一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法及装置

摘要

本发明提供了一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法，包括角误差预处理和角误差校正工程实施两部分。角误差预处理对搜索雷达单脉冲天线方向图测试数据进行分析，在参数不同时，根据信号差和比，采用数据拟合及内插的方法计算角误差数据，形成角误差数据表；角误差校正工程实施将角误差数据表烧录在存贮器中，然后求得差和比，按差和比及相关参数进行查表，得到角误差值，实现对测量目标角误差的实时校正。该方法有效提高了传统单脉冲测角方的测角精度，尤其是目标偏离天线波束中心较大时的测角精度。本方法适用于单脉冲测角体制雷达，尤其是数据率较低的搜索雷达；校正的角误差数据既可以是方位，也可以是俯仰。

说明书

技术领域

本发明涉及搜索雷达信号处理领域，特别涉及一种提高搜索雷达单脉冲 测角精度的方法及装置。

背景技术

在现代战争中，搜索雷达在武器系统中担负着重要的使命：在某些导弹 武器系统中，搜索雷达为跟踪雷达提供目标指示，当跟踪雷达失效时，则要 求搜索雷达的目标指示数据可直接指挥火力单元作战；在某些导弹武器系统 中，搜索雷达的目标指示数据可直接用来引导导弹发射，甚至实现制导功能。 无论哪种情况，都对搜索雷达的测量精度，尤其是测角精度提出了很高的要 求。

单脉冲测角体制可以得到较好的测角精度，成为现代雷达普遍采用的测 角方法。尤其是搜索雷达，已经由早期的俯仰单脉冲测角、方位端点估值法 测角改变为方位、俯仰双轴单脉冲测角。

一般认为，采用单脉冲测角方法时，差和比与角误差成正比例关系，测 角时也依据该比例关系计算角误差。实际上，该正比例关系只在目标接近波 束中心时比较准确，而当目标偏离波束中心时，则不再保持严格的正比关系。 跟踪雷达通过不断调整波束指向，使目标尽可能对准波束中心，可以得到很 好的测角精度；而搜索雷达要求观察多方向、多批次的目标，数据率较低， 对同一目标观察时间短，目标一般未对准波束中心，导致测角精度恶化，尤 其是目标偏离波束中心较大时，测角精度恶化较严重。

因此，有必要提出一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法，在工程实 现中不增加天线测试的工作量，且可简单方便地实施，同时提高搜索雷达对 目标的测角精度，尤其是目标偏离波束中心较大时的测角精度，有利于后续 航迹跟踪的处理。

发明内容

本发明的目的在于提供一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法及装 置，以解决现有的搜索雷达单脉冲测角精度易于恶化，特别是在目标偏离波 束中心较大时，测角精度恶化较严重的问题。

为实现上述目的，本发明提供了一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方 法，包括角误差预处理和角误差校正工程实施两个部分；

其中，角误差预处理包括以下步骤：

S1：确定影响角误差的各项参数；

S2：针对具有实测天线方向数据的参数，采用数据拟合的方法进行数据 处理后求取与差和比对应的实测角误差数据；

S3：针对不具有实测天线方向数据的参数，利用具有实测天线方向的数 据进行内插处理得到与差和比对应的虚拟角误差数据；

S4：将所述实测角误差数据及虚拟角误差数据合并生成角误差数据表；

所述角误差校正工程实施包括：将所述角误差数据表存储于存贮器中， 由雷达信号处理模块将接收机输出的和通道信号、差通道信号进行归一化以 求出差和比，按差和比及与其相关的参数查询所述存贮器中的角误差数据表， 得到角误差值以实时校正测量目标的角误差。

较佳地，所述步骤S1中，影响角误差的各项参数包括工作频率、天线波 束指向、天线波束宽度或其他搜索雷达工作时影响角误差校正的参数。

较佳地，所述角误差数据表包括访问地址及角误差数据，其中，地址包 括所述差和比的编码及所述参数的编码，所述角误差数据包括所述实测角误 差数据及虚拟角误差数据，地址与角误差数据一一对应。

较佳地，所述各项参数的取值规范的确定方法包括参数编码法，具体为 将参数的取值进行编码，并将参数的编码作为所述角误差数据表的访问地址 的一部分；

所述差和比的取值规范包括差和比的取值范围及差和比的最小量化两部 分，所述差和比的取值范围为实测天线方向数据中差和比单调变化的最大范 围，所述差和比的最小量化为差和比计算精度的一半，并将差和比的编码作 为所述角误差数据表的访问地址的另一部分；

所述角误差的取值规范包括角误差的取值范围及角误差的最小量化两部 分，所述角误差的取值范围为实测天线方向数据中与差和比的最大范围相对 应的角误差范围，所述角误差的最小量化为根据雷达角度的量化值确定的；

其中，所述各项参数、差和比及角误差的取值规范与在所述角误差数据 表中的该三种数据的取值规范相统一。

较佳地，所述步骤S2采用数据拟合的方法进行数据处理时，对任一一组 参数对应的数据处理，具体包括：

S21：剔除实测天线方向数据所对应的方向图中的异常数据；

S22：求取和波束及差波束的角度中心，并将角度中心处的角度误差值设 为0；

S23：确定波束中心附近的差和比单调递增区间，以确定有效误差范围；

S24：对有效误差范围内的方向图进行曲线拟合处理；

S25：在有效误差范围内以差波束方向图的角度数据为变化参数，拟合计 算相应角度下的和波束功率，求出差和比，得到角误差—差和比曲线。

较佳地，对任一参数，求取与差和比对应的实测角误差数据的过程具体 包括：根据采用数据拟合的方法进行数据处理后的角误差—差和比曲线，变 换得到差和比—角误差曲线，并对差和比—角误差曲线进行曲线拟合；对量 化的差和比数据逐一取值，并拟合计算差和比对应的角误差，如角误差在预 定的角误差取值范围外，则将该角误差限定为最接近计算的角误差结果且符 合角误差取值范围的数据，以此得到该参数条件下的差和比—角误差数据。

较佳地，所述步骤3具体为：对不具有实测天线方向数据的任意一组参 数x，

S31：选取该组参数x附近的有实测天线方向数据的两组参数x1、x2，使 参数x的参数值处于参数x1、x2的参数值之间；

S32：提取参数x1、x2的差和比-角误差对应关系数据；

S33：根据提取数据的角误差值进行线性内插，以得到参数x的差和比- 角误差对应关系数据。

较佳地，所述步骤4具体为：综合步骤S2得到的实测角误差数据及步骤 S3得到的虚拟角误差数据，得到影响角误差校正的参数的所有数值的和差比- 角误差数据，根据存贮器中的地址分配方法，对角误差数据进行重新排序， 生成角误差数据表；其中，生成角误差数据表时对角误差数据进行量化处理， 量化处理的最小量化为根据雷达角度的量化值确定的。

较佳地，查询所述存贮器中的角误差数据表具体为：根据存贮器中的地 址分配方法，将参数及差和比进行编码处理生成访问地址，根据访问地址读 取角误差数据表，进而得到角误差数据表中与生成的访问地址相对应的角误 差值。

本发明还提供了一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的装置，包括角误差 预处理单元及角误差校正工程实施单元，其中，所述角误差预处理单元包括： 确定参数模块、天线方向图实测数据处理模块、虚拟数据生成模块及生成角 误差数据表模块，所述确定参数模块用于确定影响角误差的参数，所述天线 方向图实测数据处理模块用于针对有实测天线方向图数据的参数，采用数据 拟合方法求取差和比对应的实测角误差数据；该虚拟数据生成处理模块用于 针对无实测天线方向图数据的参数，利用实测数据进行内插处理得到虚拟角 误差数据；该生成角误差数据表处理模块用于对实测角误差数据及虚拟角误 差数据进行重排及量化处理，形成角误差数据表；

角误差校正工程实施单元包括雷达信号处理模块、雷达调度模块、地址 形成模块、存贮器、录取处理模块，所述雷达信号处理模块用于对来自接收 机的和通道信号与差通道信号进行差和归一化处理得到差和比，所述地址形 成模块用于接收差和比及来自雷达调度模块的参数进行地址编码得到访问地 址，所述存贮器用于存储所述角误差数据表以及根据所述访问地址查找对应 的角误差数据，所述录取模块用于接收角误差数据及来自雷达调度模块的参 数进行校正处理以得到校正后的测量角度值。

与现有技术相比，本发明的有益效果如下：

1、本发明的一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法及装置，可提高搜 索雷达对目标的测角精度，尤其是目标偏离波束中心较大时的测角精度。

2、本发明的一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法通过角误差校正预 处理，对天线方向图实测数据进行两次拟合处理，消除了天线测试中噪声对 角误差的影响，使角误差校正更准确。

3、本发明的一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法通过角误差校正预 处理，在部分参数无天线方向图实测数据情况下，通过内插方法生成虚拟数 据，解决了该情况下的角误差校正问题，减少了天线测试的工作量，且可得 到较好的测量精度。

4、本发明的一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法通过角误差校正工 程实施，采用查表法，可在信号处理处理过程中实现角误差的实时校正，方 法简单易行，涉及硬件设备量少，可靠性高。

5、本发明的一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法，具有广泛适用性， 普遍适用于单脉冲测角体制雷达，尤其是数据率较低的搜索雷达；校正的角 误差数据既可以是方位，也可以是俯仰，使其应用范围更加广泛。

附图说明

图1为本发明的提高搜索雷达单脉冲测角精度的装置结构框图；

图2为本发明的提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法实现过程框图；

图3为本发明方法的角误差预处理中确定参数的处理过程框图；

图4A为本发明方法的角误差预处理中天线方向图实测数据处理的过程框 图；

图4B为本发明优选实施例剔除异常数据后得到图的和/差原始数据；

图4C为本发明优选实施例步骤S24得到的有效角误差范围内数据；

图4D为本发明优选实施例步骤S26得到的S曲线(差和比-角误差曲线)；

图5为本发明方法的角误差预处理中虚拟数据生成的处理过程框图；

图6为本发明方法的角误差预处理中生成角误差数据表的处理过程框图。

具体实施方式

参见示出本发明实施例的附图，下文将更详细的描述本发明。然而，本 发明可以以不同形式、规格等实现，并且不应解释为受在此提出之实施例的 限制。相反，提出这些实施例是为了达成充分及完整公开，并且使更多的有 关本技术领域的人员完全了解本发明的范围。这些附图中，为清楚可见，可 能放大或缩小了相对尺寸。

如图1所示，本实施例提供的提高搜索雷达单脉冲测角精度的装置，包 括角误差预处理单元100及角误差校正工程实施单元200。具体地，角误差预 处理单元100包括：确定参数模块101、天线方向图实测数据处理模块102、 虚拟数据生成模块103及生成角误差数据表模块104，其中，确定参数模块101 用于确定影响角误差的参数，天线方向图实测数据处理模块102用于针对有 实测天线方向图数据的参数，采用数据拟合方法求取差和比对应的实测角误 差数据；虚拟数据生成处理模块103用于针对无实测天线方向图数据的参数， 利用实测数据进行内插处理得到虚拟角误差数据；生成角误差数据表处理模 块104用于对实测角误差数据及虚拟角误差数据进行重排及量化处理，形成 角误差数据表.

角误差校正工程实施单元200包括雷达信号处理模块201、雷达调度模块 202、地址形成模块203、存贮器204、录取处理模块205，其中，雷达信号处 理模块201用于对来自接收机的和通道信号与差通道信号进行差和归一化处 理得到差和比，雷达调度模块202用于提供雷达的工作参数，地址形成模块 203用于接收差和比及来自雷达调度模块202的参数进行地址编码得到访问 地址，存贮器204用于存储所述角误差数据表以及根据所述访问地址查找对 应的角误差数据，录取处理模块205用于接收角误差数据及来自雷达调度模 块的参数进行校正处理以得到校正后的测量角度值。

相应地，如图2所示，本实施例中的提高搜索雷达单脉冲测角精度的方 法，包括角误差预处理和角误差校正工程实施两个部分。其中，角误差预处 理包括：确定参数、天线方向图实测数据处理、虚拟数据生成及生成角误差 数据表几个处理步骤；角误差校正工程实施将角误差数据表烧录在存贮器 中，在雷达信号处理中通过查表实现对测量目标角误差的实时校正。

具体地，角误差预处理包括以下步骤：

S1：确定参数，即确定影响角误差的参数。同时也确定各项参数及差和 比、角误差的取值规范。

本实施例中，某搜索雷达体制为方位机械扫描，俯仰相位扫描，方位、 俯仰双轴单脉冲测角，且俯仰波束宽度可变。具体的，如图3所示，首先确 定影响角误差的校正数据的参数；其次，确定各参数的取值范围；再次；确 定差和比的取值规范；最后确定角误差的取值规范。

影响角误差的校正数据的参数包括：工作频率、俯仰波束扫描角(也即 天线波束指向)及俯仰波束宽度，当然，也可以包括其他搜索雷达工作时影 响角误差校正的参数。

确定各参数的取值范围具体为：工作频率、俯仰波束宽度两个参数的取 值采用编码法，每个码对应一个参数值。其中，工作频率为6位编码，取值 范围为0～63，每个编码对应一个频点，取值范围覆盖雷达工作的频点数及波 束宽度种类数；俯仰波束扫描角采用量化法，俯仰波束扫描角的编码为7位， 取值范围为-63～+63，表示-90°～90°的角度，即取值范围覆盖天线阵面最大 扫描角。

确定差和比的取值规范具体为：差和比值设为10位编码，取值范围为 -512～+512。分析该雷达实测的天线方向图的和、差波束主瓣，差和比均小 于2，可确定差和比的取值在-2～+2之间，雷达信号处理计算的差和比精度约 为1％，确定最小量化为1/256。

确定角误差的取值规范具体为：角误差值的编码设为8位，取值范围为 -128～+127，本实施例中，角误差的取值范围由波束宽度最宽的天线方向图 确定，该雷达俯仰波束最宽可展宽至7°，可确定角误差取值范围为 -5.625°～+5.625°，最小量化与雷达系统参数保持一致，取360°/8192。

S2：对天线方向图实测数据处理，用于针对有实测天线方向图数据的参 数值，采用数据拟合方法求取与差和比对应的角误差数据。

在具体实施过程中，如图4A所示，该处理针对所有天线方向图实测数据 进行。具体包括：

步骤S21，剔除实测天线方向图中的异常数据，得到图4B示例的和/差原 始数据；

步骤S22，根据该数据求取和、差波束的角度中心，图4示例中为-18.5°， 将该中心的角误差置为0；

步骤S23，随后确定有效角误差范围，图4示例中取为-3°～+3°；

步骤S24，再对有效角误差范围内的和波束方向图数据进行曲线拟合处 理，得到图4C示例的有效角误差范围内数据；

步骤S25，在有效误差范围内以差波束方向图的角度数据为变化参数， 拟合计算相应角度下的和波束功率，求出差和比，得到角误差—差和比曲线； 具体为：由于天线方向图测试中，测量和波束与差波束功率的采样角度不一 致，应将二者统一起来，示例中用差波束方向图的角度数据进行统一，重新 拟合计算和波束功率，求出同一角度下的差和比，对有效角误差范围内的数 据全部计算后可得到角误差-差和比关系；

步骤S26，再将角误差-差和比关系变换为差和比-角误差曲线，并进行第 二次曲线拟合，得到图4D示例的S曲线(差和比-角误差曲线)；

步骤S27，按量化的差和比重新拟合计算角误差，对量化的差和比数据 逐一取值，并拟合计算差和比对应的角误差，如角误差在预定的角误差取值 范围外，则将该角误差限定为最接近计算的角误差结果且符合角误差取值范 围的数据，以此得到该参数条件下的差和比—角误差数据。

上述曲线拟合的方法本实施例优选为多项式拟合法，本领域技术人员在 具体实施时可依据实际需要采取其他曲线拟合方法，本发明对曲线拟合的方 法不做限定。应当注意，本步骤S2选取参数时，需循环检测所有具有天线方 法图实测数据的参数，即将每个具有天线方法图实测数据的参数进行如步骤 S2的处理，以得到该组参数对应的差和比-角误差数据。

S3：虚拟数据生成，用于针对无实测天线方向图数据的参数值，利用实 测数据进行内插处理得到角误差数据。在具体实施过程中，如图5所示，该 处理针对所有无天线方向图实测数据的参数进行。首先，选取该组参数附近 的、有天线方向图实测数据的两组参数，使该组参数值处于选取的两组参数 值之间，参见步骤S31，以图5示例的俯仰波束扫描角为例，如果参数取值为 22°，没有对应的天线方向图实测数据，这时就应找俯仰波束扫描角比22° 小的最大值及比22°大的最小值，且这两个参数值都有天线方向图实测数 据，示例中找到的参数值为20°(参数值1)、25°(参数值2)；其次，提 取参数值20°(参数值1)、25°(参数值2)对应的两组差和比-角误差数据， 参见步骤S32；最后，根据这两组数据的角误差值进行线性内插，可计算得 到俯仰波束扫描角为22°的差和比-角误差数据，参见步骤S33。应当注意， 本步骤选取参数时，需循环检测所有无天线方法图实测数据的参数，即将每 个无天线方法图实测数据的参数进行如步骤S3的处理，以得到该组参数对应 的差和比-角误差数据。

线性内插方法为：

$y=\frac{y_2-y_1}{x_2-x_1}·(x-x_1)+y_1$

上式中，x1为参数值1，本例中为20°；

x2为参数值2，本例中为25°；

x为要计算角误差数据的参数值，本例中为22°；

y1为参数值1条件下的角误差数据；

y2为参数值2条件下的角误差数据；

y为要求取的角误差数据。

S4：生成角误差数据表，用于对角误差数据进行重排及量化处理，形成 完整的角误差数据表。在具体实施过程中，如图6所示，首先，提取在步骤 S2、步骤S3中得到的所有差和比-角误差数据，参见步骤S41；然后，按存贮 器的地址分配方法对角误差数据进行重排，重排时对角误差数据进行量化处 理，参见步骤S42，最后，得到角误差数据表。角误差数据表包括访问地址 及角误差数据，角误差数据包括所述实测角误差数据及虚拟角误差数据，地 址与角误差数据一一对应，该表是角误差校正工程实施的依据。

在具体实施过程中，角误差工程实施包含了现有技术的雷达信号处理、 雷达调度及录取处理几部分。实施例中，通过该方法的角误差预处理，经过 确定参数、天线方向图实测数据处理、虚拟数据生成及生成角误差数据表几 个处理模块处理后，形成角误差数据表。通过该方法的角误差工程实施，将 角误差数据表烧录在存贮器中，在雷达信号处理时，通过将图1中的来自接 收机的和通道信号处理模块的和信号及差通道处理模块的差信号输入和差 归一处理模块进行计算得到差和比，结合雷达调度给出的影响角误差校正的 参数值，输入地址形成模块生成访问地址，访问地址输入存贮器中对角误差 数据表进行查表，得到目标的角误差值数据。该角误差数据与信号处理测量 得到的其他目标参数共同送往录取处理模块进行处理，完成角误差校正。

查询存贮器中的角误差数据表具体为：根据存贮器中的地址分配方法， 将参数及差和比进行编码处理生成访问地址，根据访问地址读取角误差数据 表，进而得到角误差数据表中与生成的访问地址相对应的角误差值。

而上述的参数值编码及差和比编码共同组成角误差数据表访问地址，其 中，差和比的最小量化仅优选为差和比计算精度的一半，其他实施例中可根 据需要调整。应当注意的是，不同的实施例中，各项参数、差和比及角误差 的取值规范与在角误差数据表中的该三种数据的取值规范相统一。

本发明提供的一种提高搜索雷达单脉冲测角精度的方法，通过采用天线 方向图实测数据处理和虚拟数据生成相结合的处理方法，有效提高搜索雷达 对目标的测角精度，尤其是目标偏离波束中心较大时的测角精度；通过角误 差校正预处理，对天线方向图实测数据进行两次拟合处理，消除了天线测试 中噪声对角误差的影响；在部分参数无天线方向图实测数据情况下，通过内 插方法生成虚拟数据，减少了天线测试的工作量，在无实测数据条件下也可 得到较好的测量精度。角误差校正工程实施中，通过对预处理后得到的角误 差数据表进行查表，实现角误差的实时校正，方法简单易行，涉及的硬件设 备量较少。

该方法有效提高了传统单脉冲测角方的测角精度，尤其是目标偏离天线 波束中心较大时的测角精度。本方法适用于单脉冲测角体制雷达，尤其是数 据率较低的搜索雷达；其中，校正的角误差数据既可以是方位角，也可以是 俯仰角。

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，任何本领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，对本发明所做的 变形或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围 应以所述的权利要求的保护范围为准。