在分布式组网雷达中的目标模拟提供了可行的关键技术。

Description

用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达、雷达对抗技术领域，具体为用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法及系统。
背景技术
雷达目标模拟器是通过计算机软硬件，接收被测雷达的发送信号并进行一定的处理，最终向被测试雷达辐射预定义的电磁信号，达到模拟真实的雷达探测目标的目的。雷达目标模拟器被广泛用于雷达的研发调试、设计鉴定、生产检验、场外标校、维修保障等各个阶段。例如，气象雷达需要雷达目标模拟器产生复杂的气象环境，以检测气象雷达在复杂天气的探测性能。船用导航雷达也需要雷达目标模拟器产生复杂的海杂波和多目标，用于检测船用导航雷达的防撞探测性能。雷达目标模拟器通过模拟真实的雷达探测目标，不仅可以提高雷达调试效率、缩短研制周期，还能够大大降低研制成本和风险，故在雷达的研制、生产、运营和维修保障的投资预算中占有重要比重。
传统的雷达模拟器通过假设在地面、建筑物顶端或者塔吊，实现对目标的模拟。存在缺少三维空间的机动性、背景杂波不真实、难以实现多模拟器协同和组网等问题。【专利申请号：201910176667，一种三维雷达模拟器】发明了一种全新的雷达模拟器，利用无人飞行器搭载先进的电子载荷，与地面控制系统构成分布式的、在三维空间自由运动的雷达模拟器,从本质上解决了传统雷达模拟器缺少机动性、受地杂波影响大、难以实现多模拟器协同和组网等长期存在的问题。三维雷达模拟器既可以模拟雷达探测目标的回波信号，又可以模拟对雷达的干扰，还可以模拟雷达信号，被广泛用于雷达目标、干扰和雷达的模拟以及雷达和电子战部队的训练等领域。三维雷达模拟器的主要技术优势是利用无人飞行器的运动轨迹，通过径向等比例放大原理，模拟真实的运动平台的特性。其原理如说明书附图的图1所示。
三维雷达模拟器采用等比例缩小的模型测量原理，将无人机载系统部署在雷达附近，通过控制无人机载荷发送的雷达回波信号的延时、方位向和俯仰向的运动速度和轨迹以及发送信号的功率，能够以较低的成本精确模拟较远的目标的距离、方位、俯仰、多普勒、RCS等目标，以较小代价实现实际情况难以达到的大型目标的模拟训练，开创了雷达模拟器以及雷达和电子战模拟训练系统的全新应用。
无人飞行器在径向、方位向和俯仰向的运动轨迹以及机载电子载荷对接收信号发送的延时共同决定了雷达接收信号的运动特性。所以，无人飞行器的运动轨迹的规划是影响模拟性能的核心技术之一。然而，尚未有文献公开报道三维雷达模拟器的运动轨迹规划相关技术。
目前市场上存在着一种无人飞行器航迹规划和电子载荷延时控制的相关性设计方法，以较低的复杂度，实现被模拟目标的真实航迹。但该技术仅针对单架无人飞行器、仅适用单部雷达的应用场景。
随着射频隐身技术和电子干扰技术的发展，对雷达的要求也越来越高，单部雷达已经难以持续探测或跟踪目标。组网雷达是一种新型雷达，通过部署在不同地域的多部雷达，利用通信手段将所有信息传输至处理中心，雷达的整体性能可以大大提高。由于三维雷达模拟需要将无人飞行器部署在雷达附近，通常是数公里范围内。组网的每部雷达均需要一部飞行器就近部署，且需要不同的航迹规划，使得多架模拟器模拟出来的是同一目标。该技术尚未有报道。
发明内容
本发明的目的在于提供用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法及系统，以解决上述背景技术中提出的问题。
为实现上述目的，本发明提供如下技术方案：用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法，包括如下步骤：
S1,获取雷达A、雷达B的坐标以及被模拟的目标航迹坐标的表达式；
S2,以雷达A为坐标原点，建立直角坐标系A；获取目标航迹在坐标系A的表达式；对航迹的表达式进行时间上的量化，获取航迹点；
S3,以雷达B为坐标原点，建立直角坐标系B；获取目标航迹在坐标系B的表达式；采用与步骤S2相同的时间量化步长对目标航迹在坐标系B的表达式进行量化，获取目标航迹点；
S4,以雷达A为坐标原点，建立极坐标系，并获取目标航迹的极坐标；
S5,根据无人飞行器A部署的位置，确定比例因子RA；
S6,根据目标航迹的极坐标的径向距离和比例因子RA，计算无人飞行器A的电子载荷延时时间；
S7,根据目标航迹的极坐标和比例因子RA，获取无人机A的航迹坐标；
S8,以雷达B为坐标原点，建立极坐标系，并获取目标航迹的极坐标；
S9,根据无人飞行器B部署的位置，确定比例因子RB；
S10,根据目标航迹极坐标的径向距离和比例因子RB，计算无人飞行器B的电子载荷延时时间；
S11,根据目标航迹极坐标和比例因子RB，获取无人机B的航迹坐标；
S12,将量化的时间序列、无人机A的航迹坐标以及电子载荷延时时间发送给无人机飞控系统，控制其飞行；
S13,将量化的时间序列、无人机B的航迹坐标以及电子载荷延时时间发送给无人机飞控系统，控制其飞行。
优选的，所述步骤S2和S3中的量化步长根据目标模拟精度、实现复杂度综合考虑进行确定。
用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划系统，包括无人机A和地面系统，还包括无人机B，所述地面系统包括通信收发模块和航迹规划模块，所述无人机A和无人机B包括通信收发模块、射频系统和飞控系统
优选的，所述通讯收发模块为无线局域网或者第3/4/5代移动通信收发模块。
优选的，所述航迹规划模块为数字信号处理模块。
优选的，所述数字信号处理模块采用FPGA、DSP或者CPU构成的计算模块。
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
本发明，为三维雷达模拟器在分布式组网雷达中的目标模拟提供了可行的关键技术。
附图说明
图1为本发明的现有技术的分布式雷达目标的三维雷达模拟器的航迹规划示意图；
图2为本发明的分布式雷达目标的三维雷达模拟器的航迹规划示意图；
图3为本发明的系统结构示意图。
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，所描述的实施例仅仅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。
请参阅图2-3，本发明提供一种技术方案：用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划系统，以图2的系统为例。系统由地面系统和两架无人机组成(即无人机A和无人机B)。地面系统包括通信收发模块和航迹规划模块。其中，通信收发模块采用现有无线通信技术，包括无线局域网(WLAN)、第3/4/5代移动通信收发模块等，完成地面系统与两架无人机之间的数据交互。航迹规划模块为数字信号处理模块，可由FPGA、DSP、CPU等构成的计算模块。无人机由通信收发模块、飞控系统以及射频系统组成。其中，通信收发模块与地面设备的通信收发模块构成通信的收发对，实现一收一发和一发一收功能。射频系统接收通信模块的电子载荷延时时间信息，实现雷达目标模拟信号的收发。飞控系统接收通信模块的航迹、时间序列信息，实现无人机的飞行控制。
用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法及系统具体工作流程如下：
1)航迹规划模块定义被模拟目标的航迹的大地坐标为L0(t),B0(t),H0(t)，其中t为模拟目标航迹的起始到终止时间，取值范围为[0,T]，T为目标飞行的时间；选择量化时间步长▽T，对模拟目标的航迹量化，获取航迹在k▽T时刻的点迹L0(k),B0(k),H0(k)；L0、B0和H0分别是目标航迹的经度、纬度和高度；雷达A的大地坐标的经度、纬度和高度为(LA，BA，HA)；雷达B的大地坐标的经度、纬度和高度为(LB，BB，HB)；
2)航迹规划模块利用现有技术，将上述大地坐标转换为空间坐标；
3)航迹规划模块利用现有技术，将航迹的空间坐标转换为以雷达A为原点的直角坐标以及以雷达B为原点的直角坐标；
4)航迹规划模块利用现有技术，将步骤3)的航迹的直角坐标转换为以雷达A为原点的极坐标以及以雷达B为原点的极坐标；
5)航迹规划模块在雷达A极坐标系获取目标航迹的极坐标；
6)航迹规划模块在雷达与模拟目标航迹的起始点的连线上选择无人机A航迹的起始点，获取比例因子RA，其值为雷达到无人机A起点距离与雷达A到模拟目标航迹起始点距离的比值；
7)航迹规划模块根据无人飞行器A部署的位置，确定比例因子RA；
8)航迹规划模块利用等比例缩放的原理，利用比例因子RA，确定无人机航迹点；
9)航迹规划模块根据目标航迹极坐标的径向距离和比例因子RA，计算无人飞行器A航迹的电子载荷延时时间；
10)航迹规划模块在雷达B极坐标系获取目标航迹的极坐标；
11)航迹规划模块在雷达与模拟目标航迹的起始点的连线上选择无人机B航迹的起始点，获取比例因子RB，其值为雷达到无人机B起点距离与雷达B到模拟目标航迹起始点距离的比值；
12)航迹规划模块根据无人飞行器B部署的位置，确定比例因子RB；
13)航迹规划模块利用等比例缩放的原理，利用比例因子RB，确定无人机航迹点；
14)航迹规划模块根据目标航迹极坐标的径向距离和比例因子RB，计算无人飞行器B航迹的电子载荷延时时间；
15)航迹规划模块通过通信收发模块，将量化的时间序列以及无人机A的航迹坐标发送给无人机飞控系统控制其飞行；将量化的时间序列、无人机A电子载荷延时时间序列发送给射频系统，控制模拟电磁信号的发射；
16)航迹规划模块通过通信收发模块，将量化的时间序列以及无人机B的航迹坐标发送给无人机飞控系统控制其飞行；将量化的时间序列、无人机B电子载荷延时时间序列发送给射频系统，控制模拟电磁信号的发射。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，对于本领域的普通技术人员而言，可以理解在不脱离本发明的原理和精神的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由所附权利要求及其等同物限定。

Claims (6)

1.用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法，其特征在于包括如下步骤：
S1,获取雷达A、雷达B的坐标以及被模拟的目标航迹坐标的表达式；
S2,以雷达A为坐标原点，建立直角坐标系A；获取目标航迹在坐标系A的表达式；对航迹的表达式进行时间上的量化，获取航迹点；
S3,以雷达B为坐标原点，建立直角坐标系B；获取目标航迹在坐标系B的表达式；采用与步骤S2相同的时间量化步长对目标航迹在坐标系B的表达式进行量化，获取目标航迹点；
S4,以雷达A为坐标原点，建立极坐标系，并获取目标航迹的极坐标；
S5,根据无人飞行器A部署的位置，确定比例因子RA；
S6,根据目标航迹的极坐标的径向距离和比例因子RA，计算无人飞行器A的电子载荷延时时间；
S7,根据目标航迹的极坐标和比例因子RA，获取无人机A的航迹坐标；
S8,以雷达B为坐标原点，建立极坐标系，并获取目标航迹的极坐标；
S9,根据无人飞行器B部署的位置，确定比例因子RB；
S10,根据目标航迹极坐标的径向距离和比例因子RB，计算无人飞行器B的电子载荷延时时间；
S11,根据目标航迹极坐标和比例因子RB，获取无人机B的航迹坐标；
S12,将量化的时间序列、无人机A的航迹坐标以及电子载荷延时时间发送给无人机飞控系统，控制其飞行；
S13,将量化的时间序列、无人机B的航迹坐标以及电子载荷延时时间发送给无人机飞控系统，控制其飞行。
2.根据权利要求1所述的用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划方法，其特征在于：所述步骤S2和S3中的量化步长根据目标模拟精度、实现复杂度综合考虑进行确定。
3.用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划系统，包括无人机A和地面系统，其特征在于：还包括无人机B，所述地面系统包括通信收发模块和航迹规划模块，所述无人机A和无人机B包括通信收发模块、射频系统和飞控系统。
4.根据权利要求3所述的用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划系统，其特征在于：所述通信 收发模块为无线局域网或者第3/4/5代移动通信收发模块。
5.根据权利要求3所述的用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划系统，其特征在于：所述航迹规划模块为数字信号处理模块。
6.根据权利要求5所述的用于分布式雷达目标模拟的多无人机航迹规划系统，其特征在于：所述数字信号处理模块采用FPGA、DSP或者CPU构成的计算模块。
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