CN116008945B - 一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,首先依据雷达方位波束宽度生成大地坐标系下的航迹处理扇区,再依据行进间四个雷达阵面法线的大地坐标下波束指向,对单个阵面的处理扇区范围进行实时划分并更新,然后依据载体最新的经纬度信息将目标航迹进行一次预推,再将预推的航迹位置转换到雷达坐标系下,将预推的航迹与航迹所在扇区以及左右相邻的2个扇区内的目标原始点迹进行关联。本发明实时更新单个面阵的航迹处理扇区范围,避免了载体在转弯过程中目标航迹跨扇区处理的问题,同时在航迹关联时,对目标航迹预测点以及目标原始点迹进行雷达坐标系以及大地坐标系的转换,确保航迹在关联时尽可能不受载体位置以及运动速度的影响。
Description
技术领域
本发明涉及测量测试技术领域,具体涉及一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法。
背景技术
相控阵雷达又称作相位阵列雷达,是一种以改变雷达波相位来改变波束方向的雷达,因为是以电子方式控制波束而非传统的机械转动天线面方式,因此又称电子扫描雷达。航迹关联是相控阵雷达数据处理中最重要的一步。
车载相控阵雷达由于载体无规律运动而导致雷达与探测目标相对距离实时无规律变动,在进行航迹关联时,如果测得的目标方位角度与航迹关联扇区覆盖的方位范围不一致,则导致航迹无法关联。
现有技术中申请号:CN202011206473.9的专利申请《一种基于四面两维相控阵雷达数据处理系统》,提出了一种固定式四面二维相控阵雷达数据处理方法,实现了固定式四面二维相控阵雷达目标航迹的关联;申请号:CN202111458741.0的专利申请《一种车载雷达虚假目标高效判别方法》提出了一种结合目标位置、载体行驶速度以及载体加速度来进行航迹目标的估算以及关联。
申请号为CN202011206473.9的现有技术中固定式四面二维相控阵雷达其单个面阵的覆盖范围总是固定的,因此其航迹处理扇区范围总是固定的,如面阵1负责0-90°的扇区范围,其固定状态下面阵探测的目标航迹关联的扇区处理范围在于0-90°之间,但是当面阵随着载体转动时,此时单个面阵航迹处理扇区的范围同样发生了改变,因此造成探测的目标方位角度与航迹关联扇区覆盖的方位范围不一致;申请号为CN202111458741.0的现有技术也并未考虑雷达与探测目标相对距离变化的因素;
即这两个现有技术都没有考虑到如果选择在雷达阵面坐标系下做航迹关联,则由于雷达与探测目标相对距离实时无规律变动,很难将目标历史点迹关联成目标航迹;而车载四面二维相控阵雷达需要实时更新航迹关联的扇区处理范围,保证面阵探测的目标航迹能落在其对应的航迹关联处理范围内。
因此,需要一种使航迹关联不受载体运动影响的航迹关联方法。
发明内容
本发明是为了解决如何使航迹关联不受载体运动影响,提供一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,实时更新单个面阵的航迹处理扇区范围,同时在航迹关联时,对目标航迹预测点以及目标原始点迹进行雷达坐标系以及大地坐标系的转换,确保航迹在关联时尽可能不受载体位置以及运动速度的影响。
本发明提供一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,包括如下步骤:
S2、依据行进间四个雷达阵面法线的大地坐标下的波束指向,对单个阵面的航迹处理扇区范围进行实时划分并更新;
S3、依据载体最新的经纬度信息,将目标航迹进行一次预推,再将预推的航迹位置转换到雷达坐标系下;
S4、将雷达坐标系下的预推航迹与航迹所在扇区以及左右相邻的2个扇区内的目标点迹进行关联;
S5、更新航迹最新的位置信息,判断航迹是否丢失,如果是,基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联结束,如果否,返回步骤S2。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,将车载四面二维相控阵雷达依次划分成360/个航迹处理扇区,其中第0扇区覆盖范围为正北0度~,第360/扇区覆盖范围为360-度~360度。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S2中,将每个雷达阵面依次划分成90/个航迹处理扇区,其中当前阵面法线方向北向角度为N的雷达扇区覆盖范围为N-45~N+45度。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S3中,将目标航迹进行一次预推得到目标航迹预测点( 、 、、 、 、),然后依据最近时刻载体的经纬高信息,将目标航迹预测点换到雷达坐标系下得到雷达坐标下预测点(、、、、、),其中, 、 、为目标航迹预测点在地心坐标系中的位置, 、 、为目标航迹预测点在地心坐标系中的空间速度,为地心坐标系,、、为雷达坐标下预测点的位置,、和为雷达坐标下预测点的空间速度, 为雷达坐标系。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S3中,
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S3中,
其中,、分别为载体所在的经度和纬度,、、为雷达/载体在地心坐标系下的位置,、、为航迹在地心坐标系中的位置,R z 为地心坐标系绕载体坐标系的z轴旋转(90+)度产生的旋转矩阵,R x 为地心坐标系绕载体坐标系的x轴旋转(90-)度产生的旋转矩阵,、 、、分别为目标航迹预测点相对于雷达载体的距离、方位、俯仰和速度。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S4包括以下步骤:
S41、将目标原始点迹的空间位置变换为目标原始点迹相对于航迹信息中载体位置的空间位置,得到转换后的目标原始点迹;
S42、将转换后的目标原始点迹与航迹所在扇区以及左右相邻的2个扇区内的雷达坐标下预测点进行关联。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S41中,将目标原始点迹在地心坐标系下的空间位置(、、)、目标航迹信息中载体的绝对地理位置(、、)通过坐标转换后得到目标原始点迹相对于航迹信息中载体位置的空间位置(、、),将目标原始点迹在地心坐标系下的速度分量转换到雷达坐标系下的速度分量,分别求出目标原始点迹相对于雷达的距离以及速度;
步骤S42中,将转换后的目标原始点迹距离、方位、俯仰、速度同雷达坐标下预测点的距离、方位、俯仰、速度作关联,关联方法使用最小邻域法。
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S41中,
本发明所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,作为优选方式,步骤S4还包括步骤S43:S43、在目标航迹与目标原始点迹完成关联后,对于目标航迹在地心坐标系中的、、、、进行滤波更新,并用滤波后的值计算出目标相对于载体位置,同时更新目标航迹中载体的最新经纬高信息。
步骤S1中,每个扇区的角度范围为一个方位波束宽度,目标航迹依据其北向方位角放置到对应的扇区内。
步骤S2中,雷达在随载体转向时,四个阵面法线方位指向实时变化的,此时单个阵面在大地坐标系下的方位覆盖范围也是实时发生变化的,因此需要对于单个阵面的航迹处理扇区范围进行实时更新。
本发明具有以下优点:
本发明实时更新单个面阵的航迹处理扇区范围,避免了载体在转弯过程中,目标航迹跨扇区处理的问题,同时在航迹关联时,对目标航迹预测点以及目标原始点迹进行雷达坐标系以及大地坐标系的转换,确保航迹在关联时尽可能不受载体位置以及运动速度的影响。
附图说明
图1为一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法流程图;
图2为一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法四个面阵航迹处理扇区的划分示意图;
图3为一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法单个面阵航迹处理扇区范围图;
图4为一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法雷达站心坐标系示意图。
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。
实施例1
如图1所示,一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联的方法,包括以下步骤:
S1、依据雷达方位波束宽度,对整个雷达进行航迹处理扇区的划分如下图所示:
S3、依据载体最新的经纬度信息,将目标航迹进行一次预推,将预推的航迹位置转换到雷达坐标系下,其方法如;
首先目标航迹依据航迹在地心坐标系下的空间位置进行一次预推,预推后会得到目标在地心坐标系下新的空间位置,其预推方法为:
然后依据最近时刻载体的经纬高信息,对预测的航迹进行坐标系转换,将其转换到雷达坐标系下,并计算当前预测点相对于雷达坐标下的、、、、和,并根据、、、、和计算出目标预测位置相对于雷达的斜距、北向方位角、俯仰角以及速度,如图4所示,其中为地心,M为雷达位置(M也是载体位置),为地心坐标系, 为雷达坐标系,目标由地心坐标系转雷达坐标系方法如下:
式中、为载体所在的经纬度,、、雷达(同载体)在地心坐标系下的位置,、、为航迹在地心坐标系中的位置,R z 为地心坐标系绕载体坐标系的z轴旋转(90+)度产生的旋转矩阵,R x 为地心坐标系绕载体坐标系的x轴旋转(90-)度产生的旋转矩阵,、 、、预测目标航迹相对于雷达载体的距离、方位、俯仰和速度。
S4、将预推的航迹与航迹所在扇区以及左右相邻的2个扇区内的目标原始点迹进行关联,其方法为:
首先目标预推航迹与其所在扇区以及左右相邻2个扇区内的目标原始点迹进行关联时,需要对目标原始点迹的坐标进行变换,变换步骤如下:
①中的(、、)原始目标点迹在地心坐标系下的空间位置,(、、),目标航迹信息中载体的绝对地理位置,二者通过坐标转换后得到的(、、)表示目标原始点迹相对于航迹信息中载体位置的空间位置,变换公式见步骤S3;
②中将同S1相似,将目标原始点迹在地心坐标系下的速度分量转换到雷达坐标系下的速度分量,变换公式见步骤S3;
③和④分别求出目标原始点迹相对于雷达的距离以及速度。
然后将转换后的原始目标点迹与航迹的预推点迹进行关联,主要是将目标原始点迹的距离、方位、俯仰、以及速度同航迹的预推点的距离、方位、俯仰以及速度作关联,关联方法采用最小邻域法。
S5、更新航迹最新的位置信息,其方法是:
假设雷达某时刻的经纬高分别为118.859411°,32.024771°,32.02m,雷达在地心坐标系的空间位置分别为-2.612650404e+06,4.74004853e+06,3.363148282e+06,由公式
以上所述,仅为本发明较佳的具体实施方式,但本发明的保护范围并不局限于此,任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内,根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变,都应涵盖在本发明的保护范围之内。
Claims (4)
1.一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,其特征在于:包括如下步骤:
S2、依据行进间四个雷达阵面法线的大地坐标下的波束指向,对单个阵面的航迹处理扇区范围进行实时划分并更新;
S3、依据载体最新的经纬度信息,将目标航迹进行一次预推,再将预推的航迹位置转换到雷达坐标系下;
将目标航迹进行一次预推得到目标航迹预测点( 、 、、 、 、),然后依据最近时刻载体的经纬高信息,将目标航迹预测点换到雷达坐标系下得到雷达坐标下预测点(、、、、、),其中, 、 、为目标航迹预测点在地心坐标系中的位置, 、 、为目标航迹预测点在地心坐标系中的空间速度,为地心坐标系,、、为雷达坐标下预测点的位置,、和为雷达坐标下预测点的空间速度, 为雷达坐标系;
其中,、分别为载体所在的经度和纬度,、、为雷达/载体在地心坐标系下的位置,、、为航迹在地心坐标系中的位置,R z 为地心坐标系绕载体坐标系的z轴旋转(90+)度产生的旋转矩阵,R x 为地心坐标系绕载体坐标系的x轴旋转(90-)度产生的旋转矩阵,,、 、、分别为目标航迹预测点相对于雷达载体的距离、方位、俯仰和速度;
S4、将雷达坐标系下的预推航迹与航迹所在扇区以及左右相邻的2个扇区内的目标点迹进行关联;
S5、更新航迹最新的位置信息,判断航迹是否丢失,如果是,基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联结束,如果否,返回步骤S2。
2.根据权利要求1所述的一种基于车载四面二维相控阵雷达航迹关联方法,其特征在于:步骤S4包括以下步骤:
S41、将目标原始点迹的空间位置变换为目标原始点迹相对于航迹信息中载体位置的空间位置,得到转换后的目标原始点迹;
S42、将转换后的目标原始点迹与航迹所在扇区以及左右相邻的2个扇区内的雷达坐标下预测点进行关联。
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