CN114089303A - 一种一维dbf雷达搜索模式与跟踪模式切换方案 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种一维DBF雷达搜索模式与跟踪模式切换方案，包括搜索模式切换跟踪模式、跟踪模式的配置更新、跟踪模式切换搜索模式三部分。搜索模式下，伺服匀速转动探测目标并建立航迹；当指定航迹进行跟踪时，计算跟踪模式初始伺服指向方位和跟踪波束俯仰下标列表，待伺服的指向方位转动到初始方位角附近，指控伺服停止，配置初始指向方位和跟踪波束俯仰下标列表，进入跟踪模式。跟踪模式下，根据航迹方位角和俯仰下标配置更新伺服指向方位和跟踪波束俯仰下标列表。当跟踪目标连续多次丢失或者指控退出跟踪时，配置伺服匀速转动，切换到搜索模式。本方案能够缩小模式切换的耗时并有效规避异常值带来的影响，具有较高的工程应用价值。

Description

一种一维DBF雷达搜索模式与跟踪模式切换方案

技术领域

本发明属于雷达数据处理技术领域，特别是一种雷达搜索模式与跟踪模式切换方案。

背景技术

雷达数据处理是信号处理后的处理过程，雷达数据处理过程的输入为雷达信号处理形成的目标点迹。点迹信息包含了目标的距离、方位、俯仰和回波能量等。雷达数据处理通过对多圈扫描获得的量测集进行关联获得目标航迹。在成功起始目标航迹后，通过滤波算法，数据处理能够修正雷达对目标位置、速度的测量误差，精确地估计出目标真实信息。通过对目标的持续观测，系统能够提供目标的位置、速度、加速度、落点等信息。

雷达数据处理和雷达硬件在搜索模式和跟踪模式时的工作过程是不同的，需要雷达上位机在模式切换时对雷达硬件和数据处理流程作出相应工作切换，并在跟踪过程中对配置进行实时的更新。在搜索模式时，雷达伺服匀速转动带动360度全方位的多圈扫描，探测范围内所有的目标；而跟踪模式时，雷达伺服需要按照目标方位更新伺服指向方位以便精准跟踪指定目标。因此，在模式切换的过程中会产生两个问题，一是伺服从匀速转动到指向跟踪初始方位的耗时，二是如何保持波束中心指向目标。

经查找，目前没有相关类似专利。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雷达搜索模式与跟踪模式的切换方案，用于优化搜索模式切换跟踪模式指向目标的耗时和保持波束中心指向目标的问题。

实现本发明目的的技术解决方案步骤为：

步骤1：雷达在搜索模式下，伺服顺时针转动对360度全方位进行搜索，探测目标并建立航迹，当雷达操作员或者指控中心选择某个目标航迹进行跟踪时，遍历所有航迹确认需要跟踪的航迹是否存在，若存在转步骤2，否则进入跟踪模式失败；

步骤2：根据目标航迹的方位和当前的伺服指向方位，计算伺服转动到目标方位所需的时间，然后以此外推航迹，更新方位角和俯仰角信息，初始化跟踪模式的伺服指向方位和4个跟踪波束俯仰下标，准备从搜索模式切换到跟踪模式；

步骤3：待伺服的指向方位转动到与初始方位角的角度差小于等于预定的阈值时，发送伺服停止指令，伺服停止后再发送初始指向方位和4个初始俯仰波束下标指令，进入跟踪模式；

步骤4：在跟踪模式中每收到4个跟踪波束的数据，进行点迹凝聚，若存在符合门限的点迹，则转步骤5，否则转步骤8；

步骤5：进行航迹相关和更新，如果更新后的航迹方位角与波束中心的偏移角的差值绝对值超过预设阈值的次数超过预设的次数阈值，或者航迹的俯仰下标不等于当前跟踪俯仰波束中间下标的次数超过预设的次数阈值，则根据航迹的方位角和俯仰波束下标计算更新伺服指向方位和4个跟踪波束俯仰下标，发送配置指令；

步骤6：若收到退出跟踪模式的指令，转步骤7，否则转步骤4；

步骤7：将跟踪模式的航迹转移到搜索模式下对应的扇区中，指控伺服停止，发送搜索模式初始化的波形参数、伺服转动配置等指令，切换搜索模式；

步骤8：如果目标连续缺失点迹的次数超过预设的次数阈值，转步骤7；否则预测一个点，转步骤5。

其中，步骤2中计算伺服转动到目标方位所需的时间，包括：

从当前的伺服指向方位转向到目标航迹的方位，需要两个过程，第一个过程是从当前的伺服指向方位转到目标航迹的方位附近后伺服停止，第二个过程是控制伺服精准指向初始伺服指向方位进入跟踪模式。

首先，计算伺服从当前的伺服指向方位转到目标航迹的方位的时间。其计算公式为：

再者，计算从搜索模式切换到跟踪模式这一过程中雷达上位机向硬件发送指令报文的时间，即指控时间。假定传输报文和响应的时间可以忽略不计，则指控时间为模式切换函数中不同指令报文发送的人为延迟时间，即为权利要求1所描述的步骤3中的发送各类指控报文的间隔时间。

因此，伺服转动到目标方位所需的时间＝指控时间+伺服指向时间。

其中，步骤2中外推航迹，更新方位角和俯仰角信息，方法如下：

假定当前目标航迹信息为(x，y，z，v_x，v_y，v_z)，从当前伺服指向方位转动到目标方位需要的时间为t，外推后的点为(x_p，y_p，z_p)，其中(x，y，z)、(x_p，y_p，z_p)为三维坐标系的位置信息，(v_x，v_y，v_z)分别对应(x，y，z)方向的速度，外推公式为：

通过外推后的三维坐标信息得到外推后的初始方位角度信息

和初始俯仰角度信息θ，转换公式为：

附图说明

图1是搜索模式切换跟踪模式方案流程图。

图2是当前伺服方位指向跟踪初始方位过程图。

图3是跟踪波束俯仰下标选择方式图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明确，以下参照附图对本发明进一步详细说明。

本发明是一种一维DBF雷达搜索模式与跟踪模式切换方案，流程图见图1，主要步骤为：

步骤1：雷达在搜索模式下，伺服顺时针转动对360度全方位进行搜索，探测目标并建立航迹，当雷达操作员或者指控中心选择某个目标航迹进行跟踪时，遍历所有航迹确认需要跟踪的航迹是否存在，若存在转步骤2，否则进入跟踪模式失败；

步骤2：根据目标航迹的方位和当前的伺服指向方位，计算伺服转动到目标方位所需的时间，然后以此外推航迹，更新方位角和俯仰角信息，初始化跟踪模式的伺服指向方位和4个跟踪波束俯仰下标，准备从搜索模式切换到跟踪模式；

步骤3：待伺服的指向方位转动到与初始方位角的角度差小于等于预定的阈值时，发送伺服停止指令，伺服停止后再发送初始指向方位和4个初始俯仰波束下标指令，进入跟踪模式；

步骤4：在跟踪模式中每收到4个跟踪波束的数据，进行点迹凝聚，若存在符合门限的点迹，则转步骤5，否则转步骤8；

步骤5：进行航迹相关和更新，如果更新后的航迹方位角与波束中心的偏移角的差值绝对值超过预设阈值的次数超过预设的次数阈值，或者航迹的俯仰下标不等于当前跟踪俯仰波束中间下标的次数超过预设的次数阈值，则根据航迹的方位角和俯仰波束下标计算更新伺服指向方位和4个跟踪波束俯仰下标，发送配置指令；

步骤6：若收到退出跟踪模式的指令，转步骤7，否则转步骤4；

步骤7：将跟踪模式的航迹转移到搜索模式下对应的扇区中，指控伺服停止，发送搜索模式初始化的波形参数、伺服转动配置等指令，切换搜索模式；

步骤8：如果目标连续缺失点迹的次数超过预设的次数阈值，转步骤7；否则预测一个点，转步骤5。

其中，步骤2中计算伺服转动到目标方位所需的时间，包括：

从当前的伺服指向方位转向到目标航迹的方位，需要两个过程，第一个过程是从当前的伺服指向方位转到目标航迹的方位附近后伺服停止，第二个过程是控制伺服精准指向初始伺服指向方位进入跟踪模式。过程如图2所示。

首先，计算伺服从当前的伺服指向方位转到目标航迹的方位的时间。其计算公式为：

再者，计算从搜索模式切换到跟踪模式这一过程中雷达上位机向硬件发送指令报文的时间，即指控时间。假定传输报文和响应的时间可以忽略不计，则指控时间为模式切换函数中不同指令报文发送的人为延迟时间，即为权利要求1所描述的步骤3中的发送各类指控报文的间隔时间。

因此，伺服转动到目标方位所需的时间＝指控时间+伺服指向时间。

其中，步骤2中外推航迹，更新方位角和俯仰角信息，方法如下：

假定当前目标航迹信息为(x，y，z，v_x，v_y，v_z)，从当前伺服指向方位转动到目标方位需要的时间为t，外推后的点为(x_p，y_p，z_p)，其中(x，y，z)、(x_p，y_p，z_p)为三维坐标系的位置信息，(v_x，v_y，v_z)分别对应(x，y，z)方向的速度，外推公式为：

通过外推后的三维坐标信息得到外推后的初始方位角度信息

和初始俯仰角度信息θ，转换公式为：

4个跟踪波束的初始俯仰下标选择如图3所示。

实施例1

在搜索模式下收到进入跟踪模式指令的情况：

1、遍历当前存在的所有航迹，若存在需要跟踪的目标，则进行模式切换，否则，进入跟踪模式失败；

2、通过目标航迹的当前位置信息，进行外推。

假定需要跟踪的目标当前所在方位为90°，当前伺服指向为270°，伺服顺时针以120°/s的速度匀速转动，则伺服转动到目标方位的时间为(270-90)/120＝1.5s，假定模式切换函数中发送指控的人为延迟总时间为0.7s，则伺服从当前位置指向目标方位进入跟踪模式需要的时间为1.5+0.7＝2.2s。

假定目标当前所处三维直角坐标系中的位置为(0，2000，1500)，各方向速度为(12，13，0)，则推出进入跟踪模式时目标所在位置为

(0+12×2.2，2000+13×2.2，1500+0×2.2)＝(26.4，2028.6，1500)

因此得出跟踪模式初始方位为

假定目标当前所在波束下标为6，则4个跟踪波束初始下标为5、6、7、8。

3、待伺服转到跟踪模式初始方位的附近时，假定阙值为25°，即转到115°时，发送伺服停止指令，伺服停止后再发送指向指令精确指向89.25°进入跟踪模式。指向模式转动速度一般小于雷达正常转速，假定为45°/s。本发明方案相比于伺服直接停下再指向的策略，优化时间即为雷达正常匀速转动转动的角度所节省的时间：

实施例2

在跟踪模式下对各类配置进行更新的情况：

基于对4个跟踪波束的点迹数据，进行点迹凝聚、航迹相关；

1、更新距离模式。假定目标当前距离为4500m，距离模式划分为模式1(800，2000)、模式2(2000，4000)、模式3(4000，5500)，通过划分范围判断，当前目标距离应当对应模式3，若当前雷达模式不匹配模式3，则更新距离模式为模式3，对相应波形参数进行更新指控；若模式匹配，则无需更新。

2、更新伺服方位指向。假定目标当前方位为30°，当前伺服指向为30.5°，其方位差为0.5°，假定阙值为0.3°，次数阙值为2，则由于0.5＞0.3超过阙值，且超出次数阙值，则需要对伺服指向进行更新；若未超过阙值，则无需更新。

3、更新跟踪波束俯仰下标。除边界下标，其余波束下标选择如图3所示。假设目标当前波束下标为6，次数阙值为2。当前4个跟踪波束下标为3、4、5、6，且超出次数阙值，则需要更新跟踪俯仰波束下标为4、5、6、7；若当前4个跟踪波束下标为6、7、8、9，且超出次数阙值，则需要更新为5、6、7、8；若当前4个跟踪波束下标符合选择标准或未超出次数阙值，则无需更新。

Claims (3)

1.一种一维DBF雷达搜索模式与跟踪模式切换方案，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1：雷达在搜索模式下，伺服顺时针转动对360度全方位进行搜索，探测目标并建立航迹，当雷达操作员或者指控中心选择某个目标航迹进行跟踪时，遍历所有航迹确认需要跟踪的航迹是否存在，若存在转步骤2，否则进入跟踪模式失败；

步骤2：根据目标航迹的方位和当前的伺服指向方位，计算伺服转动到目标方位所需的时间，然后以此外推航迹，更新方位角和俯仰角信息，初始化跟踪模式的伺服指向方位和4个跟踪波束俯仰下标，准备从搜索模式切换到跟踪模式；

步骤3：待伺服的指向方位转动到与初始方位角的角度差小于等于预定的阈值时，发送伺服停止指令，伺服停止后再发送初始指向方位和4个初始俯仰波束下标指令，进入跟踪模式；

步骤4：在跟踪模式中每收到4个跟踪波束的数据，进行点迹凝聚，若存在符合门限的点迹，则转步骤5，否则转步骤8；

步骤5：进行航迹相关和更新，如果更新后的航迹方位角与波束中心的偏移角的差值绝对值超过预设阈值的次数超过预设的次数阈值，或者航迹的俯仰下标不等于当前俯仰跟踪波束中间下标的次数超过预设的次数阈值，则根据航迹的方位角和俯仰波束下标计算更新伺服指向方位和4个跟踪波束俯仰下标，发送配置指令；

步骤6：若收到退出跟踪模式的指令，转步骤7，否则转步骤4；

步骤7：将跟踪模式的航迹转移到搜索模式下对应的扇区中，指控伺服停止，发送搜索模式初始化的波形参数、伺服转动配置等指令，切换搜索模式；

步骤8：如果目标连续缺失点迹的次数超过预设的次数阈值，转步骤7；否则预测一个点，转步骤5。

2.根据权利要求1所描述的一种一维DBF雷达搜索模式与跟踪模式切换方案，其特征在于根据目标航迹的方位和当前的伺服指向方位，计算伺服转动到目标方位所需的时间，包括：

从当前的伺服指向方位转向到目标航迹的方位，需要两个过程，第一个过程是从当前的伺服指向方位转到目标航迹的方位附近后伺服停止，第二个过程是控制伺服精准指向初始伺服指向方位进入跟踪模式。

首先，计算伺服从当前的伺服指向方位转到目标航迹的方位的时间。其计算公式为：

再者，计算从搜索模式切换到跟踪模式这一过程中雷达上位机向硬件发送指令报文的时间，即指控时间。假定传输报文和响应的时间可以忽略不计，则指控时间为模式切换函数中不同指令报文发送的人为延迟时间，即为权利要求1所描述的步骤3中的发送各类指控报文的间隔时间。

因此，伺服转动到目标方位所需的时间＝指控时间+伺服指向时间。

3.根据权利要求1所描述的一种一维DBF雷达搜索模式与跟踪模式切换方案，其特征在于外推航迹，更新方位角和俯仰角信息，方法如下：

假定当前目标航迹信息为(x，y，z，v_x，v_y，v_z)，从当前伺服指向方位转动到目标方位需要的时间为t，外推后的点为(x_p，y_p，z_p)，其中(x，y，z)、(x_p，y_p，z_p)为三维坐标系的位置信息，(v_x，v_y，v_z)分别对应(x，y，z)方向的速度，外推公式为：

通过外推后的三维坐标信息得到外推后的初始方位角度信息

和初始俯仰角度信息θ，转换公式为：

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