组网雷达快速标校优化航路规划方法.pdf
《组网雷达快速标校优化航路规划方法.pdf》由会员分享,可在线阅读,更多相关《组网雷达快速标校优化航路规划方法.pdf(8页珍藏版)》请在咨信网上搜索。
1、 第2卷 第4期V o l.2 N o.4 2 0 2 3年8月 J o u r n a l o f A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A A u g.2 0 2 3组网雷达快速标校优化航路规划方法陈双友1,2,马俊涛1,张宏伟1,牛元栋1,焦丽婷1,3(1.陆军工程大学 石家庄校区,河北 石家庄 0 5 0 0 0 3;2.7 7 1 2 3部队,四川 绵阳 6 6 2 6 6 9;3.3 2 1 5 1部队,河北 邢台 0 5 4 0 0 0)摘要:针对现有雷达动态标校方法无法实现一条航路完成组网雷达快速高精
2、度标校问题,提出了一种基于斜距极差的组网雷达快速标校优化航路规划方法。该方法通过计算各雷达对航路斜距极差,设计一条以总斜距极差最大准则与规避各雷达近空盲区为双判据的标校优化航路,实现组网后多站同时标校。对系统误差建模,通过对系统误差估计算法分析,得到了影响系统误差估计的主要因素为斜距极差的结论,并基于此提出了该优化航路规划方法。仿真实验结果表明,基于优化航路得到的误差参数估计精度明显优于对比航路,对斜距偏差和斜距误差增益的估计偏差百分比分别为2.7%和5%,验证了所提方法的有效性和优越性。关键词:雷达组网;标校;航路规划;系统误差;斜距极差 中图分类号:T N 9 5 7.2D O I:1 0
3、.1 2 0 1 8/j.i s s n.2 0 9 7-0 7 3 0.2 0 2 2 0 9 2 3 0 0 2M e t h o d o f O p t i m i z i n g R o u t e P l a n n i n g f o r R a p i d C a l i b r a t i o n o f N e t t e d R a d a r CHE N S h u a n g y o u1,2,MA J u n t a o1,Z HANG H o n g w e i1,N I U Y u a n d o n g1,J I AO L i t i n g1,3(1.S h
4、i j i a z h u a n g C a m p u s,A r m y E n g i n e e r i n g U n i v e r s i t y o f P L A,S h i j i a z h u a n g 0 5 0 0 0 3,C h i n a;2.U n i t 7 7 1 2 3 o f P L A,M i a n y a n g 6 6 2 6 6 9,C h i n a;3.U n i t 3 2 1 5 1 o f P L A,X i n g t a i 0 5 4 0 0 0,C h i n a)A b s t r a c t:I n o r d e
5、r t o s o l v e t h e p r o b l e m t h a t t h e e x i s t i n g r a d a r d y n a m i c c a l i b r a t i o n m e t h o d s c a n n o t a c h i e v e t h e r a p i d a n d h i g h-p r e c i s i o n c a l i b r a t i o n o f n e t t e d r a d a r s i n o n e r o u t e,a n o p t i m i z e d r o u t
6、e p l a n n i n g m e t h o d f o r r a p i d c a l i b r a t i o n o f n e t t e d r a d a r s b a s e d o n t h e r a n g e o f s l a n t d i s t a n c e i s p r o p o s e d.T h i s m e t h o d d e s i g n s a c a l i b r a t i o n o p t i m i z a t i o n r o u t e b a s e d o n t h e d o u b l e
7、c r i t e r i a o f m a x i m u m p r i n c i p l e o f t h e t o t a l r a n g e o f s l a n t d i s t a n c e a n d a v o i d i n g t h e c l o s e-r a n g e b l i n d z o n e o f e a c h r a d a r b y c a l c u l a t i n g t h e r a n g e o f s l a n t d i s t a n c e o f e a c h r a d a r t o t
8、h e r o u t e,a n d r e a l i z e s t h e s i m u l t a n e o u s c a l i b r a t i o n o f m u l t i p l e s t a t i o n s a f t e r n e t w o r k i n g.T h e s y s t e m a t i c e r r o r i s m o d e l l e d i n t h i s p a p e r,a n d b y t h e a n a l y s i s o f t h e s y s t e m a t i c e r r
9、o r e s-t i m a t i o n a l g o r i t h m,i t i s c o n c l u d e d t h a t t h e p r i n c i p a l f a c t o r a f f e c t i n g t h e s y s t e m a t i c e r r o r e s t i m a t i o n i s t h e r a n g e o f s l a n t d i s t a n c e.B a s e d o n t h i s c o n c l u s i o n,a n o p t i m a l r o
10、u t e p l a n n i n g m e t h o d i s p r o p o s e d.T h e r e-s u l t s o f t h e s i m u l a t i o n e x p e r i m e n t s s h o w t h a t t h e a c c u r a c y o f e r r o r p a r a m e t e r e s t i m a t i o n b a s e d o n t h e o p t i-m i z e d r o u t e i s o b v i o u s l y b e t t e r t
11、h a n t h a t o f t h e c o n t r a s t i v e r o u t e s,a n d t h e e s t i m a t e d d e v i a t i o n p e r c e n t a g e s o f t h e s l a n t d i s t a n c e d e v i a t i o n a n d t h e s l a n t d i s t a n c e e r r o r g a i n a r e 2.7%a n d 5%r e s p e c t i v e l y,w h i c h v e r i-f
12、i e s t h e e f f e c t i v e n e s s a n d s u p e r i o r i t y o f t h e p r o p o s e d m e t h o d.K e y w o r d s:r a d a r n e t w o r k i n g;c a l i b r a t i o n;r o u t e p l a n n i n g;s y s t e m a t i c e r r o r s;r a n g e o f s l a n t d i s t a n c e 收稿日期:2 0 2 2-0 9-2 3基金项目:军内科研项
13、目(L J 2 0 2 1 2 A 0 2 1 1 5 8)。第一作者:陈双友,助理工程师,主要研究雷达标校与空情融合。通信作者:马俊涛,副教授,主要研究雷达信号处理、雷达组网。在现代战场的复杂电磁环境下,雷达装备作战效能的发挥至关重要1。雷达组网能够扩展信息获取范围、提高侦察系统的精度和可靠性、改善目标航迹和情报的稳定性2-3。然而,不同雷达输出数据存在的误差将影响雷达组网空情融合精度4。因此,雷达在实际使用和执行重要任务前,必须对其进行标校5。现有的标校方式主要分为静态标校和动态标校,但它们都有明显的局限性。文献6 介绍了基于标校塔的标校方法,但标校塔建设成本大、资源稀少、机动性差,标校组
14、织实施不便;文献7 设计了有源雷达校准器和固体参考反射器,但仅适用于特殊雷达 校 准。此 类 静 态 标 校 需 要 场 地 架 设 校 准 装置8,对架设环境要求较高。文献9 采用民航的自动相关监视广播(a u t o m a t i c d e p e n d e n t s u r v e i l l a n c e-b r o a d c a s t,A D S-B)获得的真值数据进行误差配准,但获得的仰角真值与雷达测量值时间对准困难,标定精度差;为简化算法和保证实时性,Z h a n g等1 0对基于A D S-B的雷达标校进行了改进,但这些算法对外部依赖大,不适用于真实战场。利用携
15、带定位导航设备的无人机进行标校1 1-1 2提高了标校的自主性且真值数据精度高,文献1 3,1 4 对校准目标进行了设计改进,克服了标定目标雷达截面(r a d a r c r o s s s e c t i o n,R C S)相对较小和雷达标定不确定性的问题。但上述方法都以单部雷达标校进行设计,既没有考虑目标航路的不同导致参数估计的波动甚至错误1 5,也没有设计一种适用于多雷达快速标校的航路。针对上述问题,提出一种基于斜距极差的组网雷达快速标校优化航路规划方法,通过计算求得总斜距极差最大且避开雷达近空盲区的优化航路,并基于无人机系统的雷达标校方法对组网雷达进行标校。所提方法规划的航路可同时
16、完成多站雷达标校,并且保证系统误差估计的精度,对提高特殊情况下组网雷达的标校效率具有重要意义。1 系统误差来源与建模雷达组网系统中存在的误差一般可分为均值为零的随机误差和确定性的均值不为零的系统误差。针对随机误差已经有比较成熟的算法进行估计消除,如:多项式拟合1 6、卡尔曼滤波1 7、最小二乘法等,而对于系统误差的消除相对比较困难。目前考虑的雷达量测系统误差主要包括:加性误差慢变量以及与距离成正比的误差增益量的测距误差;加性误差慢变量的测方位角误差和测俯仰角误差1 8。工程应用中一般假设系统误差各分量是常量,归结起来目标量测值斜距(rr a d a r-T)、方位角(r a d a r-T)、
17、俯倾角(r a d a r-T)分别表示为rr a d a r-T=r+r b g+nr,r b g=r b+rr g(1)r a d a r-T=+b+n(2)r a d a r-T=+b+n(3)式中:r b为斜距偏差,r g为斜距误差增益,r、分别为斜距、方位角、俯仰角量测真值,r b g、b、b分别为斜距、方位角、俯仰角系统误差,nr、n、n分别表示斜距、方位角和俯仰角在高斯白噪声下随机误差。系统误差估计向量Ve表示为Ve=r b,r g,b,bT(4)2 系统误差估计影响因素分析基于无人机系统的雷达标校流程如图1所示。首先将通过携带龙伯球及定位设备的小型无人机获取的真值数据与雷达量测
18、数据进行时间对准,然后进行坐标转换和数据预处理,最后进行系统误差参数估计和雷达校准。本节主要通过最小二乘算法对影响系统误差估计精度的因素进行分析,从而确定航路优化的依据。图1 标校流程假设k时 刻 雷 达 探 测 到 目 标 的 量 测 值 为(rr a d a r-T(k),r a d a r-T(k),r a d a r-T(k),真 值 数 据 为(LB D S(k),BB D S(k),HB D S(k);雷达站的地理坐标为(LR,BR,HR)。在 地 心 地 固 坐 标 体 系(e a r t h-c e n t e r e d e a r t h-f i x e d,E C E F
19、)下,以雷达站心直角坐标系为数据处理统一坐标系,经过坐标转换1 9、时间对准和数据预处理之后,随机噪声为0,目标量测值与数据真值构成偏差方程,并在真值点(r(k),(k),(k)处通过一阶泰勒展开2 0-2 1Z(k)=xr a d a r-T(k)yr a d a r-T(k)zr a d a r-T(k)-xr a d a r-B D S(k)yr a d a r-B D S(k)zr a d a r-B D S(k)=rr a d a r-T(k)s i n(r a d a r-T(k)c o s(r a d a r-T(k)rr a d a r-T(k)c o s(r a d a r-
20、T(k)c o s(r a d a r-T(k)rr a d a r-T(k)s i n(r a d a r-T(k)-xr a d a r-B D S(k)yr a d a r-B D S(k)zr a d a r-B D S(k)=17第4期 陈双友,等:组网雷达快速标校优化航路规划方法(r(k)+r b+r(k)r g)s i n(k)+b)c o s(k)+b)(r(k)+r b+r(k)r g)c o s(k)+b)c o s(k)+b)(r(k)+r b+r(k)r g)s i n(k)+b)-xr a d a r-B D S(k)yr a d a r-B D S(k)zr a d
21、 a r-B D S(k)r(k)s i n(k)c o s(k)r(k)c o s(k)c o s(k)r(k)s i n(k)+J(k)Ve-xr a d a r-B D S(k)yr a d a r-B D S(k)zr a d a r-B D S(k)J(k)Ve(5)其中J(k)=xr a d a r-T(k)r bxr a d a r-T(k)r gxr a d a r-T(k)bxr a d a r-T(k)byr a d a r-T(k)r byr a d a r-T(k)r gyr a d a r-T(k)byr a d a r-T(k)bzr a d a r-T(k)r b
22、zr a d a r-T(k)r gzr a d a r-T(k)bzr a d a r-T(k)b (6)将式(5)整理为J(k)Ve=Z(k)则当测量值个数N2时可以求得雷达系统误差估计向量的最小二乘解为Ve=(JTJ)-1JTZ(7)式中J=JT(1),JT(2),JT(N)TZ=ZT(1),ZT(2),ZT(N)T 定义式(7)中系统误差估计参数Ve的F i s h e r信息矩阵为H=JTJ(8)则最小二乘算法估计系统误差有解的条件是信息矩阵H可逆,即J列满秩,当J的列线性相关或弱相关时,信息矩阵是病态的,直接影响估计结果的准确度和可靠性。经过计算矩阵J为J=b1(1)r(1)b1(
23、1)c1(1)d1(1)b2(1)r(1)b2(1)c2(1)d2(1)b3(1)r(1)b3(1)c3(1)d3(1)b1(k)r(k)b1(k)c1(k)d1(k)b2(k)r(k)b2(k)c2(k)d2(k)b3(k)r(k)b3(k)c3(k)d3(k)(9)式中 b1(k)=s i n(k)+b)c o s(k)+b)b2(k)=c o s(k)+b)c o s(k)+b)b3(k)=s i n(k)+b)c1(k)=(r(k)+r b+r(k)r gc o s(k)+b)c o s(k)+b)c2(k)=-(r(k)+r b+r(k)r gs i n(k)+b)c o s(k)+
24、b)c3(k)=0d1(k)=-(r(k)+r b+r(k)r g)s i n(k)+b)s i n(k)+b)d2(k)=-(r(k)+r b+r(k)r g)c o s(k)+b)s i n(k)+b)d3(k)=-(r(k)+r b+r(k)r g)c o s(k)+b)定义斜距极差为雷达站对一条航路量测斜距离的最大值与最小值之差。从式(9)可以看到矩阵J的第一列与第二列差别在于目标真值斜距r(k),当观测数据密集或者合作目标航路与雷达之间的斜距变化很小甚至不变(如绕雷达圆周飞行)时,矩阵J的第一列与第二列将呈现强相关性,这必然导致参数估计的不准确。因此,在进行雷达标校的过程中应尽量保证
25、斜距变化大,即斜距极差尽可能大。对于单部雷达来说,只要保证航路对于雷达站是背向飞行就可以保证斜距极差最大化。对于雷达组网,尤其是在战场环境下,找到一条使总斜距极差最大的航路对保证多雷达的快速精确标校具有重要意义。基于此,本文提出一种基于斜距极差的组网雷达快速标校优化航路规划方法。3 基于斜距极差的组网雷达快速标校优化航路规划假设雷达组网为n部,雷达站布站位置已经确定,地理坐标分别为:雷达1站R1为(LR1,BR1,HR1),雷达2站R2为(LR2,BR2,HR2),雷达n站Rn为(LRn,BRn,HRn),提前确定航路起点S为(LS,BS,HS),航路设计流程如图2所示。图2 组网雷达标校航路
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 组网 雷达 快速 优化 航路 规划 方法
1、咨信平台为文档C2C交易模式,即用户上传的文档直接被用户下载,收益归上传人(含作者)所有;本站仅是提供信息存储空间和展示预览,仅对用户上传内容的表现方式做保护处理,对上载内容不做任何修改或编辑。所展示的作品文档包括内容和图片全部来源于网络用户和作者上传投稿,我们不确定上传用户享有完全著作权,根据《信息网络传播权保护条例》,如果侵犯了您的版权、权益或隐私,请联系我们,核实后会尽快下架及时删除,并可随时和客服了解处理情况,尊重保护知识产权我们共同努力。
2、文档的总页数、文档格式和文档大小以系统显示为准(内容中显示的页数不一定正确),网站客服只以系统显示的页数、文件格式、文档大小作为仲裁依据,平台无法对文档的真实性、完整性、权威性、准确性、专业性及其观点立场做任何保证或承诺,下载前须认真查看,确认无误后再购买,务必慎重购买;若有违法违纪将进行移交司法处理,若涉侵权平台将进行基本处罚并下架。
3、本站所有内容均由用户上传,付费前请自行鉴别,如您付费,意味着您已接受本站规则且自行承担风险,本站不进行额外附加服务,虚拟产品一经售出概不退款(未进行购买下载可退充值款),文档一经付费(服务费)、不意味着购买了该文档的版权,仅供个人/单位学习、研究之用,不得用于商业用途,未经授权,严禁复制、发行、汇编、翻译或者网络传播等,侵权必究。
4、如你看到网页展示的文档有www.zixin.com.cn水印,是因预览和防盗链等技术需要对页面进行转换压缩成图而已,我们并不对上传的文档进行任何编辑或修改,文档下载后都不会有水印标识(原文档上传前个别存留的除外),下载后原文更清晰;试题试卷类文档,如果标题没有明确说明有答案则都视为没有答案,请知晓;PPT和DOC文档可被视为“模板”,允许上传人保留章节、目录结构的情况下删减部份的内容;PDF文档不管是原文档转换或图片扫描而得,本站不作要求视为允许,下载前自行私信或留言给上传者【自信****多点】。
5、本文档所展示的图片、画像、字体、音乐的版权可能需版权方额外授权,请谨慎使用;网站提供的党政主题相关内容(国旗、国徽、党徽--等)目的在于配合国家政策宣传,仅限个人学习分享使用,禁止用于任何广告和商用目的。
6、文档遇到问题,请及时私信或留言给本站上传会员【自信****多点】,需本站解决可联系【 微信客服】、【 QQ客服】,若有其他问题请点击或扫码反馈【 服务填表】;文档侵犯商业秘密、侵犯著作权、侵犯人身权等,请点击“【 版权申诉】”(推荐),意见反馈和侵权处理邮箱:1219186828@qq.com;也可以拔打客服电话:4008-655-100;投诉/维权电话:4009-655-100。