用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償系統及方法
2023-10-07 07:03:39 5
用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償系統及方法
【專利摘要】本發明公開了一種用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償系統，包含：二維轉臺；設置在二維轉臺上的雷達驅動機構；與二維轉臺連接的二維轉臺控制計算機；與雷達信號處理組件連接的中轉計算機；與雷達驅動機構相對設置的目標模擬源；與目標模擬源連接的雷達射頻模擬器；與雷達射頻模擬器連接的雷達綜合控制計算機；分別與二維轉臺控制計算機、中轉計算機及雷達綜合控制計算機連接的數字空間系統主機。本發明還公開了一種用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償方法。本發明能夠實現空間相對運動角度模擬的前饋補償，提高雷達跟瞄高精度地面測試系統的測試精度。
【專利說明】用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償系統及方法
【技術領域】
[0001]本發明涉及空間相對測量【技術領域】的高精度地面驗證，尤其涉及一種雷達跟瞄高精度地面測試誤差補償系統及方法。
【背景技術】
[0002]微波雷達是一種應用於空間針對非合作目標進行搜索、捕獲、跟蹤的跟瞄設備，連續測量星間相對角度和相對距離信息，提供給GNC分系統進行相對導航計算，是實現自主相對導航的基礎。
[0003]雷達跟瞄高精度地面驗證系統採用轉臺轉動一個相反的角度去模擬星間相對運動角度。而由於轉臺兩軸與雷達跟瞄兩軸不共線，導致轉臺模擬的角度不能有效地模擬星間相對運動關係，進而使得雷達跟瞄產生兩軸交叉耦合的測量誤差。
[0004]隨著新一代跟瞄設備的研製，對地面驗證設備的高精度測試需求越來越高，因此亟需提高現有設備的測試精度。
【發明內容】
[0005]本發明的目的在於提供一種雷達跟瞄高精度地面測試誤差補償系統及方法，能夠實現空間相對運動角度模擬的前饋補償，提高雷達跟瞄高精度地面測試系統的測試精度。
[0006]為了達到上述目的，本發明通過以下技術方案實現:一種用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償系統，其特點是，包含:
二維轉臺；
設置在二維轉臺上的雷達驅動機構；
與二維轉臺連接的二維轉臺控制計算機；
與雷達信號處理組件連接的中轉計算機；
與雷達驅動機構相對設置的目標模擬源；
與目標模擬源連接的雷達射頻模擬器；
與雷達射頻模擬器連接的雷達綜合控制計算機；
分別與二維轉臺控制計算機、中轉計算機及雷達綜合控制計算機連接的數字空間系統主機；
所述的中轉計算機測量雷達數據；
所述的數字空間系統主機接受和處理中轉計算機的雷達測量數據，並且發送回波啟動指令到雷達綜合控制計算機及發送二維轉臺控制量指令到二維轉臺控制計算機。
[0007]所述的二維轉臺俯仰軸和二維轉臺偏航軸的正交位置與目標模擬源相對。
[0008]一種用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償方法，其特點是，包含以下步驟: 步驟1、分別建立二維轉臺坐標系及雷達測量坐標系；
步驟2、建立目標模擬源在二維轉臺轉動一定角度時的運動方程；
步驟3、將步驟2中得到的目標模擬源運動關係轉換到雷達測量坐標系，得到雷達測量坐標系下的目標模擬源運動方程；
步驟4、根據俯仰角和偏航角計算公式，由目標模擬源5在雷達測量坐標系下的運動方程解算出目標模擬源5的二維運動俯仰角反a和偏航角度#計算公式；
步驟5、將目標模擬源5的二維運動俯仰角度α和偏航角度#的計算公式進行反算，求出二維轉臺I所需轉動角度的計算公式，即誤差補償模型，對誤差補償模型進行運算後，得出二維轉臺I實際需要轉動的角度f和聲，將此計算結果作為二維轉臺I角度輸入指令，實現誤差補償。
[0009]所述的二維轉臺坐標系以二維轉臺俯仰軸和二維轉臺偏航軸的正交位置為坐標原點Op Zif軸以坐標原點Oif沿二維轉臺俯仰軸和二維轉臺偏航軸正交時轉盤中心垂直向下指向地面為正向，Xit軸以坐標原點O胃指向目標模擬源的反方向為正向，Y胃軸正向由右手定則確定。
[0010]所述的雷達測量坐標系以雷達驅動機構兩軸交匯處為坐標原點0，Z軸以坐標原點O沿驅動機構垂直軸中心指向地面為正向，X軸以坐標原點O沿雷達天線指向目標模擬源為正向，Y軸正向由右手定則確定。
[0011]所述的步驟2中二維轉臺轉動的轉序為先俯仰轉動後偏航轉動。
[0012]所述的步驟2中目標模擬源在二維轉臺轉動一定角度時的運動方程為:
O，轉M = Α(β，)Α(α ' )0^Μ
其中，轉動矩陣Α(α』)和轉動矩陣Α(β』)分別為:
【權利要求】
1.一種用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償系統，其特徵在於，包含: 二維轉臺(I)； 設置在二維轉臺(I)上的雷達驅動機構(2)； 與二維轉臺(I)連接的二維轉臺控制計算機(3)； 與雷達信號處理組件連接的中轉計算機(4)； 與雷達驅動機構(2)相對設置的目標模擬源(5)； 與目標模擬源(5)連接的雷達射頻模擬器(6)； 與雷達射頻模擬器(6 )連接的雷達綜合控制計算機(7 ); 分別與二維轉臺控制計算機(3)、中轉計算機(4)及雷達綜合控制計算機(7)連接的數字空間系統主機(8)； 所述的中轉計算機(4)測量雷達數據； 所述的數字空間系統主機(8)接受和處理中轉計算機(4)的雷達測量數據，並且發送回波啟動指令到雷達綜合控制計算機(7)及發送二維轉臺控制量指令到二維轉臺控制計算機(3)。
2.如權利要求1所述的誤差補償系統，其特徵在於，所述的二維轉臺(I)俯仰軸和二維轉臺(I)偏航軸的正交位置與目標模擬源(5)相對。
3.一種用於雷達跟瞄高精度地面測試的誤差補償方法，其特徵在於，包含以下步驟: 步驟1、分別建立二維轉臺坐標系及雷達測量坐標系； 步驟2、建立目標模擬源(5)在二維轉臺(I)轉動俯仰角α.和偏航角/時的運動方程; 步驟3、將步驟2中得到的目標模擬源(5)運動關係轉換到雷達測量坐標系，得到雷達測量坐標系下的目標模擬源(5)運動方程； 步驟4、根據俯仰角和偏航角計算公式，由目標模擬源(5)在雷達測量坐標系下的運動方程解算出目標模擬源(5)的二維運動俯仰角度α和偏航角虔β J算公式； 步驟5、將目標模擬源(5)的二維運動俯仰角度《和偏航角度#的計算公式進行反算，求出二維轉臺(I)所需轉動角度的計算公式，即誤差償模型，對誤差補償模型進行運算後，得出二維轉臺(I)實際需要轉動的角度f和聲，將此計算結果作為二維轉臺(I)角度輸入指令，實現誤差補償。
4.如權利要求3所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的二維轉臺坐標系以二維轉臺(I)俯仰軸和二維轉臺(I)偏航軸的正交位置為坐標原點Oif, Zif軸以坐標原點O轉沿二維轉臺(I)俯仰軸和二維轉臺(I)偏航軸正交時轉盤中心垂直向下指向地面為正向，X胃軸以坐標原點O胃指向目標模擬源(5)的反方向為正向，Y胃軸正向由右手定則確定。
5.如權利要求4所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的雷達測量坐標系以雷達驅動機構(2)兩軸交匯處為坐標原點0，Z軸以坐標原點O沿驅動機構(2)垂直軸中心指向地面為正向，X軸以坐標原點O沿雷達天線指向目標模擬源(5)為正向，Y軸正向由右手定則確定； 所述的二維轉臺坐標系的坐標原點Oif與雷達測量坐標系坐標原點O之間的垂直距離為H;所述的二維轉臺坐標系的坐標原點Oif與雷達測量坐標系坐標原點O之間的水平距離為I。
6.如權利要求5所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的步驟2中二維轉臺(I)轉動的轉序為先俯仰轉動後偏航轉動。
7.如權利要求6所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的步驟2中目標模擬源(5)在二維轉臺(I)轉動一定角度時的運動方程為: O'轉M = Μβ ' )Α(α 』 )0轉M 其中，轉動矩陣Α(α')和轉動矩陣Α(β')分別為:
cos(a) O -sin(a)cos(夕) sin(y9) O
Α(α')= 0 10，Α(β) = -sin(//) cos(/^) 0，
sin(a) 0 cos(a)00 1 式中a '為二維轉臺(I)轉動俯仰角， β '為二維轉臺(I)轉動偏航角， M代表目標模擬源(5)的位置， OifM為目標模擬源(5)在二維轉臺零位坐標系下的坐標向量。
8.如權利要求7所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的步驟3中目標模擬源(5)在雷達測量坐標系下的運動方程為: 代入o#和ο?οτ，則有
9.如權利要求3所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的步驟4中俯仰角和偏航角計算公式分別為: ￡E =/Xur
P=XCtatk^ym/^x +Z^j.，式中Xm為目標模擬源(5)在雷達測量坐標系下的橫坐標， y?為目標模擬源(5)在雷達測量坐標系下的縱坐標， zM為目標模擬源(5)在雷達測量坐標系下的豎坐標。
10.如權利要求6所述的誤差補償方法，其特徵在於，所述的步驟5中計算二維轉臺(1)所需轉動角度的反算公式為:
【文檔編號】G01S7/40GK103983954SQ201410185956
【公開日】2014年8月13日 申請日期:2014年5月5日 優先權日:2014年5月5日
【發明者】邵志傑, 張朝興, 朱虹, 任家棟, 王靜吉, 朱文山, 陸智俊, 陳佔勝, 袁彥紅 申請人:上海新躍儀表廠