CN113640589A - 基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统、方法及介质 - Google Patents

基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统、方法及介质 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统、方法及介质，包括：步骤1：设置辐射信号监测的初始配置参数；步骤2：利用修正视线角指令驱动二维云台指向阵列辐射天线；步骤3：二维云台执行到位后，实测阵列天线辐射信号功率大小；步骤4：利用修正视线角指令确定辐射信号监测的偏心测量误差；步骤5：利用偏心测量误差对阵列天线辐射信号功率实测值进行补偿。本发明通过修正二维云台视线角指令，实现接收天线指向阵列辐射信号中心，结合辐射信号监测的偏心测量误差对实测信号功率值进行补偿，提高了辐射信号监测系统信号功率测量精度，提高了半实物仿真试验结果数据置信度。

Description

基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统、方法及介质
技术领域
本发明涉及射频制导半实物仿真技术领域，具体地，涉及一种基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统、方法及介质。
背景技术
射频制导半实物仿真试验是先进武器研制过程必不可少的仿真方法和手段。为了提高试验结果置信度，需要一种可以偏心测量的辐射信号监测系统，验证试验过程中信号功率是否达标。为了解决接收天线偏离阵面回转中心降低功率测量精度的问题，需要一种用于辐射信号监测系统偏心测量的补偿方法，用于消除偏心引入的系统误差，提高信号功率测量精度。
专利文献CN112379603A(申请号：CN202011204867.0)公开了一种射频制导仿真中捷联导引头安装偏心的补偿系统及方法，所述系统包括辐射信号天线、导引头、控制单元；所述的辐射信号天线固定于暗室中且位置已知，用于进行目标模拟；所述导引头安装在转台上，跟随转台转动探测目标辐射信息，给出体视线角；所述控制单元求解转台转角，使得导引头天线口面中心点与辐射信号天线位置的相对空间位置关系正好满足期望的体视线角，并根据求解的转台转角控制转台转动对应的角度，消除导引头安装偏心引入的测量偏差。然而，目前辐射信号监测系统测量信号功率的方式需要将被试设备从飞行转台上拆除，并将接收天线安置在阵列球面回转中心上，存在系统构建周期长，操作繁琐，而且无法同时进行半实物仿真试验等问题，无法有效验证试验过程中辐射信号是否达标，降低试验结果置信度。
发明内容
针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统、方法及介质。
根据本发明提供的基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统，包括：辐射信号监测模块、主控计算机和补偿模块；
所述辐射信号监测模块包括接收天线、二维云台和数据采集处理平台；
所述主控计算机用于控制仿真试验流程，下发视线角指令；
所述补偿模块包括视线角指令修正模块、系统误差确定模块和功率误差补偿模块；
所述接收天线固定在二维云台内框，用于接收阵列天线辐射信号；
所述二维云台固定在射频暗室内，用于执行修正视线角指令；
所述数据采集处理平台对接收信号进行变频和数据处理，用于测量信号功率；
所述视线角指令修正模块生成修正视线角指令，用于驱动二维云台实现偏转；
所述系统误差确定模块利用修正视线角指令，根据辐射天线方向图模型和辐射信号空间衰减模型，确定辐射信号监测的偏心测量误差；
所述功率误差补偿模块利用偏心测量误差对辐射信号功率实测数据进行补偿。
根据本发明提供的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，包括如下步骤：
步骤1：设置辐射信号监测的初始配置参数；
步骤2：利用修正视线角指令驱动二维云台指向阵列辐射天线；
步骤3：二维云台执行到位后，实测阵列天线辐射信号功率大小；
步骤4：利用修正视线角指令确定辐射信号监测的偏心测量误差；
步骤5：利用偏心测量误差对阵列天线辐射信号功率实测值进行补偿。
优选的，所述步骤1为试验准备阶段，包括：
所述初始配置参数包括阵列球面半径、视线角范围、接收天线位置坐标及试验频点；
所述视线角范围包括高度角范围和视线角范围；
所述接收天线位置在试验室坐标系中描述，所述试验室坐标系以阵列球面回转中心为原点，X轴为水平面内过原点指向阵列中心的直线，指向阵列中心为正方向，Y轴垂直于水平面，竖直向上为正方向，Z轴满足右手定则。
优选的，所述步骤2实时仿真阶段，包括：
步骤2.1：在一个仿真周期内，视线角指令修正模块通过反射内存网络读取主控计算机下发的视线角指令，并计算辐射信号中心在试验室坐标系中的坐标；所述反射内存网络用于实时数据及信息交互；
步骤2.2：根据辐射中心坐标，结合初始配置参数，生成修正视线角指令；
步骤2.3：通过串口通讯将修正视线角指令传递给二维云台进行驱动。
优选的，生成修正视线角指令的计算公式为：
εs＝sin-1(ΔY/ΔR)
Figure BDA0003173319280000031
其中：εs表示修正视线高低角，单位rad；ΔY表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中Y向的投影长度，单位m；ΔR表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量的模，单位m；βs表示修正视线方位角，单位rad；ΔX表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中X向的投影长度，单位m；ΔZ表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中Z向的投影长度，单位m。
优选的，所述步骤3为实时仿真阶段，包括：
步骤3.1：在同一个仿真周期内，二维云台响应修正视线角指令并执行到位；
步骤3.2：接收天线指向阵列辐射信号中心接收信号；
步骤3.3：数据采集处理平台对接收信号进行下变频处理，并进行时频域分析处理，输出信号实测功率值。
优选的，所述步骤4为实时仿真阶段，包括：
在同一个仿真周期内，系统误差确定模块接收视线角指令修正模块输出指令，根据辐射天线方向图模型和辐射信号空间衰减模型，确定初始配置参数下的辐射信号监测的偏心测量误差。
优选的，所述偏心测量误差包括辐射角度功率误差和传输距离功率误差；
所述辐射角度功率误差的计算公式为：
ΔPα＝f(α1)-f(α)…………(2)
所述传输距离功率误差的计算公式为：
ΔPr＝10log(λ2/(4πR1)2)-10log(λ2/(4πR)2)…………(3)
其中：α表示信号辐射中心坐标与阵列球面回转中心坐标构成的矢量与试验室坐标系X轴负方向的夹角，单位rad；α1表示信号辐射中心坐标与接收天线位置坐标构成的矢量与试验室坐标系X轴负方向的夹角，单位rad；f(α)表示根据实验测得的天线辐射功率随方向变化的数据，拟合的天线方向图函数；λ表示初始配置参数中试验频点对应的射频信号波长，单位m；R1表示辐射信号中心与接收天线的距离，单位m；R表示辐射信号中心与阵列球面回转中心的距离，单位m。
优选的，所述步骤5为实时仿真阶段，包括：
在同一个仿真周期内，功率误差补偿模块通过反射内存网络读取数据采集处理平台信号功率实测数据，利用偏心测量误差对实测数据进行补偿，并将补偿后的信号功率数据写回主控计算机。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：
本发明通过修正二维云台视线角指令，实现接收天线指向阵列辐射信号中心，结合辐射信号监测的偏心测量误差对实测信号功率值进行补偿，提高了辐射信号监测系统信号功率测量精度，提高了半实物仿真试验结果数据置信度，解决了现有技术工程实现复杂、建设周期长、无法兼顾仿真试验等不足。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：
图1为本发明的系统原理组成框图；
图2为本发明的辐射信号监测的偏心测量功率误差示意图。
具体实施方式
下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。以下实施例将有助于本领域的技术人员进一步理解本发明，但不以任何形式限制本发明。应当指出的是，对本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变化和改进。这些都属于本发明的保护范围。
实施例1：
本发明提供了一种用于辐射信号监测系统偏心测量的补偿方法，通过修正接收天线空间指向，并对实测数据进行补偿的方式，消除偏心测量引入的信号功率测量系统误差，提高辐射信号监测系统信号功率测量精度，提高半实物仿真试验结果数据置信度。
系统原理组成框图如图1所示，辐射信号监测系统偏心测量补偿方法的实施包含辐射信号监测系统、主控计算机和补偿单元；
所述辐射信号监测系统包括接收天线、二维云台、数据采集处理平台；
所述主控计算机用于控制仿真试验流程，下发视线角指令；
所述补偿单元包括视线角指令修正模块、系统误差确定模块和功率误差补偿模块；
所述接收天线固定在二维云台内框且位置已知，用于接收阵列天线辐射信号；
所述二维云台固定在射频暗室内，具有高低和方位两个运动自由度，用于执行修正视线角指令；
所述数据采集处理平台对接收信号进行变频和数据处理，用于测量信号功率；
所述视线角指令修正模块生成修正视线角指令，用于驱动二维云台实现偏转；
所述系统误差确定模块利用修正视线角指令，根据辐射天线方向图模型和辐射信号空间衰减模型，用于确定辐射信号监测系统偏心测量系统误差；
所述功率误差补偿模块利用系统误差对辐射信号功率实测数据进行补偿。
根据本发明提供的用于辐射信号监测系统偏心测量的补偿方法，包括如下步骤：
步骤1、确定辐射信号监测系统初始配置参数；
步骤2、利用修正视线角指令驱动二维云台，带动接收天线指向阵列辐射信号中心；
步骤3、二维云台执行到位后，实测阵列天线辐射信号功率大小；
步骤4、利用步骤2的修正视线角指令确定辐射信号监测系统偏心测量系统误差；
步骤5、利用步骤4确定的系统误差对步骤3的信号功率实测值进行补偿。
实施例2：
实施例2为实施例1的优选例。
本发明提出了一种用于辐射信号监测系统偏心测量的补偿方法，能提高信号功率测量精度，提高半实物仿真试验结果数据置信度。具体通过如下步骤实现：
步骤一、确定辐射信号监测系统初始配置参数；
具体：步骤一对应阶段为试验准备阶段，所述初始配置参数包括阵列球面半径、视线角范围、接收天线位置坐标及试验频点；所述视线角范围包括高度角范围和视线角范围；所述接收天线位置在试验室坐标系中描述；所述试验室坐标系以阵列球面回转中心为原点，X轴为水平面内过原点指向阵列中心的直线，指向阵列中心为正方向，Y轴垂直于水平面，竖直向上为正方向，Z轴满足右手定则；
步骤二、利用修正视线角指令驱动二维云台指向阵列辐射天线；
具体：步骤二对应阶段为实时仿真阶段，在一个仿真周期内，视线角指令修正模块通过反射内存网络读取主控计算机下发的视线角指令，并计算辐射信号中心在试验室坐标系中的坐标；根据辐射中心坐标，结合步骤一初始配置参数，根据公式(1)生成修正视线角指令；通过串口通讯将控制指令传递给二维云台进行驱动；所述反射内存网络用于实时数据及信息交互；
εs＝sin-1(ΔY/ΔR)
Figure BDA0003173319280000061
其中：εs表示修正视线高低角，单位rad；ΔY表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中Y向的投影长度，单位m；ΔR表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量的模，单位m；βs表示修正视线方位角，单位rad；ΔX表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中X向的投影长度，单位m；ΔZ表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中Z向的投影长度，单位m。
步骤三、二维云台执行到位后，实测阵列天线辐射信号功率大小；
具体：步骤三对应阶段为实时仿真阶段，在同一个仿真周期内，二维云台响应修正视线角指令并执行到位；接收天线指向阵列辐射信号中心接收信号；数据采集处理平台对接收信号进行下变频处理，并进行时频域分析处理，输出信号实测功率值；
步骤四、利用步骤二的修正视线角指令确定辐射信号监测系统偏心测量系统误差；
具体：步骤四对应阶段为实时仿真阶段，在同一个仿真周期内，系统误差确定模块接收视线角指令修正模块输出指令，根据辐射天线方向图模型和辐射信号空间衰减模型，确定步骤一初始配置参数下的辐射信号监测系统偏心测量功率系统误差，如图2所示；所述系统误差包括辐射角度功率误差和传输距离功率误差；所述辐射角度功率误差如式(2)所示；所述传输距离功率误差如式(3)所示。
ΔPα＝f(α1)-f(α)…………(2)
ΔPr＝10log(λ2/(4πR1)2)-10log(λ2/(4πR)2)…………(3)
其中：α表示信号辐射中心坐标与阵列球面回转中心坐标构成的矢量与试验室坐标系X轴负方向的夹角，单位rad；α1表示信号辐射中心坐标与接收天线位置坐标构成的矢量与试验室坐标系X轴负方向的夹角，单位rad；f(α)表示根据实验测得的天线辐射功率随方向变化的数据，拟合的天线方向图函数；λ表示初始配置参数中试验频点对应的射频信号波长，单位m；R1表示辐射信号中心与接收天线的距离，单位m；R表示辐射信号中心与阵列球面回转中心的距离，单位m。
步骤五、利用步骤四确定的系统误差对步骤三的信号功率实测值进行补偿。
具体：步骤五对应阶段为实时仿真阶段，在同一个仿真周期内，功率误差补偿模块通过反射内存网络读取数据采集处理平台信号功率实测数据，利用步骤四确定的系统误差对实测数据进行补偿，并将补偿后的信号功率数据写回主控计算机。
根据本发明提供的一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，所述计算机程序被处理器执行时实现上述的方法的步骤。
本领域技术人员知道，除了以纯计算机可读程序代码方式实现本发明提供的系统、装置及其各个模块以外，完全可以通过将方法步骤进行逻辑编程来使得本发明提供的系统、装置及其各个模块以逻辑门、开关、专用集成电路、可编程逻辑控制器以及嵌入式微控制器等的形式来实现相同程序。所以，本发明提供的系统、装置及其各个模块可以被认为是一种硬件部件，而对其内包括的用于实现各种程序的模块也可以视为硬件部件内的结构；也可以将用于实现各种功能的模块视为既可以是实现方法的软件程序又可以是硬件部件内的结构。
以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变化或修改，这并不影响本发明的实质内容。在不冲突的情况下，本申请的实施例和实施例中的特征可以任意相互组合。

Claims (10)

1.一种基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统，其特征在于，包括：辐射信号监测模块、主控计算机和补偿模块；
所述辐射信号监测模块包括接收天线、二维云台和数据采集处理平台；
所述主控计算机用于控制仿真试验流程，下发视线角指令；
所述补偿模块包括视线角指令修正模块、系统误差确定模块和功率误差补偿模块；
所述接收天线固定在二维云台内框，用于接收阵列天线辐射信号；
所述二维云台固定在射频暗室内，用于执行修正视线角指令；
所述数据采集处理平台对接收信号进行变频和数据处理，用于测量信号功率；
所述视线角指令修正模块生成修正视线角指令，用于驱动二维云台实现偏转；
所述系统误差确定模块利用修正视线角指令，根据辐射天线方向图模型和辐射信号空间衰减模型，确定辐射信号监测的偏心测量误差；
所述功率误差补偿模块利用偏心测量误差对辐射信号功率实测数据进行补偿。
2.一种基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，采用权利要求1所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿系统，包括如下步骤：
步骤1：设置辐射信号监测的初始配置参数；
步骤2：利用修正视线角指令驱动二维云台指向阵列辐射天线；
步骤3：二维云台执行到位后，实测阵列天线辐射信号功率大小；
步骤4：利用修正视线角指令确定辐射信号监测的偏心测量误差；
步骤5：利用偏心测量误差对阵列天线辐射信号功率实测值进行补偿。
3.根据权利要求2所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，所述步骤1为试验准备阶段，包括：
所述初始配置参数包括阵列球面半径、视线角范围、接收天线位置坐标及试验频点；
所述视线角范围包括高度角范围和视线角范围；
所述接收天线位置在试验室坐标系中描述，所述试验室坐标系以阵列球面回转中心为原点，X轴为水平面内过原点指向阵列中心的直线，指向阵列中心为正方向，Y轴垂直于水平面，竖直向上为正方向，Z轴满足右手定则。
4.根据权利要求3所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，所述步骤2实时仿真阶段，包括：
步骤2.1：在一个仿真周期内，视线角指令修正模块通过反射内存网络读取主控计算机下发的视线角指令，并计算辐射信号中心在试验室坐标系中的坐标；所述反射内存网络用于实时数据及信息交互；
步骤2.2：根据辐射中心坐标，结合初始配置参数，生成修正视线角指令；
步骤2.3：通过串口通讯将修正视线角指令传递给二维云台进行驱动。
5.根据权利要求4所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，生成修正视线角指令的计算公式为：
εs＝sin-1(ΔY/ΔR)
Figure FDA0003173319270000021
其中：εs表示修正视线高低角，单位rad；ΔY表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中Y向的投影长度，单位m；ΔR表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量的模，单位m；βs表示修正视线方位角，单位rad；ΔX表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中X向的投影长度，单位m；ΔZ表示接收天线位置坐标与辐射信号中心坐标构成的矢量在试验室坐标系中Z向的投影长度，单位m。
6.根据权利要求2所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，所述步骤3为实时仿真阶段，包括：
步骤3.1：在同一个仿真周期内，二维云台响应修正视线角指令并执行到位；
步骤3.2：接收天线指向阵列辐射信号中心接收信号；
步骤3.3：数据采集处理平台对接收信号进行下变频处理，并进行时频域分析处理，输出信号实测功率值。
7.根据权利要求2所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，所述步骤4为实时仿真阶段，包括：
在同一个仿真周期内，系统误差确定模块接收视线角指令修正模块输出指令，根据辐射天线方向图模型和辐射信号空间衰减模型，确定初始配置参数下的辐射信号监测的偏心测量误差。
8.根据权利要求7所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，所述偏心测量误差包括辐射角度功率误差和传输距离功率误差；
所述辐射角度功率误差的计算公式为：
ΔPα＝f(α1)-f(α)…………(2)
所述传输距离功率误差的计算公式为：
ΔPr＝10log(λ2/(4πR1)2)-10log(λ2/(4πR)2)…………(3)
其中：α表示信号辐射中心坐标与阵列球面回转中心坐标构成的矢量与试验室坐标系X轴负方向的夹角，单位rad；α1表示信号辐射中心坐标与接收天线位置坐标构成的矢量与试验室坐标系X轴负方向的夹角，单位rad；f(α)表示根据实验测得的天线辐射功率随方向变化的数据，拟合的天线方向图函数；λ表示初始配置参数中试验频点对应的射频信号波长，单位m；R1表示辐射信号中心与接收天线的距离，单位m；R表示辐射信号中心与阵列球面回转中心的距离，单位m。
9.根据权利要求2所述的基于辐射信号监测的偏心测量补偿方法，其特征在于，所述步骤5为实时仿真阶段，包括：
在同一个仿真周期内，功率误差补偿模块通过反射内存网络读取数据采集处理平台信号功率实测数据，利用偏心测量误差对实测数据进行补偿，并将补偿后的信号功率数据写回主控计算机。
10.一种存储有计算机程序的计算机可读存储介质，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求2至9中任一项所述的方法的步骤。
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