CN115685101A - 一种雷达参数测量误差估计系统及方法 - Google Patents

一种雷达参数测量误差估计系统及方法 Download PDF

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CN115685101A CN202211012427.4A CN202211012427A CN115685101A CN 115685101 A CN115685101 A CN 115685101A CN 202211012427 A CN202211012427 A CN 202211012427A CN 115685101 A CN115685101 A CN 115685101A
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Abstract

本发明公开了一种雷达参数测量误差估计系统及方法，该系统包括被测的雷达和目标保障及误差估计系统；目标保障及误差估计系统包括主机、天线、显控终端及电源，主机用于分析处理从天线输入的射频信号并向天线输出经调制后的虚拟目标射频信号，天线用于接收雷达辐射的射频信号和向外辐射虚拟目标射频信号，显控终端用于显示主机分析处理的射频信号相关参数、虚拟目标射频信号相关调制参数的控制、虚拟目标射频信号航路信息的规划控制以及雷达参数测量误差的估算，电源用于为系统正常工作提供所需的电压。本发明还公开了一种雷达参数测量误差估计方法。通过该系统和方法能够实时掌握雷达的参数测量误差情况，对于雷达的使用具有重要的指导意义。

Description

一种雷达参数测量误差估计系统及方法
技术领域
本发明涉及无线电测量误差领域，具体地说是一种雷达参数测量误差估计系统及方法。
背景技术
目前，关于雷达参数测量误差的估计包括以下两种：通过比对特殊的空中合作目标定位装置提供的位置信息与雷达测量到的目标位置信息，通过比对ADS-B接收设备输出的民航客机ADS-B信息与雷达测量到的目标位置信息。第一种方式需要有合作目标，实际使用过程中需要耗费人力、物力和财力；第二种方式中ADS-B接收设备提供的信息本身就有一定的误差。
发明内容
为了解决现有问题，本发明提供了一种雷达参数测量误差估计系统及方法，具体方案如下：
一种雷达参数测量误差估计系统，包括被测的雷达和目标保障及误差估计系统；所述目标保障及误差估计系统包括主机、显控终端、天线以及电源；所述主机分别电连接所述显控终端以及天线，所述电源为所述系统的正常工作提供所需电压；
所述主机通过天线接收雷达射频信号，并结合显控终端上传数据，进行分析处理后，通过天线向外辐射虚拟目标射频信号；
所述天线用于接收雷达射频信号以及向外辐射主机输出的虚拟目标射频信号；
所述显控终端用于显示、规划和确定虚拟雷达站、虚拟目标航迹、虚拟目标射频信号相关调制参数以及雷达参数测量误差的估计。
进一步地，所述主机包括频率源、模拟下变频通道、模数转换单元ADC、数字下变频单元DDC、基带数字信号延时单元、基带数字信号多普勒频移单元、数字上变频单元DUC、数模转换单元DAC、模拟上变频通道及GPS/BDS定位装置；
所述频率源用于为主机各模块的正常工作提供时钟信号，并为模拟下变频通道以及模拟上变频通道提供一本振和二本振信号；
所述下变频通道用于对来自于天线接收的射频信号进行两次混频至中频信号，并输出至模数转换单元ADC；
所述模数转换单元ADC用于对来自于射频模块的中频信号进行采样，形成数字中频信号，并输出至数字下变频单元DDC；
所述数字下变频单元DDC用于对来自于模数转换单元ADC的数字中频信号进行正交解调，形成I、Q基带数字信号，并输出至基带数字信号延时单元；
所述基带数字信号延时单元用于对来自于数字下变频单元DDC的基带数字信号进行距离调制，并输出至基带数字信号多普勒频移单元；
所述基带数字信号多普勒频移单元用于对来自于基带数字信号延时单元的基带数字信号进行速度调制，并输出至数字上变频单元DUC；
所述数字上变频单元DUC用于对来自于基带数字信号多普勒频移单元的I、Q基带数字信号进行上变频至数字中频信号，并输出至数模转换单元DAC；
所述数模转换单元DAC用于对来自于数字上变频单元DUC的数字中频信号进行数模转换为模拟中频信号；
所述上变频通道用于对来自于数模转换单元DAC的中频信号进行两次混频至射频信号，并输出至天线；
所述GPS/BDS定位装置用于获取目标保障及误差估计系统的地理位置信息，并将位置信息通过网线输出至所述显控终端。
进一步地，所述天线包括接收天线和发射天线，所述接收天线用于接收雷达辐射的射频信号并通过射频电缆输出至所述主机，所述发射天线用于接收所述主机通过射频电缆输出的射频信号并向外辐射。
进一步地，所述显控终端包括显示终端和控制终端，所述显示终端用于显示虚拟目标航迹、接收所述主机通过网线输出的GPS/BDS地理位置信息、在平面地图上显示虚拟雷达站地理位置以及雷达参数测量误差估计值；所述控制终端用于确定虚拟目标射频信号的调制参数并通过网线输出至主机、接收雷达输出的目标参数信息并估计雷达参数测量误差。
进一步地，一种雷达参数测量误差估计系统的方法，包括以下步骤：
S1，根据雷达实装的地理位置信息，在所述显示终端的平面地图上标记雷达站的地理位置；同时，根据接收到所述雷达射频信号能量的强弱变化规律，计算出雷达天线的扫描周期T；并根据目标保障及误差估计系统GPS/BDS定位信息(B1,L1,H1)和雷达实装的地理位置信息(B2,L2,H2)，确定目标保障及误差估计系统在雷达站的方位角，其中，B、L、H分别为经度、纬度和高度值；
S2，根据步骤1中的数据虚拟出所述雷达站任意时刻天线波束主瓣对准的方位；
S3，生成虚拟目标航迹并在显示终端的平面地图上显示；
S4，对虚拟目标射频信号参数的调制；
S5，依据虚拟目标射频信号参数信息和雷达输出目标参数信息，估计雷达参数测量误差。
进一步地，所述步骤1获取步骤2所需数据的过程为：通过控制终端的键盘输入，在显示终端平面地图上标记出虚拟雷达站的地理位置，具体地，依据雷达实装地理位置信息(B2,L2,H2)以及米勒投影坐标转换公式
Figure BDA0003811438300000031
其中，W表示地球的周长，mill表示米勒常数，范围在正负2到3之间，可得雷达站在平面地图上的平面直角坐标(X2,Y2)；
假设目标保障及误差估计系统t1时刻接收到雷达辐射射频信号的最大功率为
Figure BDA0003811438300000045
在接下来的t2时刻再次接收到雷达辐射射频信号的最大功率
Figure BDA0003811438300000044
且在两次接收到信号的最大功率之间时刻相邻，则可以确定出雷达天线扫描周期为T＝|t2-t1|；
依据雷达站以及目标保障及误差估计系统的地理位置信息(B1,L1,H1)和(B2,L2,H2)，通过地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系
Figure BDA0003811438300000041
其中，B、L、H分别为经度、纬度和高度值，N为地理位置数据记录位置点的卯酉圈曲率半径，e为椭球第一偏心率，可以确定两者在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)；
依据地球北极点在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X3,Y3,Z3)，可以确定由雷达站、地球球心、北极点所组成的平面a1·x+b1·y+c1·z＝0，其中a1＝Y1·Z3-Z1·Y3、b1＝X3·Z1-X1·Z3、c1＝X1·Y3-Y1·X3以及目标保障及误差估计系统、地球球心、雷达站所组成的平面a2·x+b2·y+c2·z＝0，其中a2＝Y1·Z2-Z1·Y2、b2＝X2·Z1-X1·Z2、c2＝X1·Y2-Y1·X2；
依据解析几何中两平面的位置关系公式可以确定两平面之间的夹角
Figure BDA0003811438300000042
则目标保障及误差估计系统相对于雷达站的方位角为
Figure BDA0003811438300000043
其中，雷达站与目标保障及误差估计系统都位于东半球；
依据t1时刻目标保障及误差估计系统接收到的雷达信号能量最大，可确定t1时刻雷达天线波束正对方位θ。
进一步地，所述步骤3的具体步骤包括：
S31，依据虚拟目标射频信号在平面地图上的坐标以及米勒投影坐标转换公式
Figure BDA0003811438300000051
可得虚拟目标射频信号地理位置信息中的经度和维度，通过地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系
Figure BDA0003811438300000052
可以确定虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X4,Y4,Z4)，其中X4,Y4,Z4都是关于H的函数；
S32，依据雷达站在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)、虚拟目标射频信号与雷达站的距离s以及虚拟目标射频信号的坐标点(X4,Y4,Z4)，计算虚拟目标射频信号高度H；
S33，依据虚拟目标射频信号的起始点(B3,L3,H3)、终止点(B4,L4,H4)以及地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系，可得虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标(X′3,Y′3,Z′3)、(X′4,Y′4,Z′4)；
S34，根据设定的虚拟目标射频信号速度v，可得虚拟目标射频信号从起始点到终止点所需的时间
Figure BDA0003811438300000053
以及虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的飞行航迹
Figure BDA0003811438300000061
其中vx,vy,vz表示虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中x,y,z轴上的速度分量；
S35，依据虚拟目标射频信号从起始点到终止点所需时间t3,4以及在平面地图上选择的虚拟目标射频信号起始点(X3,Y3)和终止点(X4,Y4)，可得虚拟目标射频信号在显控终端平面地图上的飞行速度
Figure BDA0003811438300000062
进一步地，所述步骤4的调制方法的步骤包括：
S41，依据目标保障及误差估计系统在雷达站的方位θ，雷达站天线扫描周期T以及虚拟目标航迹，如果虚拟目标射频信号被雷达第一次探测到与第二次探测到时方位角变化为Δθ，则虚拟目标射频信号第一次发射的时间与第二次发射的时间间隔为
Figure BDA0003811438300000065
S42，依据时间间隔Δt以及虚拟目标航迹，可得相邻两次雷达探测到虚拟目标射频信号时，虚拟目标射频信号相对于雷达的距离r1和r2；
S43，依据相邻两次虚拟目标射频信号相对于雷达的距离r1和r2，可得相邻两次发射虚拟信号脉冲的时延为
Figure BDA0003811438300000063
其中c为光速，Δτ为正时，表示脉冲提前，Δτ为负时，表示脉冲延后；
S44，依据时间间隔Δt以及虚拟目标射频信号飞行速度，可得相邻两次雷达探测到虚拟目标射频信号时，虚拟目标射频信号的飞行距离为r1,2，则在雷达与虚拟目标射频信号相邻两次被探测到的位置构成的三角形中，虚拟目标射频信号第一次被探测和雷达的连线与虚拟目标航线之间的夹角为
Figure BDA0003811438300000064
则虚拟目标射频信号第一次被探测到时相对于雷达的径向速度为
Figure BDA0003811438300000071
S45，依据虚拟目标射频信号相对于雷达的实时速度以及多普勒原理，可以确定虚拟目标射频信号频率偏移量
Figure BDA0003811438300000072
其中，f为雷达工作频率，c为光速，且虚拟目标射频信号靠近雷达飞行时，频率偏移量为正，远离雷达飞行时，频率偏移量为负。
进一步地，所述步骤5的估计方法的步骤包括：
S51，依据雷达输出的目标参数信息时刻ti和虚拟目标射频信号的飞行航迹
Figure BDA0003811438300000073
计算ti时刻虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中坐标点
Figure BDA0003811438300000074
S52，依据雷达站在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)和ti时刻虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中坐标点
Figure BDA0003811438300000075
计算ti时刻虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值
Figure BDA0003811438300000076
且
Figure BDA0003811438300000077
S53，依据ti时刻雷达输出的目标位置信息
Figure BDA0003811438300000078
以及虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值
Figure BDA0003811438300000079
计算ti时刻两者位置信息的差值
Figure BDA0003811438300000081
S54，依据所有时刻雷达输出的目标位置信息与虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值之间的差值，可以计算雷达参数测量系统误差(差值平均值)和随机误差(差值均方差)
Figure BDA0003811438300000082
Figure BDA0003811438300000083
本发明的有益效果在于：
本发明可以模拟多条虚拟航线，能够节约大量的人力、物力和财力，且依据虚拟目标射频信号参数信息和雷达输出目标参数信息，估计雷达参数测量误差，避免了现有方式中接收设备提供的信息误差，大大提高了误差测量的准确率。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。
图1为本发明的系统框图；
图2为本发明的主机组成框图；
图3为本发明的方法流程图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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、完整地说明，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它实施例，都属于本发明保护的范围。
如图1，一种雷达参数测量误差估计系统，包括被测的雷达和目标保障及误差估计系统；目标保障及误差估计系统包括主机、显控终端、天线以及电源；主机分别电连接显控终端以及天线，电源为系统的正常工作提供所需电压；
主机通过天线接收雷达射频信号，并结合显控终端上传数据，进行分析处理后，通过天线向外辐射虚拟目标射频信号；
天线用于接收雷达射频信号以及向外辐射主机输出的虚拟目标射频信号；
显控终端用于显示、规划和确定虚拟雷达站、虚拟目标航迹、虚拟目标射频信号相关调制参数以及雷达参数测量误差的估计。
如图2，主机包括频率源、模拟下变频通道、模数转换单元ADC、数字下变频单元DDC、基带数字信号延时单元、基带数字信号多普勒频移单元、数字上变频单元DUC、数模转换单元DAC、模拟上变频通道及GPS/BDS定位装置；
频率源用于为主机各模块的正常工作提供时钟信号，并为模拟下变频通道以及模拟上变频通道提供一本振和二本振信号；
下变频通道用于对来自于天线接收的射频信号进行两次混频至中频信号，并输出至模数转换单元ADC；
模数转换单元ADC用于对来自于射频模块的中频信号进行采样，形成数字中频信号，并输出至数字下变频单元DDC；
数字下变频单元DDC用于对来自于模数转换单元ADC的数字中频信号进行正交解调，形成I、Q基带数字信号，并输出至基带数字信号延时单元；
基带数字信号延时单元用于对来自于数字下变频单元DDC的基带数字信号进行距离调制，并输出至基带数字信号多普勒频移单元；
基带数字信号多普勒频移单元用于对来自于基带数字信号延时单元的基带数字信号进行速度调制，并输出至数字上变频单元DUC；
数字上变频单元DUC用于对来自于基带数字信号多普勒频移单元的I、Q基带数字信号进行上变频至数字中频信号，并输出至数模转换单元DAC；
数模转换单元DAC用于对来自于数字上变频单元DUC的数字中频信号进行数模转换为模拟中频信号；
上变频通道用于对来自于数模转换单元DAC的中频信号进行两次混频至射频信号，并输出至天线；
GPS/BDS定位装置用于获取目标保障及误差估计系统的地理位置信息，并将位置信息通过网线输出至显控终端。
天线包括接收天线和发射天线，接收天线用于接收雷达辐射的射频信号并通过射频电缆输出至主机，发射天线用于接收主机通过射频电缆输出的射频信号并向外辐射。
显控终端包括显示终端和控制终端，显示终端用于显示虚拟目标航迹、接收主机通过网线输出的GPS/BDS地理位置信息、在平面地图上显示虚拟雷达站地理位置以及雷达参数测量误差估计值；控制终端用于确定虚拟目标射频信号的调制参数并通过网线输出至主机、接收雷达输出的目标参数信息并估计雷达参数测量误差。
如图3，一种雷达参数测量误差估计系统的方法，包括以下步骤：
S1，根据雷达实装的地理位置信息，在显示终端的平面地图上标记雷达站的地理位置；同时，根据接收到雷达射频信号能量的强弱变化规律，计算出雷达天线的扫描周期T；并根据目标保障及误差估计系统GPS/BDS定位信息(B1,L1,H1)和雷达实装的地理位置信息(B2,L2,H2)，确定目标保障及误差估计系统在雷达站的方位角，其中，B、L、H分别为经度、纬度和高度值；
S2，根据步骤1中的数据虚拟出雷达站任意时刻天线波束主瓣对准的方位；
S3，生成虚拟目标航迹并在显示终端的平面地图上显示；
S4，对虚拟目标射频信号参数的调制；
S5，依据虚拟目标射频信号参数信息和雷达输出目标参数信息，估计雷达参数测量误差。
步骤1获取步骤2所需数据的过程为：通过控制终端的键盘输入，在显示终端平面地图上标记出虚拟雷达站的地理位置，具体地，依据雷达实装地理位置信息(B2,L2,H2)以及米勒投影坐标转换公式
Figure BDA0003811438300000111
其中，W表示地球的周长，mill表示米勒常数，范围在正负2到3之间，可得雷达站在平面地图上的平面直角坐标(X2,Y2)；
假设目标保障及误差估计系统t1时刻接收到雷达辐射射频信号的最大功率为
Figure BDA0003811438300000113
在接下来的t2时刻再次接收到雷达辐射射频信号的最大功率
Figure BDA0003811438300000114
且在两次接收到信号的最大功率之间时刻相邻，则可以确定出雷达天线扫描周期为T＝|t2-t1|；
依据雷达站以及目标保障及误差估计系统的地理位置信息(B1,L1,H1)和(B2,L2,H2)，通过地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系
Figure BDA0003811438300000112
其中，B、L、H分别为经度、纬度和高度值，N为地理位置数据记录位置点的卯酉圈曲率半径，e为椭球第一偏心率，可以确定两者在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)；
依据地球北极点在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X3,Y3,Z3)，可以确定由雷达站、地球球心、北极点所组成的平面a1·x+b1·y+c1·z＝0，其中a1＝Y1·Z3-Z1·Y3、b1＝X3·Z1-X1·Z3、c1＝X1·Y3-Y1·X3以及目标保障及误差估计系统、地球球心、雷达站所组成的平面a2·x+b2·y+c2·z＝0，其中a2＝Y1·Z2-Z1·Y2、b2＝X2·Z1-X1·Z2、c2＝X1·Y2-Y1·X2；
依据解析几何中两平面的位置关系公式可以确定两平面之间的夹角
Figure BDA0003811438300000121
则目标保障及误差估计系统相对于雷达站的方位角为
Figure BDA0003811438300000122
其中，雷达站与目标保障及误差估计系统都位于东半球；
依据t1时刻目标保障及误差估计系统接收到的雷达信号能量最大，可确定t1时刻雷达天线波束正对方位θ。
步骤3的具体步骤包括：
S31，依据虚拟目标射频信号在平面地图上的坐标以及米勒投影坐标转换公式
Figure BDA0003811438300000123
可得虚拟目标射频信号地理位置信息中的经度和维度，通过地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系
Figure BDA0003811438300000131
可以确定虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X4,Y4,Z4)，其中X4,Y4,Z4都是关于H的函数；
S32，依据雷达站在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)、虚拟目标射频信号与雷达站的距离s以及虚拟目标射频信号的坐标点(X4,Y4,Z4)，计算虚拟目标射频信号高度H；
S33，依据虚拟目标射频信号的起始点(B3,L3,H3)、终止点(B4,L4,H4)以及地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系，可得虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标(X′3,Y′3,Z′3)、(X′4,Y′4,Z′4)；
S34，根据设定的虚拟目标射频信号速度v，可得虚拟目标射频信号从起始点到终止点所需的时间
Figure BDA0003811438300000132
以及虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的飞行航迹
Figure BDA0003811438300000133
其中vx,vy,vz表示虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中x,y,z轴上的速度分量；
S35，依据虚拟目标射频信号从起始点到终止点所需时间t3,4以及在平面地图上选择的虚拟目标射频信号起始点(X3,Y3)和终止点(X4,Y4)，可得虚拟目标射频信号在显控终端平面地图上的飞行速度
Figure BDA0003811438300000134
步骤4的调制方法的步骤包括：
S41，依据目标保障及误差估计系统在雷达站的方位θ，雷达站天线扫描周期T以及虚拟目标航迹，如果虚拟目标射频信号被雷达第一次探测到与第二次探测到时方位角变化为Δθ，则虚拟目标射频信号第一次发射的时间与第二次发射的时间间隔为
Figure BDA0003811438300000141
S42，依据时间间隔Δt以及虚拟目标航迹，可得相邻两次雷达探测到虚拟目标射频信号时，虚拟目标射频信号相对于雷达的距离r1和r2；
S43，依据相邻两次虚拟目标射频信号相对于雷达的距离r1和r2，可得相邻两次发射虚拟信号脉冲的时延为
Figure BDA0003811438300000142
其中c为光速，Δτ为正时，表示脉冲提前，Δτ为负时，表示脉冲延后；
S44，依据时间间隔Δt以及虚拟目标射频信号飞行速度，可得相邻两次雷达探测到虚拟目标射频信号时，虚拟目标射频信号的飞行距离为r1,2，则在雷达与虚拟目标射频信号相邻两次被探测到的位置构成的三角形中，虚拟目标射频信号第一次被探测和雷达的连线与虚拟目标航线之间的夹角为
Figure BDA0003811438300000143
则虚拟目标射频信号第一次被探测到时相对于雷达的径向速度为
Figure BDA0003811438300000144
S45，依据虚拟目标射频信号相对于雷达的实时速度以及多普勒原理，可以确定虚拟目标射频信号频率偏移量
Figure BDA0003811438300000145
其中，f为雷达工作频率，c为光速，且虚拟目标射频信号靠近雷达飞行时，频率偏移量为正，远离雷达飞行时，频率偏移量为负。
步骤5的估计方法的步骤包括：
S51，依据雷达输出的目标参数信息时刻ti和虚拟目标射频信号的飞行航迹
Figure BDA0003811438300000151
计算ti时刻虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中坐标点
Figure BDA0003811438300000152
S52，依据雷达站在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)和ti时刻虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中坐标点
Figure BDA0003811438300000153
计算ti时刻虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值
Figure BDA0003811438300000154
且
Figure BDA0003811438300000155
S53，依据ti时刻雷达输出的目标位置信息
Figure BDA0003811438300000156
以及虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值
Figure BDA0003811438300000157
计算ti时刻两者位置信息的差值
Figure BDA0003811438300000158
S54，依据所有时刻雷达输出的目标位置信息与虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值之间的差值，可以计算雷达参数测量系统误差(差值平均值)和随机误差(差值均方差)
Figure BDA0003811438300000159
Figure BDA00038114383000001510
本发明可以模拟多条虚拟航线，能够节约大量的人力、物力和财力，且依据虚拟目标射频信号参数信息和雷达输出目标参数信息，估计雷达参数测量误差，避免了现有方式中接收设备提供的信息误差，大大提高了误差测量的准确率。
尽管参照前述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精神和范围。

Claims (9)

1.一种雷达参数测量误差估计系统，其特征在于：包括被测的雷达和目标保障及误差估计系统；所述目标保障及误差估计系统包括主机、显控终端、天线以及电源；所述主机分别电连接所述显控终端以及天线，所述电源为所述系统的正常工作提供所需电压；
所述主机通过天线接收雷达射频信号，并结合显控终端上传数据，进行分析处理后，通过天线向外辐射虚拟目标射频信号；
所述天线用于接收雷达射频信号以及向外辐射主机输出的虚拟目标射频信号；
所述显控终端用于显示、规划和确定虚拟雷达站、虚拟目标航迹、虚拟目标射频信号相关调制参数以及雷达参数测量误差的估计。
2.根据权利要求1所述的雷达参数测量误差估计系统，其特征在于：所述主机包括频率源、模拟下变频通道、模数转换单元ADC、数字下变频单元DDC、基带数字信号延时单元、基带数字信号多普勒频移单元、数字上变频单元DUC、数模转换单元DAC、模拟上变频通道及GPS/BDS定位装置；
所述频率源用于为主机各模块的正常工作提供时钟信号，并为模拟下变频通道以及模拟上变频通道提供一本振和二本振信号；
所述下变频通道用于对来自于天线接收的射频信号进行两次混频至中频信号，并输出至模数转换单元ADC；
所述模数转换单元ADC用于对来自于射频模块的中频信号进行采样，形成数字中频信号，并输出至数字下变频单元DDC；
所述数字下变频单元DDC用于对来自于模数转换单元ADC的数字中频信号进行正交解调，形成I、Q基带数字信号，并输出至基带数字信号延时单元；
所述基带数字信号延时单元用于对来自于数字下变频单元DDC的基带数字信号进行距离调制，并输出至基带数字信号多普勒频移单元；
所述基带数字信号多普勒频移单元用于对来自于基带数字信号延时单元的基带数字信号进行速度调制，并输出至数字上变频单元DUC；
所述数字上变频单元DUC用于对来自于基带数字信号多普勒频移单元的I、Q基带数字信号进行上变频至数字中频信号，并输出至数模转换单元DAC；
所述数模转换单元DAC用于对来自于数字上变频单元DUC的数字中频信号进行数模转换为模拟中频信号；
所述上变频通道用于对来自于数模转换单元DAC的中频信号进行两次混频至射频信号，并输出至天线；
所述GPS/BDS定位装置用于获取目标保障及误差估计系统的地理位置信息，并将位置信息通过网线输出至所述显控终端。
3.根据权利要求1所述的雷达参数测量误差估计系统，其特征在于：所述天线包括接收天线和发射天线，所述接收天线用于接收雷达辐射的射频信号并通过射频电缆输出至所述主机，所述发射天线用于接收所述主机通过射频电缆输出的射频信号并向外辐射。
4.根据权利要求1所述的雷达参数测量误差估计系统，其特征在于：所述显控终端包括显示终端和控制终端，所述显示终端用于显示虚拟目标航迹、接收所述主机通过网线输出的GPS/BDS地理位置信息、在平面地图上显示虚拟雷达站地理位置以及雷达参数测量误差估计值；所述控制终端用于确定虚拟目标射频信号的调制参数并通过网线输出至主机、接收雷达输出的目标参数信息并估计雷达参数测量误差。
5.基于权利要求1-4任一所述的一种雷达参数测量误差估计系统的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1，根据雷达实装的地理位置信息，在所述显示终端的平面地图上标记雷达站的地理位置；同时，根据接收到所述雷达射频信号能量的强弱变化规律，计算出雷达天线的扫描周期T；并根据目标保障及误差估计系统GPS/BDS定位信息(B1,L1,H1)和雷达实装的地理位置信息(B2,L2,H2)，确定目标保障及误差估计系统在雷达站的方位角，其中，B、L、H分别为经度、纬度和高度值；
S2，根据步骤1中的数据虚拟出所述雷达站任意时刻天线波束主瓣对准的方位；
S3，生成虚拟目标航迹并在显示终端的平面地图上显示；
S4，对虚拟目标射频信号参数的调制；
S5，依据虚拟目标射频信号参数信息和雷达输出目标参数信息，估计雷达参数测量误差。
6.根据权利要求5所述的雷达参数测量误差估计系统的方法，其特征在于，所述步骤1获取步骤2所需数据的过程为：通过控制终端的键盘输入，在显示终端平面地图上标记出虚拟雷达站的地理位置，具体地，依据雷达实装地理位置信息(B2,L2,H2)以及米勒投影坐标转换公式
Figure FDA0003811438290000031
其中，W表示地球的周长，mill表示米勒常数，范围在正负2到3之间，可得雷达站在平面地图上的平面直角坐标(X2,Y2)；
假设目标保障及误差估计系统t1时刻接收到雷达辐射射频信号的最大功率为
Figure FDA0003811438290000032
在接下来的t2时刻再次接收到雷达辐射射频信号的最大功率
Figure FDA0003811438290000033
且在两次接收到信号的最大功率之间时刻相邻，则可以确定出雷达天线扫描周期为T＝|t2-t1|；
依据雷达站以及目标保障及误差估计系统的地理位置信息(B1,L1,H1)和(B2,L2,H2)，通过地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系
Figure FDA0003811438290000034
其中，B、L、H分别为经度、纬度和高度值，N为地理位置数据记录位置点的卯酉圈曲率半径，e为椭球第一偏心率，可以确定两者在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)和(X2,Y2,Z2)；
依据地球北极点在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X3,Y3,Z3)，可以确定由雷达站、地球球心、北极点所组成的平面a1·x+b1·y+c1·z＝0，其中a1＝Y1·Z3-Z1·Y3、b1＝X3·Z1-X1·Z3、c1＝X1·Y3-Y1·X3以及目标保障及误差估计系统、地球球心、雷达站所组成的平面a2·x+b2·y+c2·z＝0，其中a2＝Y1·Z2-Z1·Y2、b2＝X2·Z1-X1·Z2、c2＝X1·Y2-Y1·X2；
依据解析几何中两平面的位置关系公式可以确定两平面之间的夹角
Figure FDA0003811438290000041
则目标保障及误差估计系统相对于雷达站的方位角为
Figure FDA0003811438290000042
其中，雷达站与目标保障及误差估计系统都位于东半球；
依据t1时刻目标保障及误差估计系统接收到的雷达信号能量最大，可确定t1时刻雷达天线波束正对方位θ。
7.根据权利要求6所述的雷达参数测量误差估计系统的方法，其特征在于，所述步骤3的具体步骤包括：
S31，依据虚拟目标射频信号在平面地图上的坐标以及米勒投影坐标转换公式
Figure FDA0003811438290000051
可得虚拟目标射频信号地理位置信息中的经度和维度，通过地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系
Figure FDA0003811438290000052
可以确定虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X4,Y4,Z4)，其中X4,Y4,Z4都是关于H的函数；
S32，依据雷达站在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)、虚拟目标射频信号与雷达站的距离s以及虚拟目标射频信号的坐标点(X4,Y4,Z4)，计算虚拟目标射频信号高度H；
S33，依据虚拟目标射频信号的起始点(B3,L3,H3)、终止点(B4,L4,H4)以及地理位置坐标与大地直角坐标之间的转换关系，可得虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标(X′3,Y′3,Z′3)、(X′4,Y′4,Z′4)；
S34，根据设定的虚拟目标射频信号速度v，可得虚拟目标射频信号从起始点到终止点所需的时间
Figure FDA0003811438290000053
以及虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中的飞行航迹
Figure FDA0003811438290000054
其中vx,vy,vz表示虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中x,y,z轴上的速度分量；
S35，依据虚拟目标射频信号从起始点到终止点所需时间t3,4以及在平面地图上选择的虚拟目标射频信号起始点(X3,Y3)和终止点(X4,Y4)，可得虚拟目标射频信号在显控终端平面地图上的飞行速度
Figure FDA0003811438290000061
8.根据权利要求7所述的雷达参数测量误差估计系统的方法，其特征在于，所述步骤4的调制方法的步骤包括：
S41，依据目标保障及误差估计系统在雷达站的方位θ，雷达站天线扫描周期T以及虚拟目标航迹，如果虚拟目标射频信号被雷达第一次探测到与第二次探测到时方位角变化为Δθ，则虚拟目标射频信号第一次发射的时间与第二次发射的时间间隔为
Figure FDA0003811438290000062
S42，依据时间间隔Δt以及虚拟目标航迹，可得相邻两次雷达探测到虚拟目标射频信号时，虚拟目标射频信号相对于雷达的距离r1和r2；
S43，依据相邻两次虚拟目标射频信号相对于雷达的距离r1和r2，可得相邻两次发射虚拟信号脉冲的时延为
Figure FDA0003811438290000063
其中c为光速，Δτ为正时，表示脉冲提前，Δτ为负时，表示脉冲延后；
S44，依据时间间隔Δt以及虚拟目标射频信号飞行速度，可得相邻两次雷达探测到虚拟目标射频信号时，虚拟目标射频信号的飞行距离为r1,2，则在雷达与虚拟目标射频信号相邻两次被探测到的位置构成的三角形中，虚拟目标射频信号第一次被探测和雷达的连线与虚拟目标航线之间的夹角为
Figure FDA0003811438290000064
则虚拟目标射频信号第一次被探测到时相对于雷达的径向速度为
Figure FDA0003811438290000065
S45，依据虚拟目标射频信号相对于雷达的实时速度以及多普勒原理，可以确定虚拟目标射频信号频率偏移量
Figure FDA0003811438290000071
其中，f为雷达工作频率，c为光速，且虚拟目标射频信号靠近雷达飞行时，频率偏移量为正，远离雷达飞行时，频率偏移量为负。
9.根据权利要求7所述的雷达参数测量误差估计系统的方法，其特征在于，所述步骤5的估计方法的步骤包括：
S51，依据雷达输出的目标参数信息时刻ti和虚拟目标射频信号的飞行航迹
Figure FDA0003811438290000072
计算ti时刻虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中坐标点
Figure FDA0003811438290000073
S52，依据雷达站在以地球球心为原点的直角坐标系中的坐标点(X1,Y1,Z1)和ti时刻虚拟目标射频信号在以地球球心为原点的直角坐标系中坐标点
Figure FDA0003811438290000074
计算ti时刻虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值
Figure FDA0003811438290000075
且
Figure FDA0003811438290000076
S53，依据ti时刻雷达输出的目标位置信息
Figure FDA0003811438290000077
以及虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值
Figure FDA0003811438290000078
计算ti时刻两者位置信息的差值
Figure FDA0003811438290000079
S54，依据所有时刻雷达输出的目标位置信息与虚拟目标射频信号在以雷达站为原点的球坐标系中的坐标值之间的差值，可以计算雷达参数测量系统误差即差值平均值和随机误差即差值均方差
Figure FDA0003811438290000081
Figure FDA0003811438290000082
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