一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法

摘要

本发明公开了一种主副瓣地海杂波主分布计算方法，包含以下步骤：根据雷达下视尾后探测波束各方向增益强弱，确定主副瓣地海杂波主分布对应区域；在对应区域内选取相应的杂波点，并计算所有杂波点的位置坐标；根据雷达的位置坐标、速度矢量参数及所有杂波点的位置坐标，计算所有杂波点与雷达的相对距离和相对多普勒频率；结合雷达发射信号的最大不模糊距离、脉冲重复频率参数，计算所有杂波点的视在距离和视在多普勒频率；量化所有杂波点的视在距离和视在多普勒频率，并将所有杂波点的量化距离和量化多普勒频率映射至距离‑多普勒域，得到主副瓣地海杂波主分布的准确位置。本发明计算实时性强，有效提升雷达下视尾后探测威力和跟踪性能。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达下视尾后探测技术领域，具体涉及一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法。

背景技术

地海杂波是雷达下视尾后探测和跟踪目标性能的最大制约因素。下视尾后探测空中目标，目标回波信号落入副瓣杂波区，雷达发射中重复频率波形用于探测目标。相对高重复频率波形，采用中重复频率波形能够减小副瓣杂波距离混叠程度，并进一步通过距离维切割降低副瓣杂波功率，使雷达具备下视尾后探测能力。但由于副瓣杂波在雷达处理的距离-多普勒域上并非均匀分布，而是存在强弱分布，当目标回波信号落入强副瓣杂波区域时，一方面大大降低了检测信杂比，影响雷达探测距离；另一方面极大增加了雷达错误锁定或者跟踪副瓣杂波的概率，导致丢失目标，这种情况亟需改进。

发明内容

本发明的目的在于提供一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法，能够在线计算获取地海杂波在距离-多普勒域上的主分布准确位置，解决强副瓣杂波严重影响雷达下视尾后探测和跟踪目标性能的问题，为雷达下视尾后探测目标时使目标回波信号避开强副瓣杂波，避免落入强副瓣杂波区域提供必要参考条件，有效提升雷达下视尾后探测威力和跟踪性能。

为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现：一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法，其特点是，包含以下步骤：

S1、根据雷达下视尾后探测波束各方向增益强弱，确定主副瓣地海杂波主分布对应区域；

S2、在主副瓣地海杂波主分布对应区域内选取相应的杂波点，并计算所有杂波点的位置坐标；

S3、根据雷达的位置坐标、雷达的速度矢量参数及所有杂波点的位置坐标，计算所有杂波点与雷达的相对距离和相对多普勒频率；

S4、结合雷达发射信号的最大不模糊距离和雷达发射信号的脉冲重复频率参数，计算所有杂波点的视在距离和视在多普勒频率；

S5、量化所有杂波点的视在距离和视在多普勒频率，并将所有杂波点的量化距离和量化多普勒频率映射至距离-多普勒域，得到主副瓣地海杂波主分布的准确位置。

所述的步骤S1包含：

S1.1、分别建立基准坐标系和平台坐标系；

S1.2、根据实际雷达天线方向图强弱分布特征，以平台坐标系下的指向角，设置主副瓣地海杂波远距边界点和近距边界点与雷达天线相对指向，并根据雷达在基准坐标系下的位置和姿态分别计算远距边界点和近距边界点在基准坐标系下的坐标；

S1.3、在基准坐标系下，由远距边界点和近距边界点的连线构成主副瓣地海杂波主分布对应区域的计算区间。

所述的步骤S1.1中基准坐标系的原点设定在地面/海面上，X轴为北向，Y轴为天向，Z轴为东向，雷达所处位置定义为P_R，在基准坐标系下的坐标为(x_R，y_R，z_R)，按照右手定则确定雷达姿态，雷达姿态定义为(Ψ，θ，γ)，Ψ表示偏航角，θ表示俯仰角，γ表示滚转角。

所述的步骤S1.1中的平台坐标系是将基准坐标系原点平移至雷达所处位置，再将其依次按照Ψ、θ、γ姿态角进行三次转动，得到平台坐标系P_RX″Y″Z″，指向角(α，β)表示雷达天线波束、地面/海面位置点与雷达在平台坐标系中的相对位置关系，α表示方位角，β表示俯仰角。

所述的步骤S1.2中远距边界点在基准坐标系下的坐标计算方法包含：

在平台坐标系下，由远距边界点指向角计算得到指向单位矢量；

通过欧拉坐标转换，将平台坐标系下的指向单位矢量转换到基准坐标系中，计算得到基准坐标系下指向单位矢量；

通过基准坐标系下指向单位矢量、平台坐标计算得到远距边界点在基准坐标系下的坐标。

所述的步骤S1.2中近距边界点在基准坐标系下的坐标计算方法包含：

在平台坐标系下，由近距边界点指向角计算得到指向单位矢量；

通过欧拉坐标转换，将平台坐标系下的指向单位矢量转换到基准坐标系中，计算得到基准坐标系下指向单位矢量；

通过基准坐标系下指向单位矢量、平台坐标计算得到近距边界点在基准坐标系下的坐标。

所述的步骤S2包含：

在基准坐标系下，根据远距边界点的坐标和近距边界点的坐标计算远距边界点和近距边界点的相对距离；

在基准坐标系下，通过远距边界点的坐标和近距边界点的坐标计算远距边界点到近距边界点连线与Z轴的夹角；

设定远距边界点和近距边界点连线上取点个数，依次计算各选取点相对于近距边界点的距离及各选取点在基准坐标系中的(X，Z)坐标；

依次根据各选取点在基准坐标系中的(X，Z)坐标，从高程数据中查询各选取点的Y坐标，以得到所有杂波点在基准坐标系下的位置坐标。

所述的步骤S3中所有杂波点与雷达的相对距离的计算方法为：

在基准坐标系下，利用杂波点的位置坐标和雷达的位置坐标，根据两点间距离计算公式可得所有杂波点与雷达的相对距离。

所述的步骤S3中所有杂波点与雷达的相对多普勒频率的计算方法为：

在基准坐标系下，利用杂波点的位置坐标和雷达的位置坐标，计算得到指向矢量；

利用指向矢量和雷达速度矢量计算得到各杂波点和雷达连线与速度方向的夹角；

利用平台合成速度值计算得打杂波点与雷达的相对多普勒频率。

所述的远距边界点和近距边界点连线上取点个数N，需满足以下条件：

$\Delta R=\frac{R_{FN}}{N}\le \frac{{\mathrm{\Delta R}}_R}{2}$

其中，ΔR表示相邻取点直接的距离间隔，R_FN表示远距边界点和近距边界点直接的相对距离，N表示取点个数，ΔR_R表示雷达距离分辨率。

本发明一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法与现有技术相比具有以下优点：通过确定主副瓣杂波主分布与地面/海面区域的对应关系简化杂波区域选择，缩小计算区域，计算区域内所有杂波单元与雷达的相对距离和相对多普勒频率，并映射至距离-多普勒域，得到杂波主分布的准确位置，能够在雷达下视尾后探测目标时，快速计算主副瓣杂波回波信号在距离-多普勒域主分布位置，为雷达利用目标信号与强副瓣杂波信号相对距离和频率关系判断或者避免目标信号落入或者穿越强副瓣杂波区提供核心参数和重要依据；本发明计算实时性强，能够满足机载、弹载雷达对处理实时性的要求。

附图说明

图1为本发明一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法的流程图；

图2为雷达下视尾后探测的几何关系框图；

图3为本发明实施例中主副瓣地海杂波主分布计算结果示意图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

如图1所示，一种雷达下视尾后探测下主副瓣地海杂波主分布计算方法，包含以下步骤：

S1、根据雷达下视尾后探测波束各方向增益强弱，确定主副瓣地海杂波主分布对应区域。

步骤S1具体包含：

S1.1、分别建立基准坐标系和平台坐标系，如图2所示；

其中，基准坐标系的原点设定在地面/海面上，X轴为北向，Y轴为天向，Z轴为东向，雷达所处位置定义为P_R，在基准坐标系下的坐标为(x_R，y_R，z_R)，按照右手定则确定雷达姿态，雷达姿态定义为(Ψ，θ，γ)，Ψ表示偏航角，θ表示俯仰角，γ表示滚转角；平台坐标系是将基准坐标系原点平移至雷达所处位置，再将其依次按照Ψ、θ、γ姿态角进行三次转动，得到平台坐标系P_RX″Y″Z″，指向角(α，β)表示雷达天线波束、地面/海面位置点与雷达在平台坐标系中的相对位置关系，α表示方位角，β表示俯仰角；

S1.2、根据实际雷达天线方向图强弱分布特征，以平台坐标系下的指向角，设置主副瓣地海杂波远距边界点P₁和近距边界点P_N与雷达天线相对指向，远距边界点P₁和近距边界点P_N的指向角分别为(α_Far，β_Far)和(α_Near，β_Near)，并根据雷达在基准坐标系下的位置和姿态分别计算远距边界点P₁和近距边界点P_N在基准坐标系下的坐标；

远距边界点P₁在基准坐标系下的坐标计算方法包含：

在平台坐标系下，由远距边界点指向角(α_Far，β_Far)计算得到指向单位矢量(x_P1，y_P1，z_P1)；

x_P1＝cos(β_Far)×cos(α_Far)

y_P1＝cos(β_Far)×sin(α_Far)

z_P1＝sin(-β_Far)

通过欧拉坐标转换，将平台坐标系下的指向单位矢量(x_P1，y_P1，z_P1)转换到基准坐标系中，计算得到基准坐标系下指向单位矢量(x_U1，y_U1，z_U1)；

$\left(\begin{array}{c}{x}_{U1}\\ z_{U1}\\ y_{U1}\end{array}\right)=\left(\begin{array}{ccc}\cos \theta \cos \Psi & \cos \gamma \sin \Psi +\sin \gamma \sin \theta \cos \Psi & -\sin \gamma \sin \Psi +\cos \gamma \sin \theta \cos \Psi \\ \cos \theta \cos \Psi & \cos \gamma \cos \Psi -\sin \gamma \sin \theta \sin \Psi & -\sin \gamma \cos \Psi -\cos \gamma \sin \theta \sin \Psi \\ -\sin \theta & \sin \gamma \cos \theta & \cos \gamma \cos \theta \end{array}\right)·\left(\begin{array}{c}{x}_{P1}\\ -y_{P1}\\ z_{P1}\end{array}\right)$

通过基准坐标系下指向单位矢量、平台坐标计算得到远距边界点P₁在基准坐标系下的坐标(x₁，y₁，z₁)；

$\left(\begin{array}{c}{x}_1\\ y_1\\ z_1\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{U1}\\ y_{U1}\\ z_{U1}\end{array}\right)\times \left|\frac{y_R}{y_{U1}}\right|+\left(\begin{array}{c}{x}_R\\ y_R\\ z_R\end{array}\right)$

同理，近距边界点P_N在基准坐标系下的坐标计算方法包含：

在平台坐标系下，由近距边界点指向角计算得到指向单位矢量；

通过欧拉坐标转换，将平台坐标系下的指向单位矢量转换到基准坐标系中，计算得到基准坐标系下指向单位矢量；

通过基准坐标系下指向单位矢量、平台坐标计算得到近距边界点P_N在基准坐标系下的坐标(x_N，y_N，z_N)；

$\left(\begin{array}{c}{x}_N\\ y_N\\ z_N\end{array}\right)=\left(\begin{array}{c}{x}_{UN}\\ y_{UN}\\ z_{UN}\end{array}\right)\times \left|\frac{y_R}{y_{UN}}\right|+\left(\begin{array}{c}{x}_R\\ y_R\\ z_R\end{array}\right)$

S1.3、在基准坐标系下，由远距边界点P₁和近距边界点P_N的连线构成主副瓣地海杂波主分布对应区域的计算区间。

S2、在主副瓣地海杂波主分布对应区域内选取相应的杂波点，并计算所有杂波点的位置坐标。

步骤S2具体包含：

在基准坐标系下，根据远距边界点的坐标(x₁，y₁，z₁)和近距边界点的坐标(x_N，y_N，z_N)计算远距边界点P₁和近距边界点P_N的相对距离R_FN；

$R_{FN}=\sqrt{{(x_1-x_N)}^2+{(y_1-y_N)}^2+{(z_1-z_N)}^2}$

在基准坐标系下，通过远距边界点的坐标(x₁，y₁，z₁)和近距边界点的坐标(x_N，y_N，z_N)计算远距边界点P₁到近距边界点P_N连线与Z轴的夹角ε；

$ϵ={\tan }^{-1}\left(\frac{x_1-x_N}{z_1-z_N}\right)$

设定远距边界点P₁和近距边界点P_N连线上取点个数N，依次计算各选取点相对于近距边界点P_N的距离R_nN及各选取点在基准坐标系中的(X，Z)坐标(x_n，z_n)；

其中，取点个数N需满足条件

其中ΔR_R为雷达距离分辨率

R_nN＝(N-n+1)×ΔR

x_n＝R_nN×sin(ε)+x_N

z_n＝R_nN×cos(ε)+z_N

依次根据各选取点在基准坐标系中的(X，Z)坐标(x_n，z_n)，从高程数据中查询各选取点的Y坐标y_n，其中y_n＝H_Gn，H_Gn为选取点所在地面/海面高度，以得到所有杂波点在基准坐标系下的位置坐标(x_n，y_n，z_n)，n由1到N取值。

S3、根据雷达的位置坐标、雷达的速度矢量参数及所有杂波点的位置坐标，计算所有杂波点与雷达的相对距离和相对多普勒频率。

步骤S3具体包含：

在基准坐标系下，利用杂波点的位置坐标(x_n，y_n，z_n)和雷达的位置坐标(x_R，y_R，z_R)，根据两点间距离计算公式可得所有杂波点与雷达的相对距离R_n；

$R_n=\sqrt{{(x_n-x_R)}^2+{(y_n-y_R)}^2+{(z_n-z_R)}^2}$

在基准坐标系下，利用杂波点的位置坐标(x_n，y_n，z_n)和雷达的位置坐标(x_R，y_R，z_R)，计算得到指向矢量

利用指向矢量和雷达速度矢量计算得到各杂波点和雷达连线与速度方向的夹角φ_n；

利用雷达合成速度值计算得到杂波点与雷达的相对多普勒频率F_n；

$F_n=\frac{2\left|\overrightarrow{V_R}\right|}{\lambda }cos\left({\phi }_n\right)$

其中，λ为雷达发射信号波长，雷达速度矢量由惯性装置获得，机载雷达或者弹载雷达即对应的平台的速度矢量。

S4、结合雷达发射信号的最大不模糊距离和雷达发射信号的脉冲重复频率参数，计算所有杂波点的视在距离和视在多普勒频率。

步骤S4中视在距离ΔR_n和视在多普勒频率ΔF_n的计算公式分别为：

ΔR_n＝mod(R_n，R_max)

其中，R_max为发射信号最大不模糊距离；

ΔF_n＝mod(F_n，PRF)

其中，PRF为发射信号的脉冲重复频率。

S5、量化所有杂波点的视在距离和视在多普勒频率，并将所有杂波点的量化距离和量化多普勒频率映射至距离-多普勒域(ΔQR_n，ΔQF_n)，(n＝1，2…N)，得到主副瓣地海杂波主分布的准确位置。

步骤S5中，量化所有杂波点的视在距离ΔR_n和视在多普勒频率ΔF_n，得到量化距离ΔQR_n和量化多普勒频率ΔQF_n，其中

${\mathrm{\Delta QR}}_n={\mathrm{\Delta R}}_R·ceil\left(\frac{{\mathrm{\Delta R}}_n}{{\mathrm{\Delta R}}_R}\right)$

其中，Δ_RR为雷达距离分辨率；

${\mathrm{\Delta QF}}_n={\mathrm{\Delta F}}_R·ceil\left(\frac{{\mathrm{\Delta F}}_n}{{\mathrm{\Delta F}}_R}\right)$

其中，ΔF_R雷达频率分辨率。

如图3所示，给出了雷达坐标(61310，14958，52736)，雷达姿态(-38，-22，0)，速度矢量(709，-371，564)，远距边界点指向(-0.5，-10)，近距边界点指向(0，-80)，雷达发射信号的脉冲重复频率41kHz条件下，一个主副瓣地海杂波主分布计算结果图。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。