CN116148840A - 一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统 - Google Patents

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CN116148840A CN202310214682.5A CN202310214682A CN116148840A CN 116148840 A CN116148840 A CN 116148840A CN 202310214682 A CN202310214682 A CN 202310214682A CN 116148840 A CN116148840 A CN 116148840A
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Abstract

本发明涉及雷达定位技术领域，尤其为一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，包括：隐身模块：用于对雷达进行隐身；探测模块：用于通过发射探测信号进行探测；接收模块：用于接收探测到目标后返回的探测信号；处理模块：用于根据探测模块探测的数据以及接收模块接收的数据进行动态定位；跟踪模块：用于对处理模块定位的目标进行跟踪。本发明通过吸波构件和三锯齿结构提升雷达的隐蔽效果，通过多个单阵面雷达提高雷达覆盖范围，解决了由于转台或阵面的转动导致的隐蔽性较低问题，同时通过动态定位算法实现对目标的高精度定位，提升目标的定位效果。

Description

一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统
技术领域
本发明涉及雷达定位技术领域，尤其是一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统。
背景技术
随着现代高科技的发展,雷达大量应用于飞机、导弹、航海等领域。由于现代军事上雷达的广泛使用，使之成为一种重要的探测工具。雷达隐身自然就成为一种重要的隐身技术。现有的雷达隐身技术主要是通过改变雷达回波信号的幅度和相位降低目标的雷达散射截面，达到隐身的效果，常用的技术措施有：外形隐身技术、吸波材料技术和阻抗加载隐身技术等。然而，这些现有技术均存在隐身频段较窄的问题。现有的单阵面二维相控阵雷达的方位、俯仰覆盖范围有限，如果不装配转台很难达到0°～360°全方位覆盖，俯仰覆盖亦如此。而对单阵面二维相控阵雷达装配转台,不能充分发挥二维相控阵雷达波束捷变的优点，且转台及阵面的转动会降低雷达的隐蔽性。且在雷达监测过程中，需要实时对目标进行高精度定位以获取目标状态。
为实现长时间、低成本、高精度、高隐蔽的运动目标检测，本发明提出一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，能够提升雷达的隐蔽效果，同时提高雷达覆盖范围，解决了由于转台或阵面的转动导致的隐蔽性较低问题，同时通过动态定位算法对目标进行高精度定位。
发明内容
本发明的目的是通过提出一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，以解决上述背景技术中提出的缺陷。
本发明采用的技术方案如下：
提供一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，包括：
隐身模块：用于对雷达进行隐身；
探测模块：用于通过发射探测信号进行探测；
接收模块：用于接收探测到目标后返回的探测信号；
处理模块：用于根据探测模块探测的数据以及接收模块接收的数据进行动态定位；
跟踪模块：用于对处理模块定位的目标进行跟踪。
作为本发明的一种优选技术方案：所述隐身模块通过对雷达外层安装新型电磁超材料负荷成型的吸波构件进行吸波处理，并在最外层涂覆吸波涂层，并选择三锯齿结构作为雷达结构棱边。
作为本发明的一种优选技术方案：所述探测模块和接收模块处于单阵面雷达上，所述雷达系统包括多个单阵面雷达，每个单阵面雷达间呈15°夹角。
作为本发明的一种优选技术方案：所述探测模块通过发射无线电信号，并通过接收模块接收目标反射的无线电信号，并记录发射过程和接收信号过程中的雷达数据。
作为本发明的一种优选技术方案：所述雷达数据包括探测模块发射无线电信号时雷达的坐标位置和发射时间，以及接收模块接收无线电信号时雷达的坐标位置和接收时间。
作为本发明的一种优选技术方案：所述雷达的坐标位置数据中，雷达位置为经纬度位置数据，通过坐标转换对雷达的坐标位置进行转换。
作为本发明的一种优选技术方案：所述处理模块根据探测模块与接收模块记录的数据通过动态定位算法对目标进行定位。
作为本发明的一种优选技术方案：所述动态定位算法如下：设目标坐标为
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设在第j个单阵面雷达的第k次探测中，探测模块向目标发射信号时位置为/>
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探测信号探测到目标后立即反射，此时雷达至目标的距离为/>
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雷达接收到目标返回的信号时位置为/>
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此时目标与雷达间的距离为/>
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则观测方程为：
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为测距误差，εjk为其他噪声引起的测距误差；
所述雷达发射的探测信号的平均速度为cjk：
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其中，c为光速，∈为介电常数，f为无线电信号的发射频率；
根据泰勒级数公式在
Figure BDA00041145081500000213
处展开，化为：
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其中，
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表示雷达发射信号或接收信号时的位置；其中，
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表示雷达的坐标位置，当i＝1时表示发射探测信号时雷达的坐标位置，当i＝2时，表示雷达接收信号时的坐标位置，根据上式得到距离的残差/>
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通过最小二乘δTδ＝min计算获得目标的位置。
作为本发明的一种优选技术方案：所述处理模块通过动态定位算法对目标再次进行定位，并记录两次定位间隔时间，计算目标运动速度。
作为本发明的一种优选技术方案：所述跟踪模块根据所述处理模块定位的目标数据通过OSELM算法对目标位置进行预测和追踪。
本发明提供的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，与现有技术相比，其有益效果有：
本发明通过吸波构件和三锯齿结构提升雷达的隐蔽效果，通过多个单阵面雷达提高雷达覆盖范围，解决了由于转台或阵面的转动导致的隐蔽性较低问题，同时通过动态定位算法实现对目标的高精度定位，提升目标的定位效果。
附图说明
图1为本发明优选实施例的系统框图。
图中各个标记的意义为：100、隐身模块；200、探测模块；300、接收模块；400、处理模块；500、跟踪模块。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本实施例中的实施例及实施例中的特征可以相互组合，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。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。
参照图1，本发明优选实施例提供了一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，包括：
隐身模块100：用于对雷达进行隐身；
探测模块200：用于通过发射探测信号进行探测；
接收模块300：用于接收探测到目标后返回的探测信号；
处理模块400：用于根据探测模块200探测的数据以及接收模块300接收的数据进行动态定位；
跟踪模块500：用于对处理模块400定位的目标进行跟踪。
所述隐身模块100通过对雷达外层安装新型电磁超材料负荷成型的吸波构件进行吸波处理，并在最外层涂覆吸波涂层，并选择三锯齿结构作为雷达结构棱边。
所述探测模块200和接收模块300处于单阵面雷达上，所述雷达系统包括多个单阵面雷达，每个单阵面雷达间呈15°夹角。
所述探测模块200通过发射无线电信号，并通过接收模块300接收目标反射的无线电信号，并记录发射过程和接收信号过程中的雷达数据。
所述雷达数据包括探测模块200发射无线电信号时雷达的坐标位置和发射时间，以及接收模块300接收无线电信号时雷达的坐标位置和接收时间。
所述雷达的坐标位置数据中，雷达位置为经纬度位置数据，通过坐标转换对雷达的坐标位置进行转换。
所述处理模块400根据探测模块200与接收模块300记录的数据通过动态定位算法对目标进行定位。
所述动态定位算法如下：设目标坐标为
Figure BDA0004114508150000051
设在第j个单阵面雷达的第k次探测中，探测模块200向目标发射信号时位置为/>
Figure BDA0004114508150000052
探测信号探测到目标后立即反射，此时雷达至目标的距离为/>
Figure BDA0004114508150000053
雷达接收到目标返回的信号时位置为
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此时目标与雷达间的距离为/>
Figure BDA0004114508150000055
则观测方程为：
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Figure BDA0004114508150000057
Figure BDA0004114508150000058
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分别为雷达在发射和接收信号时与目标的距离，/>
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为测距误差，εjk为其他噪声引起的测距误差；
所述雷达发射的探测信号的平均速度为cjk：
Figure BDA00041145081500000512
其中，c为光速，∈为介电常数，f为无线电信号的发射频率；
根据泰勒级数公式在
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处展开，化为：/>
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处展开的雷达在发射和接收信号时与目标的欧式距离，且：
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通过最小二乘δTδ＝min计算获得目标的位置。
所述处理模块400通过动态定位算法对目标再次进行定位，并记录两次定位间隔时间，计算目标运动速度。
所述跟踪模块500根据所述处理模块400定位的目标数据通过OSELM算法对目标位置进行预测和追踪。
本实施例中，隐身模块100通过涂覆吸波涂层和结构蒙皮实现雷达的环境共生隐身，雷达上设有多个单阵面雷达，每个单阵面雷达能够独立工作，每个单阵面雷达上均包含探测模块200和接收模块300，探测模块200设定探测时间，每间隔设定的探测时间时，发射一次探测信号，对于探测到目标的探测信号反射回单阵面雷达，接收模块300接收返回的探测信号，探测模块200发射探测信号后，雷达处于运动状态，当接收模块300接收返回的探测信号时，雷达已经不处于之前的位置，因此，探测模块200记录探测信号发射时雷达的位置和信号发射时间，接收模块300记录接收信号时雷达的位置和接收时间。处理模块400接收探测模块200和接收模块300记录的位置数据和时间数据，并对目标位置进行动态高精度定位。
处理模块400中，设目标坐标为
Figure BDA0004114508150000067
其中，以雷达起点为原点为例，建立xyz轴，其中，y轴指向北极，x轴指向赤道方向，z轴沿地心向外，代表雷达或目标的高度，设目标和雷达均处于xyz轴的第一象限，第4个单阵面雷达的探测模块200第5次发射信号时雷达位置为/>
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探测信号探测到目标后立即反射，此时雷达至目标的距离为/>
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其中，
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分别为雷达在发射和接收信号时与目标的距离，/>
Figure BDA0004114508150000078
为测距误差，ε45为其他噪声引起的测距误差；
所述雷达发射的探测信号的平均速度为c45：
Figure BDA0004114508150000079
其中，c为光速，∈为介电常数，f为无线电信号的发射频率；
根据泰勒级数公式在P0处展开，化为：
Figure BDA00041145081500000710
其中，
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Figure BDA00041145081500000712
分别代表雷达发射和接收信号时至目标的欧式距离，且：
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其中，
Figure BDA00041145081500000714
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Figure BDA00041145081500000715
分别为雷达至目标和目标值雷达的单程传播时间，/>
Figure BDA00041145081500000716
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Figure BDA00041145081500000717
为雅各比矩阵，系数为：
Figure BDA00041145081500000718
其中，
Figure BDA0004114508150000081
Figure BDA0004114508150000082
Figure BDA0004114508150000083
Figure BDA0004114508150000084
Figure BDA0004114508150000085
根据上式得到距离的残差
Figure BDA0004114508150000086
通过最小二乘δTδ＝min计算获得目标的位置。
通过动态定位算法计算出目标的位置，再次发射探测信号并计算目标的位置，并通过两次发射探测信号的时间间隔以及雷达运动速度，计算目标运动速度，跟踪模块500通过OSELM算法根据计算获得的目标的位置和速度进行预测和追踪。
对于本领域技术人员而言，显然本发明不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现本发明。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本发明内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (10)

1.一种动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：包括：
隐身模块(100)：用于对雷达进行隐身；
探测模块(200)：用于通过发射探测信号进行探测；
接收模块(300)：用于接收探测到目标后返回的探测信号；
处理模块(400)：用于根据探测模块(200)探测的数据以及接收模块(300)接收的数据进行动态定位；
跟踪模块(500)：用于对处理模块(400)定位的目标进行跟踪。
2.根据权利要求1所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述隐身模块(100)通过对雷达外层安装新型电磁超材料负荷成型的吸波构件进行吸波处理，并在最外层涂覆吸波涂层，并选择三锯齿结构作为雷达结构棱边。
3.根据权利要求1所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述探测模块(200)和接收模块(300)处于单阵面雷达上，所述雷达系统包括多个单阵面雷达，每个单阵面雷达间呈15°夹角。
4.根据权利要求3所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述探测模块(200)通过发射无线电信号，并通过接收模块(300)接收目标反射的无线电信号，并记录发射过程和接收信号过程中的雷达数据。
5.根据权利要求4所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述雷达数据包括探测模块(200)发射无线电信号时雷达的坐标位置和发射时间，以及接收模块(300)接收无线电信号时雷达的坐标位置和接收时间。
6.根据权利要求5所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述雷达的坐标位置数据中，雷达位置为经纬度位置数据，通过坐标转换对雷达的坐标位置进行转换。
7.根据权利要求6所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述处理模块(400)根据探测模块(200)与接收模块(300)记录的数据通过动态定位算法对目标进行定位。
8.根据权利要求7所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述动态定位算法如下：设目标坐标为
Figure FDA0004114508140000011
设在第j个单阵面雷达的第k次探测中，探测模块(200)向目标发射信号时位置为/>
Figure FDA0004114508140000012
探测信号探测到目标后立即反射，此时雷达至目标的距离为/>
Figure FDA0004114508140000021
雷达接收到目标返回的信号时位置为
Figure FDA0004114508140000022
此时目标与雷达间的距离为/>
Figure FDA0004114508140000023
则观测方程为：
Figure FDA0004114508140000024
Figure FDA0004114508140000025
Figure FDA0004114508140000026
其中，
Figure FDA0004114508140000027
和/>
Figure FDA0004114508140000028
分别为雷达在发射和接收信号时与目标的距离，/>
Figure FDA0004114508140000029
为测距误差，εjk为其他噪声引起的测距误差；
所述雷达发射的探测信号的平均速度为cjk：
Figure FDA00041145081400000210
其中，c为光速，∈为介电常数，f为无线电信号的发射频率；
根据泰勒级数公式在
Figure FDA00041145081400000211
处展开，化为：
Figure FDA00041145081400000212
其中，
Figure FDA00041145081400000213
和/>
Figure FDA00041145081400000214
分别代表雷达发射和接收信号时至目标的欧式距离，f1 0和/>
Figure FDA00041145081400000215
分别表示在
Figure FDA00041145081400000216
处展开的雷达在发射和接收信号时与目标的欧式距离，且：
Figure FDA00041145081400000217
其中，
Figure FDA00041145081400000218
和/>
Figure FDA00041145081400000219
分别为雷达至目标和目标值雷达的单程传播时间，/>
Figure FDA00041145081400000220
和/>
Figure FDA00041145081400000221
为雅各比矩阵，系数为：
Figure FDA00041145081400000222
Figure FDA0004114508140000031
其中，
Figure FDA0004114508140000032
表示雷达发射信号或接收信号时的位置；其中，/>
Figure FDA0004114508140000033
为目标的初始坐标值，/>
Figure FDA0004114508140000034
表示雷达的坐标位置，当i＝1时表示发射探测信号时雷达的坐标位置，当i＝2时，表示雷达接收信号时的坐标位置，根据上式得到距离的残差
Figure FDA0004114508140000035
通过最小二乘δTδ＝min计算获得目标的位置。
9.根据权利要求8所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述处理模块(400)通过动态定位算法对目标再次进行定位，并记录两次定位间隔时间，计算目标运动速度。
10.根据权利要求9所述的动态高精度定位的环境共生隐身雷达系统，其特征在于：所述跟踪模块(500)根据所述处理模块(400)定位的目标数据通过OSELM算法对目标位置进行预测和追踪。
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