机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法及系统与流程

1.本发明涉及高速目标观测系统测控技术领域，具体涉及机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法及系统。


背景技术：

2.近年来我国武器装备试验任务逐年上升，设备间的接力配合越来越密切，传统路基固定站/移动站测控设备，受限于其技术体制，不能有效的适应于船摇应用场景下利用窄波束对目标进行有效的捕获跟踪。
3.使用机动测控站对目标进行测控，由于测控站本身也是运动的，为了确保机动测控站移动过程中实现目标的连续正确的跟踪，首先需要对目标进行正确的捕获。在目标正确捕获的过程中，由于受检测噪声和外部干扰的影响，目标在有效观测区域运行时间受限(一般100s)，如果对目标的高质量捕获存在问题，影响有效观测区域对目标的跟踪，因此迫切需要一种机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法。
4.例如公布号为cn104535996a的现有专利文献《图像/激光测距/低空调频连续波雷达一体化系统》通过对低空调频连续波雷达扫描探测目标较准确时和低空调频连续波雷达扫描探测目标误差过大或在死区时的分类，给出了低空调频连续波雷达探测到目标的位置和速度信息、图像和激光测距仪再确认的目标监控方法；当低空调频连续波雷达扫描探测目标误差过大或在死区时，由图像和激光测距监控，图像采集处理系统对ccd输入图像解码，将相邻两帧图像中指定的同一区域在fpga进行比较，获得有无目标运动信息；通过fpga直接提取目标中心、运动偏移量和速度，并根据目标中心和运动速度确定承载图像/激光系统的两轴可控云台的转向及大小。以及公布号为cn108828511a的现有专利文献《一种全空域多波束协同的目标搜索方法》通过下述技术方案予以实现：在搜索阶段中，目标搜索模块控制天线产生的接收波束，协同完成初始化目标搜索，进入低仰角监视阶段目标搜索模块控制测控通信系统的多波束资源，对低仰角区域进行分区协同搜索，将发现目标的信息参数送入新目标判断模块；新目标判断模块根据目标搜索模块送入的目标信息参数，与动态目标库模块中现有的目标信息进行匹配比对，若匹配失败，则将目标搜索模块送入的目标信息送入波束跟踪模块，控制测控通信系统对新入目标进行跟踪，并依据跟踪目标获得的目标信息，实时更新目标在动态目标库模块中的目标信息参数。由前述现有文献的说明书中可知，该现有文献中的技术方案中没有考虑伺服设备的惯性，只考虑伺服设备机械的角度捕获，利用伺服驱动天线指向目标，由于伺服设备存在惯性，不能瞬间到位，同时会出现伺服设备过冲现象和超调问题，导致设备天线无法正确捕获目标，前述两种现有技术中涉及的捕捉方式种类单一，目标捕捉概率较低。
5.综上，现有技术存在目标捕获精度及正确率低以及捕捉方式单一导致捕捉概率较低的技术问题。


技术实现要素：

6.本发明所要解决的技术问题在于如何解决现有技术中目标捕获精度及正确率低以及捕捉方式单一导致捕捉概率较低的技术问题。
7.本发明是采用以下技术方案解决上述技术问题的：机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法包括：
8.s1、获取机动测控站空域覆盖能力数据及待执行任务需求数据，据以设定目标捕获空域范围；
9.s2、处理机动测控站空域覆盖能力数据及待执行任务需求数据，据以获取目标捕获工作方式，步骤s2包括：
10.s21、获取目标捕获工作方式，其中，目标捕获工作方式包括：手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获；
11.s22、处理当前的机动测控站空域覆盖能力数据及待执行任务需求数据，以得到工作方式配置数据，据以确定当前的目标捕获工作方式；
12.s23、在单次任务无同站数据时，排除进行同站引导捕获的工作方式配置数据；
13.s24、获取用户下发的工作方式配置数据，据以缓存并响应预置对应的目标捕获工作方式，以进行目标捕获处理；
14.s3、根据工作方式配置数据对目标进行数字引导捕获，以获取数字引导数据及数字引导控制捕获方式效果数据，据以判断数字引导捕获操作是否有效，利用预置数据交互工具获取的数字引导数据，据以进行时间相关判断及数据拣择处理，以解算出目标的仰角范围；在数字引导数据不连续时，判定数字引导数据存在丢点，则根据历史记录中的数字引导数据连续外推预设时长，据以完成对数字引导数据的有效性判断及电波束补偿；
15.s4、根据工作方式配置数据对目标进行等待点叠加扫描捕获；
16.s41、在等待点为捕获目标时，控制天线指向的大地坐标系下的方位角和俯仰角，获取目标捕获应用场景数据，据以设置等待点，其中等待点包括：第一等待点和第二等待点。
17.s42、获取叠加扫描时间数据，据以判断等待点的叠加扫描捕获是否有效；
18.s5、根据工作方式配置数据对目标进行程引叠加扫描捕获；
19.s6、根据工作方式配置数据对目标进行同站叠加扫描捕获；
20.s7、采集获取与数据通道相对应的自跟踪处理通道滤波器收敛点个数、每个数据通道积累点数，判断自跟踪处理通道滤波器收敛点个数是否达到参数下发的点数，以及数据通道积累点是否达到预设累积阈值，据以判断获取目标捕获成功判定数据。
21.本发明考虑了平台的运动特性同时考虑到机械角度的惯性，在利用伺服驱动天线指向目标，同时结合伺服编码角信息，进行电波束补偿，以提高目标的捕获概率，本专利同时提出了手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获捕获5种方法，便于不同应用场景下捕获方法的选择和应用，有效的提高目标的真实捕获能力。
22.在更具体的技术方案中，步骤s1中，目标捕获空域范围包括：第一空域范围(5
°
，-5
°
)以及第二空域范围空域范围(8
°
，-8
°
)，其中，步骤s1还包括：
23.s11、在第一空域范围的条件下，设置37个模拟波位，其中，每个模拟波位包含144个数字波位；
24.s12、在第二空域范围的条件下，设置65个模拟波位，其中，每个模拟波位包含144个数字波位。
25.在更具体的技术方案中，步骤s21中，外引导捕获包括：数字引导捕获、程序引导捕获及同站引导捕获。
26.本发明的目标捕获的工作方式采用包括手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获(数字引导捕获、程序引导捕获、同站引导捕获)共计5种捕获方式，多种捕获方式的设计，优化了传统单一捕获方式对目标捕获的捕获方式，提高了目标捕获的概率，丰富了机动平台下目标捕获的形式，伺服和相控阵一体化捕获技术，可以适用不同任务场景下，对目标的捕获。
27.在更具体的技术方案中，步骤s3中，数字引导捕获过程中解算出的目标仰角范围大于0
°
。
28.在更具体的技术方案中，步骤s3中，连续外推的预设时长包括：5s。
29.本发明在自动任务下，根据前端数据源的情况，结合捕获优先级，进行捕获跟踪方式的切换。在手动任务下响应操作手下发的捕获的工作方式。机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获技术最大的优点在于，伺服设备获取大地坐标系下目标的方位角和俯仰角，响应并驱动天线设备指向目标，阵列天线获取当前设备的惯导信息和伺服的伺服轴角编码角度信息，通过坐标变换获取目标在阵面坐标系下角度，引导电波束指向目标。
30.在更具体的技术方案中，步骤s42包括：
31.s421、在第一等待点的等待点值在预置等待点范围内，则判定第一等待点有效；
32.s422、获取并处理叠加扫描控制捕获数据，以得到第一等待点的叠加扫描控制捕获有效性数据；
33.s423、在第一等待点相对应的绝对时间小于或等于当前的时间-t秒，或者第一等待点相对应的绝对时间大于当前的时间，则判定第一等待点的等待时间在预设延时t秒内；
34.s424、以前述步骤s421至s423处理第二等待点。
35.本发明能够适应不同测控场景下，机动测控站空域覆盖能力和待执行任务的工作需求，通过获取目标捕获的空域范围和目标捕获的工作方式，响应并执行目标捕获的工作方式。
36.在更具体的技术方案中，步骤s5包括：
37.s51、获取程引有效性数据及程引叠加扫描控制捕获有效性数据，据以判断程引叠加扫描捕获是否有效；
38.s52、获取弹道数据有效性数据、时间有效数据t0及程引数据，据以解算出的目标的仰角大于0
°
，以判定程序引导有效。
39.在更具体的技术方案中，步骤s6包括：
40.s61、获取同站数据及同站叠加扫描控制捕获有效性数据，据以判断获取同站叠加扫描捕获的有效性判定结果；
41.s62、同站数据有效的判断方法：根据同站数据进行时间相关判断、同站数据拣择处理，以得到同站数据有效性数据，利用同站数据解算出的目标仰角范围，在目标仰角范围大于0
°
时，判断同站数据有效。
42.本发明在机动平台下利用同站数据进行伺服和相控阵一体化控制，减少了船载、车载机动平台下，由于船摇、车摇导致的整个设备的晃动，致使电波束在原有的方位角和俯
仰角上无法获取目标的信号。利用惯导实时信息进行解算，引导天线波束指向目标相对于当前天线的方位角和俯仰角，引导电波束指向真实的目标。
43.在更具体的技术方案中，步骤s7中，自跟踪处理通道滤波器包括：波束自跟踪处理通道滤波器、调频自跟踪处理通道滤波器及扩频自跟踪处理通道滤波器。
44.在更具体的技术方案中，机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获系统包括：
45.空域范围设置模块，用以获取机动测控站空域覆盖能力数据及待执行任务需求数据，据以设定目标捕获空域范围；
46.捕获方式配置模块，用以处理机动测控站空域覆盖能力数据及待执行任务需求数据，据以获取目标捕获工作方式，捕获方式配置模块包括：
47.捕获方式获取模块，用以获取目标捕获工作方式，其中，目标捕获工作方式包括：手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获；
48.捕获方式确定模块，用以处理当前的机动测控站空域覆盖能力数据及待执行任务需求数据，以得到工作方式配置数据，据以确定当前的目标捕获工作方式，捕获方式确定模块与捕获方式获取模块连接；
49.无同站处理模块，用以在单次任务无同站数据时，排除进行同站引导捕获的工作方式配置数据，无同站处理模块与捕获方式确定模块连接；
50.捕获方式响应处理模块，用以获取用户下发的工作方式配置数据，据以缓存并响应预置对应的目标捕获工作方式，以进行目标捕获处理，捕获方式响应处理模块与捕获方式确定模块连接；
51.数字引导捕获模块，用以根据工作方式配置数据对目标进行数字引导捕获，以获取数字引导数据及数字引导控制捕获方式效果数据，据以判断数字引导捕获操作是否有效，利用预置数据交互工具获取的数字引导数据，据以进行时间相关判断及数据拣择处理，以解算出目标的仰角范围；在数字引导数据不连续时，判定数字引导数据存在丢点，则根据历史记录中的数字引导数据连续外推预设时长，据以完成数字引导数据的有效性判断及电波束补偿，数字引导捕获模块与捕获方式确定模块连接；
52.等待点叠加扫描捕获模块，用以根据工作方式配置数据对目标进行等待点叠加扫描捕获，等待点叠加扫描捕获模块与捕获方式确定模块连接，其中等待点叠加扫描捕获模块包括：
53.等待点设置模块，用以在等待点为捕获目标时，控制天线指向的大地坐标系下的方位角和俯仰角，获取目标捕获应用场景数据，据以设置等待点，其中等待点包括：第一等待点和第二等待点；
54.叠加扫描捕获有效判断模块，用以获取叠加扫描时间数据，据以判断等待点的叠加扫描捕获是否有效，叠加扫描捕获有效判断模块与等待点设置模块连接；
55.行程引叠加扫描捕获模块，用以根据工作方式配置数据对目标进行程引叠加扫描捕获，行程引叠加扫描捕获模块与捕获方式确定模块连接；
56.同站叠加扫描捕获模块，用以根据工作方式配置数据对目标进行同站叠加扫描捕获，同站叠加扫描捕获模块与捕获方式确定模块连接；
57.捕获成功判定模块，用以采集获取与数据通道相对应的自跟踪处理通道滤波器收敛点个数、每个数据通道积累点数，判断自跟踪处理通道滤波器收敛点个数是否达到参数
下发的点数，以及数据通道积累点是否达到预设累积阈值，据以判断获取目标捕获成功判定数据，捕获成功判定模块与数字引导捕获模块、等待点叠加扫描捕获模块、行程引叠加扫描捕获模块及同站叠加扫描捕获模块连接。
58.本发明相比现有技术具有以下优点：本发明考虑了平台的运动特性同时考虑到机械角度的惯性，在利用伺服驱动天线指向目标，同时结合伺服编码角信息，进行电波束补偿，以提高目标的捕获概率，本专利同时提出了手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获捕获5种方法，便于不同应用场景下捕获方法的选择和应用，有效的提高目标的真实捕获能力。
59.本发明的目标捕获的工作方式采用包括手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获(数字引导捕获、程序引导捕获、同站引导捕获)共计5种捕获方式，多种捕获方式的设计，优化了传统单一捕获方式对目标捕获的捕获方式，提高了目标捕获的概率，丰富了机动平台下目标捕获的形式，伺服和相控阵一体化捕获技术，可以适用不同任务场景下，对目标的捕获。
60.本发明在自动任务下，根据前端数据源的情况，结合捕获优先级，进行捕获跟踪方式的切换。在手动任务下响应操作手下发的捕获的工作方式。机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获技术最大的优点在于，伺服设备获取大地坐标系下目标的方位角和俯仰角，响应并驱动天线设备指向目标，阵列天线获取当前设备的惯导信息和伺服的伺服轴角编码角度信息，通过坐标变换获取目标在阵面坐标系下角度，引导电波束指向目标。
61.本发明能够适应不同测控场景下，机动测控站空域覆盖能力和待执行任务的工作需求，通过获取目标捕获的空域范围和目标捕获的工作方式，响应并执行目标捕获的工作方式。
62.本发明在机动平台下利用同站数据进行伺服和相控阵一体化控制，减少了船载、车载机动平台下，由于船摇、车摇导致的整个设备的晃动，致使电波束在原有的方位角和俯仰角上无法获取目标的信号。利用惯导实时信息进行解算，引导天线波束指向目标相对于当前天线的方位角和俯仰角，引导电波束指向真实的目标。本发明解决了现有技术中存在的目标捕获精度及正确率低以及捕捉方式单一导致捕捉概率较低的技术问题。
附图说明
63.图1为本发明实施例1的机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法判别步骤示意图；
64.图2为本发明实施例1的机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法基本步骤示意图。
具体实施方式
65.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例，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作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。
66.实施例1
67.如图1所示，一种机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法包括以下判别步骤：
68.s1、asc下发捕获方式；
69.s2、捕获数据控制处理；
70.s3、判断数字引导是否有效；
71.s4、若是，则进行数引叠加捕获；
72.s5、若否，则判断等待点1是否有效；
73.s6、若是，则进行等待点1叠加扫描捕获；
74.s7、若否，则判断等待点2是否有效；
75.s8、若是，则进行等待点2的叠加扫描捕获；
76.s9、若否，则判断程引叠加扫描是否有效；
77.s10、若是，则进行程引叠加捕获；
78.s11、若否，则判断同站是否有效；
79.s12、若是，则进行同站叠加扫描捕获；
80.s13、判断捕获是否成功，若是，则对目标进行跟踪处理，若否，则循环执行前述步骤s1至s12。
81.基于前述步骤，提高海上机动测控站目标角度信息。本实施例机动平台下伺服和相控阵一体化处理，减少了船载、车载机动平台下，由于船摇、车摇导致的整个设备的晃动，致使电波束在原有的方位角和俯仰角上无法获取目标的信号。利用惯导实时信息进行解算，引导天线波束指向目标相对于当前天线的方位角和俯仰角，引导电波束指向真实的目标。
82.本实施例机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获技术最大的优点在于，伺服设备获取大地坐标系下目标的方位角和俯仰角，响应并驱动天线设备指向目标，阵列天线获取当前设备的惯导信息和伺服的伺服轴角编码角度信息，通过坐标变换获取目标在阵面坐标系下角度，引导电波束指向目标。
83.请参阅图2，机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获方法还包括以下基本步骤：
84.步骤s1’：基于海上机动测控站空域覆盖能力和待执行任务的工作需求，设定目标捕获的空域范围；
85.的设定目标捕获的空域范围包括两种范围，在(5
°
，-5
°
)空域范围的条件下，则设置1-37共计37个模拟波位，其中每个模拟波位包含144个数字波位。在(8
°
，-8
°
)空域范围的条件下，则设置1-65共计65个模拟波位，其中每个模拟波位包含144个数字波位。
86.步骤s2’：基于机动测控站空域覆盖能力和待执行任务的工作需求，获取目标捕获的工作方式；
87.的获取目标捕获工作方式的信息包括：手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获(数字引导捕获、程序引导捕获、同站引导捕获)。操作手根据机动测控站空域覆盖能力和待执行任务的工作需求，选择当前的工作方式。
88.如果某次任务时无同站数据，则不进行同站引导捕获的配置。通过获取用户下发捕获的工作方式，缓存并响应该捕获工作方式，并进行目标捕获处理。
89.步骤s3’：数字引导捕获处理；
90.数字引导捕获是否有效的条件：1)数字引导数据有效，2)数字引导控制捕获方式有效。
91.的数字引导数据有效的判断方法：通过数据交互软件，获取的数字引导数据经过
时间相关判断、数据拣择处理后解算出的目标的仰角》0
°
；如果数字引导数据不连续，存在丢点的问题，则根据历史的数字引导数据连续外推5s。
92.步骤s4’：等待点叠加扫描捕获处理；
93.的等待点为捕获目标时，控制天线指向的大地坐标系下的方位角和俯仰角。一般在进行目标捕获的应用场景下，设置两个等待点：等待点1和等待点2，以提高目标的捕获概率。
94.等待点1叠加扫描捕获是否有效的条件：1)等待点1有效(等待点1的值在合理范围内)，2)等待点1叠加扫描控制捕获方式有效，3)等待点1等待的时间在预设延时t秒之内(等待点1相对应的绝对时间《＝当前的时间-t秒，或者等待点相对应的绝对时间》当前的时间)。
95.等待点2叠加扫描捕获是否有效的条件：1)等待点1无效，2)等待点2有效，3)等待点2叠加扫描控制捕获方式有效，4)等待点2等待的时间在预设延时t秒之内(等待点2相对应的绝对时间《＝当前的时间-t秒，或者等待点相对应的绝对时间》当前的时间)。
96.步骤s5’：程引叠加扫描捕获处理；
97.程引叠加扫描捕获是否有效的条件：1)程引数据有效，2)程引叠加扫描控制捕获方式有效。
98.程序引导有效的判断方法：弹道数据有效，t0有效，程引数据解算出的目标的仰角》0
°
。
99.步骤s6’：同站叠加扫描捕获处理；
100.同站叠加扫描捕获是否有效的条件：1)同站数据有效，2)同站叠加扫描控制捕获方式有效。
101.同站数据有效的判断方法：同站数据经过时间相关判断、同站数据拣择处理后同站数据有效，同站数据解算出的目标的仰角》0
°
。
102.步骤s7’：捕获是否成功判读处理。
103.捕获成功判断条件：相对应波束自跟踪/调频自跟踪/扩频自跟踪处理通道的滤波器收敛点个数达到参数下发的点数，每个数据通道积累的点个数，因为前端送数的设备不同，各处理通道的数据源不同，进而引起各处理通道积累时间不同。
104.综上，本发明考虑了平台的运动特性同时考虑到机械角度的惯性，在利用伺服驱动天线指向目标，同时结合伺服编码角信息，进行电波束补偿，以提高目标的捕获概率，本专利同时提出了手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获捕获5种方法，便于不同应用场景下捕获方法的选择和应用，有效的提高目标的真实捕获能力。
105.本发明的目标捕获的工作方式采用包括手摇捕获、等待点捕获、外引导捕获(数字引导捕获、程序引导捕获、同站引导捕获)共计5种捕获方式，多种捕获方式的设计，优化了传统单一捕获方式对目标捕获的捕获方式，提高了目标捕获的概率，丰富了机动平台下目标捕获的形式，伺服和相控阵一体化捕获技术，可以适用不同任务场景下，对目标的捕获。
106.本发明在自动任务下，根据前端数据源的情况，结合捕获优先级，进行捕获跟踪方式的切换。在手动任务下响应操作手下发的捕获的工作方式。机动平台下的伺服和相控阵一体化捕获技术最大的优点在于，伺服设备获取大地坐标系下目标的方位角和俯仰角，响应并驱动天线设备指向目标，阵列天线获取当前设备的惯导信息和伺服的伺服轴角编码角
度信息，通过坐标变换获取目标在阵面坐标系下角度，引导电波束指向目标。
107.本发明能够适应不同测控场景下，机动测控站空域覆盖能力和待执行任务的工作需求，通过获取目标捕获的空域范围和目标捕获的工作方式，响应并执行目标捕获的工作方式。
108.本发明在机动平台下利用同站数据进行伺服和相控阵一体化控制，减少了船载、车载机动平台下，由于船摇、车摇导致的整个设备的晃动，致使电波束在原有的方位角和俯仰角上无法获取目标的信号。利用惯导实时信息进行解算，引导天线波束指向目标相对于当前天线的方位角和俯仰角，引导电波束指向真实的目标。本发明解决了现有技术中存在的目标捕获精度及正确率低以及捕捉方式单一导致捕捉概率较低的技术问题。
109.以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。