一种基于动态测量数据的雷达安装误差校正方法与流程

1.本发明属于雷达数据处理技术领域，特别涉及一种基于动态测量数据的雷达安装误差校正方法，可用于校正雷达与惯导的安装误差。


背景技术：

2.雷达测量精度反映测量结果与真实值的一致程度，分为系统误差和随机误差的两部分。随机误差是多次测量结果的无规律误差分量，具有一定的统计概率和一定概率分布，可以通过平滑、滤波等数据处理方法进行抑制。系统误差是多次测量结果的平均值与基准值之间的固定偏移或按一定规律变化的误差分量，通常用误差的数学期望表示，可以在雷达制造和安装到平台后采取适当的标校措施予以消除。
3.某型雷达搭载小型无人机上，其中一项主要功能是搜索和跟踪地面运动目标(包括卡车、坦克等)，最终需要将目标的绝对位置上报至地面控制车进行显示和后续的情报处理。虽然雷达出厂时已经通过传统的标校方法消除了雷达机械轴和电轴之间的系统误差，并且在地面测试中上报的动目标相对位置信息达到了指标要求的动目标测量精度。但是上述情况是在雷达静止并且和平台惯导脱离状态下的静态测量，不能代表实际挂飞状态下对动目标的测量精度。挂飞状态下雷达将目标相对位置转换为目标的绝对位置需要依靠惯导测量的载机速度、姿态和位置信息，而无人机内部设备安排紧凑，雷达和惯导均无多余空间安装光瞄设备，无法标校两个设备之间的相对安装误差，导致此状态下雷达对地面目标的探测结果出现较大误差。


技术实现要素：

4.要解决的技术问题
5.为了避免现有技术的不足之处，本发明提出一种基于动态测量数据的雷达安装误差校正方法。
6.技术方案
7.一种基于动态测量数据的雷达安装误差校正方法，其特征在于步骤如下：
8.步骤1：使用差分定位设备记录陪试目标在大地坐标系下的真实位置信息，结合雷达探测到目标时刻的载机位置信息，计算陪试目标在载机ned坐标系下的真实位置信息；
9.步骤2：使用步骤1得到的结果作为真实值，雷达对陪试目标的探测结果作为测量值，统计每个航次的目标方位误差数据，并计算方位误差的平均值；
10.步骤3：将步骤2计算的方位误差平均值分解为两个设备基准面的偏航、纵摇、横滚3个方向的安装误差；
11.步骤4：将步骤3计算的雷达和惯导基准面安装误差装订到雷达系统中进行校正。
12.本发明进一步的技术方案：步骤1中所述的大地坐标系下的真实位置信息包括经度、纬度、高度，所述的目标时刻的载机位置信息包括经度、纬度、高度，所述的载机ned坐标系下的真实位置信息包括经度、纬度、高度。
13.本发明进一步的技术方案：步骤2的计算公式如下：
14.δi＝a
′
i-aiꢀꢀꢀ
(1)
[0015][0016]
式中：a
′i为第i次测量值，ai为第i次真实值，δi为第i次测量误差，a
l
为目标在雷达左侧视下的误差平均值，ar为目标在雷达右侧视下的误差平均值。
[0017]
本发明进一步的技术方案：步骤3中的安装误差包括航向误差和纵摇误差，具体计算公式如下：
[0018]
航向误差ψm的计算公式：
[0019]
ψm＝-(a
l
ar)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0020]
纵摇误差θm的计算公式：
[0021]
θm＝12.5asꢀꢀꢀ
(5)
[0022]as
＝ar ψmꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(4)
[0023][0024]
有益效果
[0025]
本发明提出的一种基于动态测量数据的雷达安装误差校正方法，通过统计多次飞行的动目标探测数据，计算出每个航次的误差平均值，然后将此平均值作为雷达与惯导相对安装误差的系统误差部分，进一步分解为相互正交的偏航、纵摇、横滚3个方向的误差，修正坐标转换过程，最终达到消除系统误差的目的。与添加光瞄设备进行标校安装误差的静态测量方法相比，本方法只需要利用雷达安装后首次挂飞试验的动目标探测结果，属于动态测量，并且在标校后可以回放挂飞时记录的原始基带回波数据进行验证，不增加额外的硬件成本，节省了工作量。本方法在此型号雷达的比测中获得验证，雷达探测动目标的测量精度完全满足指标要求。
附图说明
[0026]
附图仅用于示出具体实施例的目的，而并不认为是对本发明的限制，在整个附图中，相同的参考符号表示相同的部件。
[0027]
图1是本发明的实现流程图。
[0028]
图2是雷达波束方位覆盖范围示意图。
[0029]
图3是载机航线与陪试目标进行路径示意图。
具体实施方式
[0030]
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0031]
本发明提出的一种基于动态测量数据的雷达安装误差校正方法，包括以下步骤：
[0032]
步骤1：使用差分定位设备记录陪试目标在大地坐标系下的真实位置信息，结合雷达探测到目标时刻的载机位置信息，计算出陪试目标在载机ned坐标系下的真实位置信息；
[0033]
步骤2：使用步骤1得到的结果作为真实值，雷达对陪试目标的探测结果(载机ned坐标系)作为测量值，统计每个航次的目标方位误差数据，并计算方位误差的平均值；
[0034]
步骤3：将步骤2计算的方位误差平均值分解为两个设备基准面的偏航、纵摇、横滚3个方向的安装误差；
[0035]
步骤4：按照步骤3计算的安装误差修正坐标转换过程，使用雷达球坐标系下的目标测量值重新计算陪试目标在大地坐标系下的位置信息，与步骤1中的陪试目标真实位置信息(大地坐标系)对比计算此时的动目标测量精度。
[0036]
为了使本领域技术人员更好地理解本发明，下面结合具体实施例对本发明进行详细说明。
[0037]
本发明实现的雷达平台搭载在小型无人机，由于载机空间限制，伺服只能围绕与载机纵轴平行的转动轴进行俯仰向的转动，天线阵面的方位向依靠相扫实现对以天线法向为中心-45
°
～45
°
的覆盖，因此实际波束方位覆盖范围为-135
°
～-45
°
和45
°
～135
°
(载机坐标系，机头方向为0
°
，机身左侧为负，机身右侧为正)，如图2所示。基于以上原因，挂飞实验中需要规划航线与陪试目标的行进路径基本相互垂直，保证目标基本沿雷达的径向匀速运动，如图3所示。
[0038]
步骤1：
[0039]
在陪试目标上安装差分定位设备，陪试目标沿直线路径匀速运动，记录试验过程中陪试目标在大地坐标系下的真实位置信息(经度、纬度、高度)。等待所有航次飞行完毕后，结合地面控制车记录的雷达探测到目标时刻的载机位置信息(经度、纬度、高度)，计算出陪试目标在载机ned坐标系下的真实位置信息(距离、方位、俯仰)。
[0040]
步骤2：
[0041]
使用地面控制车记录的雷达探测结果(载机ned坐标系)作为测量值，相同时刻的步骤1得到的陪试目标位置信息作为真实值，统计每个航次的目标方位误差数据，并按雷达左侧视和右侧视分开计算方位误差的平均值。
[0042]
δi＝a
′
i-aiꢀꢀꢀ
(1)
[0043][0044]
上述式中：a
′i为第i次测量值，ai为第i次真实值，δi为第i次测量误差，a
l
为目标在雷达左侧视下的误差平均值，ar为目标在雷达右侧视下的误差平均值。
[0045]
步骤3：
[0046]
因为此雷达只能探测左侧或者右侧的目标，并且雷达和惯导的安装基准面基本能够保证平行，所以影响方位误差的主要是两个基准面的偏航和纵摇的误差，横滚误差可以直接忽略。经过式(3)可以直接计算出航向误差ψm：
[0047]
ψm＝-(a
l
ar)
ꢀꢀꢀ
(3)
[0048]
经过式(3)运算，消除掉偏航误差后，a
l
和ar有绝对值相等但是符号相反的剩余量，此剩余方位误差部分由基准面纵摇误差引起。
[0049]as
＝ar ψmꢀꢀꢀ
(4)
[0050]
式(4)是雷达右侧视方位误差消除偏航误差后的剩余量，可以按照目标处在雷达方位90
°
的前提条件，将此误差部分换算为纵摇误差，近似有以下关系成立：
[0051]
θm＝12.5asꢀꢀꢀ
(5)
[0052]
式(5)中：θm为两个设备基准面的纵摇误差。
[0053]
步骤4：
[0054]
将步骤3计算的雷达和惯导基准面安装误差(ψm、θm)装订到雷达系统中，重新回放挂飞时记录的原始基带回波数据，按照误差修正值修正坐标转换过程，使用雷达球坐标系下的目标测量值结合载机姿态、位置信息重新计算陪试目标在大地坐标系下的位置信息，与步骤1中的陪试目标真实位置信息(大地坐标系)对比计算此时的动目标测量精度，可以发现经度方向和纬度方向的测量误差的系统误差部分已经基本消除。
[0055]
以上所述，仅为本发明的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明公开的技术范围内，可轻易想到各种等效的修改或替换，这些修改或替换都应涵盖在本发明的保护范围之内。