專利名稱：雷達(dá)目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)的閉環(huán)驗(yàn)證方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)目標(biāo)模擬、雷達(dá)目標(biāo)定位跟蹤技術(shù)領(lǐng)域，通過信號(hào)端動(dòng)態(tài)模擬目標(biāo)的產(chǎn)生實(shí)現(xiàn)了雷達(dá)目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)的閉環(huán)驗(yàn)證。
背景技術(shù)：
本發(fā)明用于雷達(dá)定位跟蹤系統(tǒng)的閉環(huán)驗(yàn)證。隨著技術(shù)的發(fā)展，許多雷達(dá)也逐漸具備寬帶成像和目標(biāo)識(shí)別能力，其中ISAR工作模式是一種重要的工作模式。ISAR工作模式目標(biāo)方位維成像信息來源于目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的轉(zhuǎn)動(dòng)，由波束的總駐留時(shí)間決定。這種模式下，要求雷達(dá)波束始終指向目標(biāo)，波束連續(xù)照射目標(biāo)，獲得足夠的相關(guān)脈沖數(shù)。機(jī)械式掃描雷達(dá)，一般采用環(huán)掃或扇掃方式，當(dāng)雷達(dá)需要對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)連續(xù)照射時(shí)，伺服系統(tǒng)需要控制天線從環(huán)掃或扇掃轉(zhuǎn)入定位跟蹤模式，快速將天線定位到終端提供的目標(biāo)方位處，然后按照終端不斷更新的目標(biāo)航跡外推值控制天線始終指向目標(biāo)。定位跟蹤模式對(duì)伺服控制系統(tǒng)控 制提出了較高的要求。定位跟蹤模式下初始時(shí)天線的轉(zhuǎn)動(dòng)慣量變化大，隨后低速跟蹤目標(biāo)時(shí)天線進(jìn)入小慣量非線性控制狀態(tài)；整個(gè)過程中，終端、伺服需要密切配合，終端完成選定的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)錄取、建立穩(wěn)定的航跡并發(fā)出定位跟蹤指令及目標(biāo)的下一個(gè)方位外推值，伺服接收指令和方位外推值，控制天線連續(xù)照射目標(biāo)。表面上，控制過程較為簡(jiǎn)單，但實(shí)際上由于沒有配合目標(biāo)，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的選取、目標(biāo)跟蹤精度和航跡外推值的確定、伺服控制的穩(wěn)定精度等主要技術(shù)指標(biāo)的評(píng)估都存在相當(dāng)大的困難，通常需要建立一個(gè)基于模擬目標(biāo)的閉環(huán)驗(yàn)證系統(tǒng)。模擬目標(biāo)可以直接由終端模擬航跡提供，或由前端信號(hào)分機(jī)硬件產(chǎn)生。借助終端模擬航跡可以實(shí)現(xiàn)定位跟蹤的基本功能，解決伺服控制的主要技術(shù)問題，但無法驗(yàn)證終端系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的跟蹤性能及航跡外推精度，無法完成系統(tǒng)閉環(huán)評(píng)估；因此閉環(huán)驗(yàn)證應(yīng)當(dāng)從信號(hào)處理起始，常規(guī)目標(biāo)模擬技術(shù)的一般做法是當(dāng)天線掃描時(shí)天線真方位值、表征距離的時(shí)間和設(shè)定的方位、距離相吻合時(shí)，輸出目標(biāo)點(diǎn)跡，這種方法簡(jiǎn)單，但模擬目標(biāo)和真方位實(shí)時(shí)關(guān)聯(lián)，只能用于終端顯示、檢測(cè)、錄取、跟蹤等功能測(cè)試、不能模擬“真實(shí)目標(biāo)”。本專利提出了一種易于實(shí)現(xiàn)、能直接評(píng)估目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)閉環(huán)控制精度的驗(yàn)證方法。本發(fā)明模擬信號(hào)的產(chǎn)生區(qū)別于一般方法，點(diǎn)跡的輸出不和天線真方位值關(guān)聯(lián)，點(diǎn)跡輸出完全取決于時(shí)間，在極坐標(biāo)系下基于雷達(dá)方位分辨率、距離分辨率準(zhǔn)則對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取，將原本沿預(yù)設(shè)航路按距離均勻離散的軌跡點(diǎn)轉(zhuǎn)化為按分辨率準(zhǔn)則進(jìn)行非均勻抽取的離散樣本，壓縮了軌跡點(diǎn)數(shù)據(jù)，易在類似FPGA等數(shù)字邏輯器件為平臺(tái)的信號(hào)處理器內(nèi)部實(shí)現(xiàn)，易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)航跡模擬目標(biāo)，其技術(shù)方法也可用于任意航路模擬目標(biāo)的產(chǎn)生。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種驗(yàn)證雷達(dá)定位跟蹤閉環(huán)控制精度的技術(shù)方法。實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的解決方案是在信號(hào)處理端模擬一個(gè)獨(dú)立的“真實(shí)目標(biāo)”，該目標(biāo)軌跡和雷達(dá)天線方位等參數(shù)無關(guān)，其方位分別率、距離分別率等于雷達(dá)自身分辨率；在天線環(huán)掃狀態(tài)下對(duì)終端控制系統(tǒng)對(duì)該目標(biāo)錄取、跟蹤，建航并向伺服系統(tǒng)發(fā)出定位跟蹤指令；伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)入定位跟蹤模式，快速將天線定位到終端提供的目標(biāo)方位處，然后按照終端不斷更新的目標(biāo)航跡外推值控制天線始終指向目標(biāo)；最后利用定位跟蹤模式下模擬目標(biāo)形成的航跡數(shù)據(jù)來評(píng)估雷達(dá)定位跟蹤閉環(huán)控制精度，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)定位跟蹤閉環(huán)驗(yàn)證。本技術(shù)方法的關(guān)鍵設(shè)計(jì)點(diǎn)是基于大規(guī)模可編程邏輯器件平臺(tái)的獨(dú)立的“真實(shí)目標(biāo)”的信號(hào)模擬方法，該信號(hào)模擬方法的基本流程是
以雷達(dá)發(fā)射周期為時(shí)間單位對(duì)需要模擬的目標(biāo)航跡沿航路方向在直角坐標(biāo)下進(jìn)行均勻采樣；接著，通過坐標(biāo)變換得到極坐標(biāo)下非均勻的目標(biāo)方位、距離值(徑向)；然后根據(jù)雷達(dá)方位和距離最小分辨率舍棄表征目標(biāo)同一方位和距離的冗余數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)歸并后的雷達(dá)發(fā)射周期滯留數(shù)及方位、距離值；最后將非均勻抽取后的目標(biāo)方位、距離值及雷達(dá)發(fā)射周期數(shù)存放于FPGA的BlockRAM中，用于模擬目標(biāo)產(chǎn)生。本發(fā)明基于FPGA的硬件平臺(tái)，采用VHDL語言編程，已應(yīng)用于工程實(shí)際。本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點(diǎn)為I.模擬目標(biāo)只和時(shí)間有關(guān)，跟天線實(shí)時(shí)方位無關(guān)，保證了模擬目標(biāo)的獨(dú)立性。2.需要存儲(chǔ)的數(shù)據(jù)在抽取后得到了壓縮，僅需存儲(chǔ)目標(biāo)軌跡點(diǎn)的方位、距離和雷達(dá)周期滯留數(shù)，有效減少硬件資源開銷，易于實(shí)現(xiàn)長(zhǎng)航跡模擬目標(biāo)；3.目標(biāo)模擬技術(shù)方法也可用于任意航路模擬目標(biāo)的產(chǎn)生4.當(dāng)雷達(dá)處于定位跟蹤狀態(tài)時(shí)，形成的航跡精度能直接評(píng)估目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)閉環(huán)控制精度，簡(jiǎn)化了閉環(huán)控制精度評(píng)估難度，解決了缺少配合目標(biāo)的實(shí)際閉環(huán)試驗(yàn)困難。下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)描述。
圖I是本發(fā)明雷達(dá)閉環(huán)驗(yàn)證流程圖。圖2是本發(fā)明模擬目標(biāo)MATLAB仿真圖。圖3是本發(fā)明目標(biāo)定位跟蹤閉環(huán)驗(yàn)證截圖。
具體實(shí)施例方式本發(fā)明具體實(shí)施方法如下。I.預(yù)設(shè)目標(biāo)航路沿P顯圓的一條弦勻速直航。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，以一個(gè)雷達(dá)發(fā)射周期目標(biāo)運(yùn)動(dòng)距離S為間隔，將預(yù)設(shè)目標(biāo)沿航路方向?qū)ζ溥M(jìn)行均勻離散，得到距離向量L={O, S，2S，3S…}。2.將離散化后的距離向量從直角坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到極坐標(biāo)系，目標(biāo)航路轉(zhuǎn)化為方位、距離等軌跡參數(shù)。設(shè)雷達(dá)中心至預(yù)設(shè)目標(biāo)航路的垂直距離(勾徑)為D，極坐標(biāo)系下各離散點(diǎn)方位由A=tan(L/D)得到,與雷達(dá)中心的徑向距離由R=D/cos(A)得到。3.以雷達(dá)方位、距離最小分辨率為準(zhǔn)則，對(duì)模擬目標(biāo)方位和距離值(徑向)進(jìn)行抽取，并記錄維持在同一方位和距離上雷達(dá)發(fā)射周期數(shù)。當(dāng)離散點(diǎn)方位差超出方位分辨率，或距離差超出距離分辨率時(shí)，記錄超出分辨率的離散點(diǎn)的方位、距離，同時(shí)記錄表征同一方位、距離目標(biāo)點(diǎn)跡、不超出分辨率限制的雷達(dá)發(fā)射周期滯留數(shù)。按雷達(dá)方位、距離最小分辨·率準(zhǔn)則抽取后的呈非均勻分布特性，離散點(diǎn)數(shù)大大減少，特別是遠(yuǎn)離勾徑的離散點(diǎn)數(shù)壓縮效率更聞。
4.將目標(biāo)軌跡離散點(diǎn)的方位、距離、雷達(dá)發(fā)射周期滯留數(shù)存入FPGA的BlockRAM中，用于模擬目標(biāo)產(chǎn)生。設(shè)計(jì)一個(gè)雷達(dá)發(fā)射周期計(jì)數(shù)器，當(dāng)計(jì)數(shù)值等于離散點(diǎn)預(yù)存的雷達(dá)發(fā)射周期滯留數(shù)時(shí)，表示該目標(biāo)在某方位、距離對(duì)應(yīng)軌跡點(diǎn)的滯留時(shí)間結(jié)束，目標(biāo)進(jìn)入下一個(gè)軌跡點(diǎn)，輸出下一個(gè)航跡點(diǎn)的方位、距離值，同時(shí)雷達(dá)發(fā)射周期計(jì)數(shù)器清零，RAM地址加一，進(jìn)行新一輪雷達(dá)發(fā)射周期計(jì)數(shù)值比較。5.信號(hào)處理器按步驟4得到的方位、距離輸出模擬目標(biāo)點(diǎn)跡。和真實(shí)目標(biāo)一樣該點(diǎn)跡始終獨(dú)立于天線真方位，只有天線掃描到模擬目標(biāo)的實(shí)時(shí)軌跡點(diǎn)，目標(biāo)才能顯示。6.終端在環(huán)掃狀態(tài)下對(duì)目標(biāo)進(jìn)行錄取、跟蹤，建航并向伺服系統(tǒng)發(fā)出定位跟蹤指令。7.伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)入定位跟蹤模式，快速將天線定位到終端提供的目標(biāo)方位處，然后按照終端不斷更新的目標(biāo)航跡外推值控制天線始終指向目標(biāo)。
8.閉環(huán)驗(yàn)證。終端對(duì)目標(biāo)建航后，如果航跡參數(shù)和模擬目標(biāo)的理論值相符，說明終端跟蹤精度、外推滿足閉環(huán)驗(yàn)證要求；定位跟蹤模式下模擬目標(biāo)形成的航跡數(shù)據(jù)精度直接表征雷達(dá)定位跟蹤閉環(huán)控制精度。
權(quán)利要求
1.一種雷達(dá)目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)的閉環(huán)驗(yàn)證方法，其特征為首先在前端信號(hào)端產(chǎn)生模擬目標(biāo)，該目標(biāo)軌跡和雷達(dá)天線方位等參數(shù)無關(guān)，其方位分別率、距離分辨率等于雷達(dá)自身分辨率；在天線環(huán)掃狀態(tài)下終端控制系統(tǒng)對(duì)該目標(biāo)錄取、跟蹤，建航并向伺服系統(tǒng)發(fā)出定位跟蹤指令；伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)入定位跟蹤模式，快速將天線定位到終端提供的目標(biāo)方位處，然后按照終端不斷更新的目標(biāo)航跡外推值控制天線始終指向目標(biāo)；最后利用定位跟蹤模式下模擬目標(biāo)形成的航跡數(shù)據(jù)來評(píng)估雷達(dá)定位跟蹤閉環(huán)控制精度，實(shí)現(xiàn)雷達(dá)定位跟蹤閉環(huán)驗(yàn)證。
2.一種如權(quán)利要求I所述的雷達(dá)目標(biāo)定位跟蹤系統(tǒng)的閉環(huán)驗(yàn)證方法，其特征在于模擬目標(biāo)的產(chǎn)生基于雷達(dá)方位分辨率、距離分辨率準(zhǔn)則對(duì)離散點(diǎn)進(jìn)行數(shù)據(jù)抽取壓縮的方法， 具體步驟為以雷達(dá)發(fā)射周期為時(shí)間單位對(duì)需要模擬的目標(biāo)航跡沿航路方向在直角坐標(biāo)下進(jìn)行均勻采樣；通過坐標(biāo)變換得到極坐標(biāo)下非均勻的目標(biāo)方位、徑向距離值；根據(jù)雷達(dá)方位和距離最小分辨率舍棄表征目標(biāo)同一方位和距離的冗余數(shù)據(jù)，記錄數(shù)據(jù)歸并后的雷達(dá)發(fā)射周期滯留數(shù)及方位、距離值；將非均勻抽取后的目標(biāo)方位、距離值及雷達(dá)發(fā)射周期數(shù)存放于FPGA的BlockRAM中，用于模擬目標(biāo)產(chǎn)生。
全文摘要
本發(fā)明屬于一種雷達(dá)定位跟蹤系統(tǒng)定位跟蹤控制精度的閉環(huán)驗(yàn)證技術(shù)方法。該方法首先由信號(hào)處理器產(chǎn)生一個(gè)基于雷達(dá)方位分辨率、距離分辨率準(zhǔn)則、不依賴?yán)走_(dá)天線真方位，用于系統(tǒng)閉環(huán)驗(yàn)證的模擬目標(biāo)；接著，雷達(dá)在環(huán)掃狀態(tài)下對(duì)模擬目標(biāo)進(jìn)行錄取、跟蹤，建航并向伺服系統(tǒng)發(fā)出定位跟蹤指令；然后，伺服系統(tǒng)轉(zhuǎn)入定位跟蹤模式，伺服系統(tǒng)快速將天線定位到終端提供的目標(biāo)方位處，并按照終端不斷更新的目標(biāo)航跡外推值控制天線始終指向目標(biāo)；最后通過判斷航跡參數(shù)和模擬目標(biāo)的理論值的相符程度，評(píng)估雷達(dá)系統(tǒng)定位跟蹤閉環(huán)控制精度。
文檔編號(hào)G05B23/02GK102929273SQ20121043900
公開日2013年2月13日 申請(qǐng)日期2012年11月5日 優(yōu)先權(quán)日2012年11月5日
發(fā)明者奚俊, 張恒, 李云飛, 陳正祿 申請(qǐng)人:中國(guó)船舶重工集團(tuán)公司第七二四研究所