基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備及其方法
2023-10-08 14:04:19 3
基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備及其方法
【專利摘要】本發明屬於一種雷達標定設備，基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備及其方法。該雷達高度動態標定設備包括三個北鬥接收機終端、艦載雷達數據記錄設備、飛行控制系統和解算分系統；三個北鬥接收機終端分別是安裝在碼頭的基準點上作為基準站的北鬥接收機一、安裝在艦艇等效位置中心的北鬥接收機二和安裝在旋翼無人直升機的北鬥接收機三；標定時，通過在旋翼無人直升機和艦艇上加裝北鬥設備，記錄旋翼無人直升機和艦艇物理位置變化，同時同步利用艦艇雷達錄取數據，將旋翼無人直升機上記錄的真值數據和艦艇雷達的錄取數據進行誤差處理分析，最終得出雷達仰角誤差值。
【專利說明】基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備及其方法
【技術領域】
[0001]本發明屬於一種雷達標定設備，特別涉及基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備及其方法，可以解決雷達仰角精度的標定問題。
【背景技術】
[0002]目前，國內艦載雷達標定研究主要集中在兩坐標雷達方向，趙馨等提出採用基於差分GPS、CCD、雷射經緯儀等技術結合的零位標定方法，標校系統的位置精度優於50cm，角度精度優於0.05mrad ;姚景順等提出採用GPS技術對艦載雷達進行動態標定，目標位置精度達到Im ;段靜玄等提出採用GPS RTK技術對三坐標雷達動態標定法，距離標定誤差不大於 4cm。
[0003]三坐標雷達除了可以測定目標的方位和距離值外，還可以測量出目標的高度值。和所有測量裝置一樣，雷達的高度測量值會存在誤差，誤差會嚴重影響雷達的使用，需要進行校準，以確保測量數值的準確。但是，國內尚無專門的科研機構對艦載現役三坐標雷達仰角標定方法進行系統的研究，雷達仰角標定方法主要延用建標定塔、動態標定時可選的合作目標包括軍用飛機、氣球、民航飛機、專用直升機等。採用軍用飛機的申請程序複雜，特別是針對修後的標定，申請比較難、成本高，軍用飛機上的GPS據提取困難；採用放氣球利用氣球作為標定目標的優點是可以檢驗O?10000m各種高度上的探測精度，可以獲得足夠的數據，在經濟性上使用氣球也優於使用軍用飛機。但用氣球作為標定目標需要進行航管申請，氣球放飛後一般無法回收，且也存在安全隱患。利用民航飛機的缺點是目標為非合作目標，容易出現掛錯號的現象，由於航路不可控會導致數據量非常少，更重要的是民航飛機的自帶的真值定位設備精度低，達不到精度要求。
[0004]本發明以旋翼無人直升機作為實時動態標定合作目標，掛載本套設備的可攜式雙插分實時三維坐標位置記錄設備，對直升機航跡精確分析處理。通過時間同步設計、差分技術、錄取和處理雷達測量數據、系統消噪及野值剔除、數據誤差分析，最終得出雷達三維測量精度誤差。
【發明內容】
[0005]本發明解決了現有艦載三坐標雷達標定方法的技術缺陷，提供了一種艦載三坐標雷達標定設備，能夠對包括仰角在內的雷達三維探測精度進行便捷高效、安全高精度的標定作業方法。
[0006]本發明的技術方案是:
[0007]—種基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備，包括三個北鬥接收機、艦載三坐標雷達、飛行控制系統和解算分系統，系統組成見圖1。三個北鬥接收機終端分別是安裝在碼頭的基準點上作為基準站的北鬥接收機一、安裝在艦艇等效位置中心的北鬥接收機二和安裝在旋翼無人直升機的北鬥接收機三，見圖2。艦載三坐標雷達錄取數據，飛行控制系統控制旋翼無人直升機的飛行，解算分系統進行真實高度數據的解算。
[0008]該三坐標雷達高度動態標定方法，是通過在旋翼無人直升機和艦艇上加裝北鬥設備，記錄旋翼無人直升機和艦艇物理位置變化，同時同步利用艦艇雷達錄取數據；在進行一系列的飛行動作之後，將旋翼無人直升機上記錄的真值數據和艦艇雷達的錄取數據進行誤差處理分析，最終得出雷達仰角誤差值。具體步驟如下:
[0009]1、測量真實高度數據
[0010]三臺北鬥接收機同步接收4顆以上衛星，並實時記錄原始數據。標定結束後，按照數據處理和誤差分析流程進行數據處理，得到艦艇和旋翼無人直升機精確的位置信息。如果北鬥系統實時定位誤差為lm，則歸算到雷達坐標系中的方向角和仰角誤差在0.002°之內，斜距誤差在Im之內，高於雷達定位精度數倍。如果三坐標雷達仰角精度為0.5°，真實高度數據設備的單點定位精度在5m之內完全滿足要求，目前載波相位型北鬥的單點精度完全可以達到，也可以不做差分處理。
[0011]2、解算真實高度數據
[0012]由於北鬥的坐標系統採用的是WGS-84大地坐標，使用時必須將目標的位置轉換到以雷達為原點的站心球坐標系中，換算得到距離、方位角和仰角值。首先要將北鬥測得的大地坐標轉換為空間大地直角坐標，然後將空間直角坐標轉換為站心直角坐標，最後再將站心直角坐標轉換為站心球坐標，得到距離、方位角和仰角真實高度數據。
[0013]3、時間統一
[0014]在動態標定中，必須對測量值和真實高度數據進行時間統一，這是測量點跡與真實高度數據點跡比對得出誤差分析結果的前提條件。真實高度數據採用北鬥設備提供，數據本身帶有UTC時間。雷達測量值錄取設備錄取位置信息採用艦艇時統設備的高穩定原子鐘作為振蕩源，與真實高度數據位置信息基準時間誤差小於100ms，滿足時間統一要求。
[0015]目前採用的標校手段主要有建標定塔、放氣球或者與民航ADS-B系統合作等方
式，但是這些方法存在很多不足，與本發明標校手段性能比較見表:
[0016]
【權利要求】
1.一種基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備，其特徵在於，該三坐標雷達高度動態標定設備包括三個北鬥接收機終端、艦載三坐標雷達數據記錄設備、飛行控制系統和解算分系統；三個北鬥接收機終端分別是安裝在碼頭的基準點上作為基準站的北鬥接收機一、安裝在艦艇等效位置中心的北鬥接收機二和安裝在旋翼無人直升機的北鬥接收機三；艦載三坐標雷達錄取數據，飛行控制系統控制旋翼無人直升機的飛行，解算分系統進行真實高度數據的解算。
2.一種基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定方法，其特徵在於， 該基於旋翼無人直升機的三坐標雷達高度動態標定設備包括三個北鬥接收機終端、艦載雷達數據記錄設備、飛行控制系統和解算分系統；三個北鬥接收機終端分別是安裝在碼頭的基準點上作為基準站的北鬥接收機一、安裝在艦艇等效位置中心的北鬥接收機二和安裝在旋翼無人直升機的北鬥接收機三； 該三坐標雷達高度動態標定方法，是通過在旋翼無人直升機和艦艇上加裝北鬥設備，記錄旋翼無人直升機和艦艇物理位置變化，同時同步利用艦艇雷達錄取數據；在進行一系列的飛行動作之後，將旋翼無人直升機上記錄的真值數據和艦艇雷達的錄取數據進行誤差處理分析，最終得出雷達仰角誤差值；具體步驟如下: . 1、測量真實高度數據:三臺北鬥接收機同步接收4顆以上衛星，並實時記錄原始數據。標定結束後，按照數據處理和誤差分析流程進行數據處理，得到艦艇和旋翼無人直升機精確的位置信息；如果北鬥系統實時定位誤差為lm，則歸算到雷達坐標系中的方向角和仰角誤差在0.002°之內，斜距誤差在Im之內，高於雷達定位精度數倍；如果三坐標雷達仰角精度為0.5°，真實高度數據設備的單點定位精度在5m之內完全滿足要求； .2、解算真實高度數據:北鬥的坐標系統採用的是WGS-84大地坐標，使用時必須將目標的位置轉換到以雷達為原點的站心球坐標系中，換算得到距離、方位角和仰角值；首先要將北鬥測得的大地坐標轉換為空間大地直角坐標，然後將空間直角坐標轉換為站心直角坐標，最後再將站心直角坐標轉換為站心球坐標，得到距離、方位角和仰角真實高度數據。 . 3、時間統一:真實高度數據採用北鬥設備提供，數據本身帶有UTC時間；雷達測量值錄取設備錄取位置信息採用艦艇時統設備的高穩定原子鐘作為振蕩源，與真實高度數據位置信息基準時間誤差小於100ms,滿足時間統一要求。
【文檔編號】G01S7/40GK103901413SQ201410151684
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月15日 優先權日:2014年4月15日
【發明者】劉冬利, 程佔昕, 譚安勝, 楊輝, 伊柏棟 申請人:海軍大連艦艇學院