一種采用位置前饋提高天線動態特性的控制方法
【技術領域】
[0001] 本發明屬于航天測控技術領域，具體為一種采用位置前饋提高天線動態特性的控 制方法，通過前饋技術提局天線系統動態特性，從而提局其跟蹤精度。
【背景技術】
[0002] 隨著兵工科技的發展，飛機、導彈等航空航天目標的飛行速度越來越快，為了保證 跟蹤精度，對雷達天線的動態特性要求也就越來越高，要求天線跟蹤大速度、大加速度的目 標時，其動態滯后越小越好。
[0003] 隨著毫米波段雷達天線的應用，上述要求也越來越嚴格，相應的技術難題也越來 越突出。在雷達天線上采用毫米波頻段系統，一方面可提供更高的測量精度和更寬的數據 帶寬，但另一方面，為實現對快速目標的有效跟蹤，對天線系統的要求也更高。運是因為在 相同口徑下，頻段越高，天線波束寬度越窄，毫米波段天線波束僅為同口徑S頻段天線波束 的十幾分之一，為了實現對大速度、大加速度的目標的跟蹤，必須在算法上提高天線的動態 特性，否則隨著目標速度、加速度的提高，天線的動態滯后也越來越大，當動態滯后大于天 線的半波束寬度，天線將丟失目標。
【發明內容】
[0004] 提高天線動態特性傳統方法是通過在天線控制環路外加上實時計算出的目標速 度，即速度前饋，提高天線動態特性。此方法主要缺點是會大大降低天線的穩定性，容易產 生擾動，使天線震蕩從而最終導致任務失敗。
[0005] 為解決上述技術問題，本發明提供一種采用位置前饋提高天線動態特性的控制方 法，當目標加速度較大時，采用位置前饋，所有控制輸出均在天線控制環路內運算，環路外 不再加目標速度，從而可在不降低天線穩定性的同時有效提高天線動態特性，減少天線對 大速度、大加速度目標跟蹤時的動態滯后保證目標不因為動態滯后超出波束，使目標始終 在天線的波束內。 陽006] 本發明的技術方案為：
[0007] 在本發明的一個方面，本發明提出一種采用位置前饋提高天線動態特性的控制方 法，其特征在于：包括W下步驟：
[0008] 步驟1 :通過天線測量獲取目標在球坐標系內的距離R、方位角Az、俯仰角E1 ;
[0009] 步驟2 :根據W下公式將步驟1測量得到的目標在球坐標系內的距離R、方位角 Az、俯仰角E1轉換到直角坐標系，得到目標在直角坐標系內的坐標X、Y、Z:
[0010]
[0011] 步驟3 :采用濾波方法對步驟2得到的目標在直角坐標系內的坐標X、Y、Z進行預 測與更新，并根據更新后的估計值計算目標在直角坐標系內的速度i，T,z和加速度 ?? ?? ?? 夏，F，Z;
[001引步驟4 :將步驟3得到的目標在直角坐標系內的速度和加速度轉換到球坐標系，得 到目標在球坐標系內的俯仰角加速度和方位角加速度；根據目標在球坐標系內的俯仰角加 速度和方位角加速度W及天線動態特性，得到天線在俯仰方向上的位置前饋值W及在方位 方向上的位置前饋值；
[0013] 步驟5 :將步驟4得到的天線在俯仰方向上的位置前饋值W及在方位方向上的位 置前饋值分別對應輸入天線在俯仰方向的控制環路和在方位方向的控制環路，得到控制天 線的俯仰速度指令和方位速度指令。
[0014] 根據本發明的實施例，該方法能夠有效地提高天線的動態特性，同時不影響對天 線的穩定性，該方法在實際工程中很容易使用，不會造成天線震蕩。
【附圖說明】
[0015] 本發明的上述和/或附加的方面和優點從結合下面附圖對實施例的描述中將變 得明顯和容易理解，其中：
[0016] 圖1 :采用位置前饋的天線控制環路示意圖；
[0017] 圖2 :實施例中低帶無前饋動態滯后示意圖；
[0018] 圖3 :實施例中低帶有前饋動態滯后示意圖；
[0019] 圖4 :實施例中局帶無自U饋動態滯后不意圖；
[0020] 圖5 :實施例中高帶有前饋動態滯后示意圖。
【具體實施方式】
[0021] 下面詳細描述本發明的實施例，所述實施例的示例在附圖中示出，其中自始至終 相同或類似的標號表示相同或類似的元件或具有相同或類似功能的元件。下面通過參考附 圖描述的實施例是示例性的，旨在用于解釋本發明，而不能理解為對本發明的限制。
[0022] 隨著毫米波段雷達天線的應用，對天線動態特性的要求越來越高，目前提高天線 動態特性傳統方法是通過在天線控制環路外加上實時計算出的目標速度，即速度前饋，提 高天線動態特性。此方法主要缺點是會大大降低天線的穩定性，容易產生擾動，使天線震蕩 從而最終導致任務失敗。
[0023] 為解決上述問題，本實施例提出了一種采用位置前饋提高天線動態特性的控制方 法，原理是通過實時計算目標相對天線的速度，再通過速度求出目標加速度，然后根據天線 動態特性，求出加速度對應的位置差，把求出的位置差應用于環路計算，形成控制天線的速 度指令，控制天線運行。
[0024] 由于天線測量所獲取的目標信息是在球坐標系內。對于大多數情況，包括目標沿 直線等速飛行的情況，在球坐標系下，其運動模型都存在高階導數，運種情況是很不利的。 首先，運些導數都將引起動態滯后，尤其對于高速度，小航路捷徑的目標，高階導數造成的 動態滯后誤差分量在總誤差中占有相當大的份量；其次，信號高階導數的頻譜、噪聲頻譜及 誤差頻譜，相互重疊，要想完整的保留有用的信號分量、干凈的濾除掉噪聲信號幾乎是不可 能的。
[00巧]如果采用直角坐標系，由于受飛行體動力學特征的限制，飛行器在直角坐標系中 =個坐標分量僅具有有限次的導數，更高階的導數項為零。如對于勻速直線飛行的目標，其 一階導數為常數，二階導數為零，對于勻加速飛行的目標，其二階導數為常數，=階導數為 零。因此在直角坐標系中，輸入信號及其導數具有較窄的頻譜，輸入信號的導數項是接近于 零的直流信號，而誤差信號、噪聲信號的變化要快的多，具有較寬的頻譜。運樣就可W用較 窄的低通濾波器提