CN116069065A

CN116069065A - 基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法及系统

Info

Publication number: CN116069065A
Application number: CN202310200732.4A
Authority: CN
Inventors: 谢智东; 白佳俊; 胡一鸣; 秦姗
Original assignee: National Defense Technology Innovation Institute PLA Academy of Military Science
Current assignee: National Defense Technology Innovation Institute PLA Academy of Military Science
Priority date: 2023-03-06
Filing date: 2023-03-06
Publication date: 2023-05-05

Abstract

本发明公开了一种基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法及系统，包括以下步骤：S1.获取分段规划航迹、预期虚拟航迹和雷达坐标；S2.寻找对应关系，使得每一时刻虚拟航迹的点位均位于无人机和雷达连线的延长线上并一一对应；对无人机航迹上的所有点，和预期虚拟航迹以及雷达坐标进行对应计算，得到所有的对应点对，根据直线两点式方程确定雷达‑无人机位置点的直线，通过计算求得虚拟航迹中对应的虚拟目标坐标；S3.计算干扰调制参数并下发，获取到对应时刻的虚拟目标坐标后，计算干扰调制参数；S4.在干扰调制参数下发之后判断是否进入新的一段航迹，若没有则继续等待，若进入新航迹则再次进入参数计算流程。

Description

基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法及系统

技术领域

本发明涉及无人机控制技术领域。尤其是涉及一种基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法及系统。

背景技术

现代战争中，运用无人机进行作战任务具有很多优势。一是其行动具有机动、灵活的优势，在搭载专用设备后可以根据作战需求实现侦察等任务，通过搜索感兴趣的目标，对其中特定的雷达等辐射源实施干扰，为无人机规划安全的路线；另一个优势在于其成本低廉，作为单体欺骗目标使用不会造成昂贵的使用成本，甚至可以大量投入使用，以集群联合的方式遂行侦察任务。

虚拟目标欺骗是雷达对抗中一种高效可靠的方法，其中虚拟目标欺骗的工作原理是在获得截取得到的地方雷达信号后，通过数字射频存储区进行一定的处理，延迟一定的事件之后再发射，这样可以使敌方雷达接收到比真实距离靠后的回波信号。基于该应用需求，我们对实现单机干扰任务进行了调研与想定，其主要存在一些问题如下：

1）无人机飞行速度快，对转发所需的参数实时性有较高的需求，这会受到处理器功耗限制以及信息传递的延迟影响；

2）由于需要对虚拟航迹进行精确计算，对参数与无人机位置的匹配性要求较高，这要求在计算参数时已知（或可预测）与其对应的无人机位置信息和其它所需信息，在获取这些信息之后针对性地计算所需要的干扰参数；

3）进一步的，在无人机在进行任务时可能会发生因客观原因（避障等）或人为原因临时进行航线的调整，在基于前两点的基础上，由于无人机的高速性和虚拟航迹的精确性，长距离的参数计算不能够适应，需要将无人机的飞行航迹进行切分，形成分段的航迹以保证任务的执行。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明的目的在于应用于针对以行为树进行控制的智能载体，以无人机为代表的小型飞行器，在智能载体上挂载天线，通过优化参数计算算法实现电子对抗参数的精确计算。

为实现上述目的，本发明提供一种基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，应用于无人机控制，所述方法包括以下步骤：

S1.获取分段规划航迹、预期虚拟航迹和雷达坐标；

S2.寻找对应关系，使得每一时刻虚拟航迹的点位均位于无人机和雷达连线的延长线上并一一对应；对无人机航迹上的所有点，和预期虚拟航迹以及雷达坐标进行对应计算，得到所有的对应点对，根据直线两点式方程确定雷达-无人机位置点的直线，通过计算求得虚拟航迹中对应的虚拟目标坐标；

S3.计算干扰调制参数并下发，获取到对应时刻的虚拟目标坐标后，计算干扰调制参数，所述干扰调制参数包括幅度调制参数、时延调制参数以及多普勒调制参数；

S4.在干扰调制参数下发之后判断是否进入新的一段航迹，若没有则继续等待，若进入新航迹则再次进入参数计算流程。

进一步，步骤S1中，依据期望的转发间隔、每段分段航迹中对应的虚拟目标点数以及无人机飞行速度对当前无人机飞行航迹进行分段切分，具体公式为：

其中，为每段分段航迹的长度、为当前无人机规划的航迹总长度；

为期望的虚拟目标转发间隔；

为期望的每段分段的虚拟目标转发点数；

为无人机的速度；

在获取到每段分段长度后，可以得到每一段的具体分段航迹，再根据每段分段航迹中对应的虚拟目标点数，可以取得分段航迹中，每个转发点的坐标值。

进一步，步骤S2中，计算过程中，首先考虑到虚拟航迹的物理限制，使其能够被雷达认定为一条航迹，具体公式为

其中，为雷达N次连续扫描获得的位置观测值；

、为规定的虚拟目标的运动速度最大值与最小值；

为规定的虚拟目标的运动加速度最大值。

根据直线两点式方程确定雷达-无人机位置点的直线

为雷达坐标；为中对应的位置点A坐标；x和y是方程里面的变量，能够根据x的取值确定y的值；

通过联立预设的虚拟航迹方程与直线方程可以求得i时刻虚拟航迹中对应的虚拟目标A^’坐标。

进一步，所述物理限制包括速度和加速度约束。

进一步，所述虚拟航迹方程为直线方程。

进一步，步骤S3中，获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数中的幅度调制参数如下：

幅度调制中接受增益和发射衰减公式如下：

为接受增益；

为发射衰减；

为无人机到雷达的距离。

进一步，步骤S3中，获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数中的时延调制参数如下：

通过某一t时刻时真实无人机的位置A、以及雷达的位置即可通过雷达与A的延长线确定，虚拟航迹上虚拟目标的位置A^’，延迟时间的计算公式如下：

为无人机到虚拟目标的时间延迟；

为无人机到虚拟目标的距离；

为光速。

进一步，步骤S3中，获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数中的多普勒调制参数如下：

首先确认相邻两次回传雷达信号时虚拟目标所在位置，再通过这两次的位置计算虚拟目标的径向速度，之后根据多普勒频率的公式计算多普勒频移：

其中

为多普勒频移；

为雷达主频；

为光速；

为虚拟目标的径向速度，为正表示远离雷达。

进一步，在根据公式计算每一个点对中对应的干扰调制参数后，通过udp协议下发至板卡，在其接收到雷达探测信号后根据计算好的调制参数进行信号的转发，从而达到在目标雷达上显示出虚拟航迹的功能。

另一方面，本发明提供一种基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算系统，其特征在于，所述系统用于实现根据本发明所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法。

本发明的有益效果在于：在完成的规划欺骗航线中，能够达成使得敌方雷达在连续扫描周期内检测到相应的虚拟目标并且各个虚拟目标点之间符合航迹关联准则，最终达到在目标雷达显示屏上形成连续、逼真的欺骗航线的目标，从而为无人机规划安全的路线并由此实现对敌方的信息干扰，使其无法获知我方无人机的真实航迹。

附图说明

图1示出了根据本发明实施例中基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法示意图；

图2示出了根据本发明实施例中基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算整体流程示意图；

图3示出了根据本发明实施例中基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算中分段的示意图。

具体实施方式

下面将结合附图，对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，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他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

以下结合图1-图3对本发明的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明，并不用于限制本发明。

本发明的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法针对无人机干扰应用场景存在的问题为实现最佳干扰效果所做出的具有针对性的设计内容主要包括以下部分：

分段规划无人机飞行轨迹；

无人机的高速飞行能力，其速度过快以至于若进行实时计算参数后下发操作，会导致所计算的参数下发位置与预期位置不符的问题，从而进一步影响在雷达屏幕上所显示的虚拟航点的位置。因此需要根据实际需求，对航线进行一定程度的预规划，例如直线、圆、杜宾斯曲线、割草机路线等，同时地，也需要对欺骗航线进行规划，需要注意的是，在规划欺骗航线时，需要达成的目标是使得敌方雷达能够在连续扫描周期内检测到相应的虚拟目标并且各个虚拟目标点之间符合航迹关联准则，最终达到在目标雷达显示屏上形成连续、逼真的欺骗航线，这要求欺骗航线中每一时刻的点位都要满足位于无人机与雷达连线的延长线上，如图1所示，使得在参数计算时可以有依据地进行基于无人机预测位置的计算。

虚拟航迹干扰参数计算；

在已知未来一段无人机航迹、雷达位置和预期的虚拟航迹并由“分段规划无人机飞行轨迹”中确定了每一时刻虚拟航迹的点位均位于无人机和雷达连线的延长线上并一一对应的条件后，就可以利用其计算所需的干扰参数。干扰参数可分为三个部分：幅度调制、时延调制和多普勒调制。

幅度调制的意义是，在无人机调制信号回传到雷达时，雷达所接收到的信号功率与虚拟目标点到雷达距离匹配，以达到迷惑雷达的目的，这个值若偏小，则雷达上可能无法形成点迹，若偏大，则雷达可能在非主瓣方向也形成点迹。

时延调制的意义是，在经过无人机调制后的信号返回到雷达后，经过雷达解算的位置与真实无人机位置不同。

多普勒效应，即物体的相对运动会引起频率的增大或减小。当物体和波源相背离时，波长会增大，频率会降低，称为多普勒红移，当物体和波源相向运动时，波长减小，频率增大，称为多普勒蓝移，根据探测到的多普勒频移就可以计算出物体的速度。

雷达会利用多普勒效应测量物体在雷达波束方向上的径向运动速度，所以需要对回传的信号中的多普勒参数进行调制。

在计算完幅度调制、时延调制和多普勒调制参数的计算后，后续将参数发送给搭载了数字射频存储器的板卡，之后在接收到雷达的探测脉冲后便会按照计算的参数进行转发，最终在雷达显示屏幕上产生设计好的虚拟航迹。

参数计算整体流程图如图2所示，根据本发明的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法包括以下步骤：

S1.获取分段规划航迹、预期虚拟航迹和雷达坐标。已知信息为当前对无人机进行规划的航迹、无人机的飞行速度、期望的虚拟目标转发间隔以及期望的分段中包含的虚拟目标点数。根据公式带入已知条件分段规划航迹的长度，具体公式为：

其中，为每段分段航迹的长度、为当前无人机规划的航迹总长度，为期望的虚拟目标转发间隔，为期望的每段分段的虚拟目标转发点数，为无人机的速度。

根据计算出的分段航迹长度，对无人机的航迹进行分段。直线航迹为例进行分段的示例如图3所示。

S2.寻找对应关系。在接收到一段新航迹后，首先对此无人机航迹上的所有点，和预期的虚拟航迹以及雷达进行对应计算，得到所有的对应点对，在实际计算过程中，首先需要考虑到虚拟航迹的物理限制，包括速度和加速度约束，使其能够被雷达认定为一条航迹，具体公式为

其中：为雷达N次连续扫描获得的位置观测值，为无人机在时的时刻，分别表示允许的无人机速度最小值和最大值；表示允许的无人机加速度最大值。

根据直线两点式方程确定雷达-无人机位置点的直线

为雷达坐标；为中对应的位置点A坐标；x和y是方程里面的变量，能够根据x的取值确定y的值。

通过联立预设的虚拟航迹方程与直线方程可以求得i时刻虚拟航迹中对应的虚拟目标A^’坐标。其中虚拟航迹方程例如，根据公式3可以得到，，。

S3.计算干扰参数并下发。获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数：幅度调制参数、时延调制参数以及多普勒调制参数。

幅度调制参数的计算：经过多次的实地测试，总结了幅度调制中接受增益和发射衰减公式如下：

为接受增益，为发射衰减，为无人机到雷达的距离。

时延调制参数的计算：如图2所示，通过某一t时刻时真实无人机的位置A、以及雷达的位置即可通过雷达与A的延长线确定，虚拟航迹上虚拟目标的位置A^’，延迟时间的计算公式如下：

为无人机到虚拟目标的时间延迟；为无人机到虚拟目标的距离；为光速。

多普勒调制参数的计算：方法为首先确认相邻两次回传雷达信号时虚拟目标所在位置，再通过这两次的位置计算虚拟目标的径向速度，之后根据多普勒频率的公式计算多普勒频移;

其中：为多普勒频移；为雷达主频；为光速；为虚拟目标的径向速度，为正表示远离雷达。

在根据公式计算每一个点对中对应的干扰调制参数后，通过udp协议下发至板卡，在其接收到雷达探测信号后根据计算好的调制参数进行信号的转发，从而达到在目标雷达上显示出虚拟航迹的功能；

S4.在参数下发之后判断是否进入新的一段航迹，若没有则继续等待，若进入新航迹则再次进入参数计算流程。

如图2所示，假设一次实际运行中，坐标单位为米，其中雷达坐标为R（0，0），接收到的无人机规划航线为，且分段起点为（-10000，0），速度为15m/s，欺骗航线为，取时间间隔为50ms，则可以得到1时间间隔和2时间间隔后的无人机点位坐标A（-9999.52，0.36），B（-9999.04，0.72），可以通过雷达坐标R与无人机点位坐标A、B分别代入公式（3）中，可以得到两条直线和；为了找到A、B两点对应的欺骗航线上的点A^’和B^’，可以通过将这两条直线代入到欺骗航线中，可以得到A^’（-20999.43，0.76）、B^’（-20998.866，1.512），已知此时两点时间间隔为50ms，代入到公式（1）、公式（2）中，可以得到V=18.8m/s，由于无人机进行匀速运动所以a=0m/s²。

在获得了对应的虚拟航迹点位位置后，根据公式（4）、（5），可以得到A点（距离雷达9.99952km）接受增益，发射衰减，根据A^’计算距雷达距离后可计算径向速度（两次距离的差值与时间的比值）为-9.6m/s后可以代入公式（6）、（7）可得到对应的A^’时延，。同理可计算B^’对应参数以及其余虚拟航迹上所有点的对应参数。

由此，在完成的规划欺骗航线中，能够达成使得敌方雷达在连续扫描周期内检测到相应的虚拟目标并且各个虚拟目标点之间符合航迹关联准则，最终达到在目标雷达显示屏上形成连续、逼真的欺骗航线的目标，从而为无人机规划安全的路线并由此实现对敌方的信息干扰，使其无法获知我方无人机的真实航迹。

在本说明书的描述中，参考术语“实施例”、“示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。此外，本领域的技术人员可以在不产生矛盾的情况下，将本说明书中描述的不同实施例或示例以及其中的特征进行结合或组合。

上述内容虽然已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型等更新操作。

Claims

1.一种基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，应用于无人机控制，其特征在于，所述方法包括以下步骤：

S1.获取分段规划航迹、预期虚拟航迹和雷达坐标；

2.根据权利要求1所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，步骤S1中，依据期望的转发间隔、每段分段航迹中对应的虚拟目标点数以及无人机飞行速度对当前无人机飞行航迹进行分段切分，具体公式为：

其中，为每段分段航迹的长度、为当前无人机规划的航迹总长度；为期望的虚拟目标转发间隔；为期望的每段分段的虚拟目标转发点数；为无人机的速度；

3.根据权利要求1所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，步骤S2中，计算过程中，首先考虑到虚拟航迹的物理限制，使其能够被雷达认定为一条航迹，具体公式为

其中，为雷达N次连续扫描获得的位置观测值，；为无人机在时的时刻；、分别表示允许的无人机速度最小值和最大值；表示允许的无人机加速度最大值；

根据直线两点式方程确定雷达-无人机位置点的直线：

为雷达坐标；为中对应的位置点A坐标；x、y为变量；

通过联立预设的虚拟航迹方程与直线方程可以求得i时刻虚拟航迹中对应的虚拟目标坐标。

4.根据权利要求3所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，所述物理限制包括速度和加速度约束。

5.根据权利要求3所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，所述虚拟航迹方程为直线方程；根据公式3可以得到，，。

6.根据权利要求1所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，步骤S3中，获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数中的幅度调制参数如下：

幅度调制中接受增益和发射衰减公式如下：

为接受增益，为发射衰减，为无人机到雷达的距离。

7.根据权利要求6所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，步骤S3中，获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数中的时延调制参数如下：

为无人机到虚拟目标的时间延迟，为无人机到虚拟目标的距离，为光速。

8.根据权利要求7所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，步骤S3中，获取到对应时刻的虚拟目标A^’坐标后，可根据已知条件计算干扰调制参数中的多普勒调制参数如下：

其中，为多普勒频移，为雷达主频，为光速；为虚拟目标的径向速度，为正表示远离雷达。

9.根据权利要求8所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法，其特征在于，在根据公式计算每一个点对中对应的干扰调制参数后，通过udp协议下发至板卡，在其接收到雷达探测信号后根据计算好的调制参数进行信号的转发，从而达到在目标雷达上显示出虚拟航迹。

10.一种基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算系统，其特征在于，所述系统用于实现权利要求1-9任一项所述的基于分段规划触发的虚拟航迹干扰参数计算方法。