一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法及系统与流程

本发明涉及数据分析方法，具体涉及一种针对两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法及系统。

背景技术：

本申请的具体应用背景是某型号舰载雷达，在舰船上安装一横、一竖两长条形的雷达阵面，长条形阵面分别形成方位窄水平宽、方位宽水平窄的波束，雷达测量目标相对于雷达阵面的角度(扫描角)、距离，再将扫描角与阵面姿态进行运算，通过波束的重合部分得到目标跟踪值(目标方位、俯仰、距离)。阵面姿态由舰船姿态以及阵面安装在舰船上角度决定，舰船姿态由导航系统实时提供，阵面安装角度在阵面安装时通过测量得到。对于长条形阵面，特别是竖条阵，与船台安装基面接触面小，造成阵面安装的方位、俯仰、水平度不易测量准确，其中任意一个参数测量不准确，都会影响到波束重合区域，造成跟踪精度下降。

技术实现要素：

本发明提供了一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法及系统，能够实现对雷达跟踪精度的自动分析和修正。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法，所述两长条形阵面相控阵雷达包括装载在舰船上的横条形雷达阵面和竖条形雷达阵面，包括以下步骤：

S1，从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值，以及从目标真值数据文件中提取出对应的目标真值，其中，所述目标测量值和所述目标真值均至少包括目标方位角和目标俯仰角；

S2，计算目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值；

S3，根据雷达跟踪误差值，对横条形雷达阵面的阵面姿态和/或竖条形雷达阵面的阵面姿态进行调整，再次计算目标测量值；

S4，重复执行步骤S2和步骤S3，直到雷达跟踪误差值小于预设值。

本发明的有益效果为：通过软件自动对雷达跟踪数据进行分析处理，得到雷达跟踪精度，并根据雷达跟踪精度对阵面参数进行修正调整，可直接推导出修正后的雷达跟踪误差值，而不需要再次对雷达进行飞行验证，对雷达跟踪的大量数据进行自动分析，不需要人工进行计算，就能够实现对雷达跟踪精度的自动调整。

在上述技术方案的基础上，本发明还可以作如下改进。

进一步的，所述步骤S1之前还包括：

S01，由横条形雷达阵面的扫描波束和竖条形雷达阵面的扫描波束计算得到目标相对于横条形雷达阵面的扫描角和目标相对于竖条形雷达阵面的扫描角；

S02，将目标相对于横条形雷达阵面的扫描角与横条形雷达阵面姿态运算得到横条形雷达阵面的波束在空间中的位置，将目标相对于竖条形雷达阵面的扫描角与竖条形雷达阵面姿态运算得到竖条形雷达阵面的波束在空间中的位置；

S03，通过横条形雷达阵面的波束在空间中的位置与竖条形雷达阵面的波束在空间中的位置的重合部分得到目标测量值，并将横条形雷达阵面的扫描角、竖条形雷达阵面的扫描角、扫描时刻对应的横条形雷达阵面姿态、竖条形雷达阵面姿态以及对应的目标测量值存储于目标跟踪数据文件中，其中，目标测量值至少包括目标方位角测量值和目标俯仰角测量值，阵面姿态包括舰船的横纵摇角以及阵面的安装角度。

S04，使目标位置不断变化，不断重复步骤S01至S03，获得多组目标的扫描角和测量值，尽量覆盖横条形雷达阵面和竖条形雷达阵面的所有扫描角度。

进一步的，所述步骤S1还包括：

从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值对应的横条形雷达阵面的扫描角和竖条形雷达阵面的扫描角；

所述步骤S2具体包括：

针对横条形雷达阵面的每一个扫描角和相匹配的竖条形雷达阵面的每一个扫描角，计算对应的目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算对应的目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值，横条形雷达阵面和竖条形雷达阵面的每一对扫描角对应的雷达跟踪误差值组成雷达跟踪误差值集合。

所述进一步的有益效果为：按照雷达阵面的扫描角计算对应的雷达跟踪精度，能够对整个过程的雷达跟踪精度进行精确的调整。

进一步的，所述步骤S2和步骤S3之间还包括：

S2’，针对雷达跟踪误差值集合，按照对应的扫描角进行分段，将雷达跟踪误差值集合划分为多个数据段，若数据段中的雷达跟踪误差值不满足预设条件，则将该数据段的雷达跟踪误差值以及其对应的目标测量值剔除。

进一步的，所述步骤S2’具体包括：

S21’，以扫描角按照预定间隔将对应的雷达跟踪误差值划分为多个数据段，对每一个数据段中的雷达跟踪误差值求平均值∑以及标准差∫；

S22’，当雷达跟踪误差值不在[∑-3∫，∑+3∫]范围内时，剔除掉该数据段的雷达跟踪误差值对应的目标测量值。

所述进一步的有益效果为：通过对雷达跟踪误差值的偏移值进行检测，当雷达跟踪误差值偏移量太大时，表明该雷达跟踪误差值有异常，即表明雷达未正常跟踪或对应的目标测量值存在异常，因此，剔除这一部分的目标测量值，能够更好的反映雷达跟踪误差。

进一步的，所述步骤S3具体包括：

S31，若目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值大于第一预设差值，则对横条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整，进而调整横条形雷达阵面姿态；

S32，若目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值大于第二预设差值，则对竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整，进而调整竖条形雷达阵面姿态。

S33，根据扫描角及调整后的阵面姿态，再次计算目标测量值。

进一步的，还包括：

根据每一次计算得到的雷达跟踪误差值，绘制雷达跟踪误差图。

所述进一步的有益效果为：通过绘图，将每一次的雷达跟踪误差值绘制在同一图表上，以便于将修正后的雷达跟踪误差与修正前的雷达跟踪误差进行比较，能够清晰明了的观察修正后的效果。

为了解决本发明的技术问题，还提供了一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正系统，包括：

数据提取模块，用于从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值，以及从目标真值数据文件中提取出对应的目标真值，其中，所述目标测量值和所述目标真值均至少包括目标方位角和目标俯仰角；

误差值计算模块，用于计算目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值；

判断模块，用于判断雷达跟踪误差值是否小于预设误差值，若是，则结束，否则，调用所述调整模块；

调整模块，用于根据雷达跟踪误差值，对横条形雷达阵面的阵面姿态和/或竖条形雷达阵面的阵面姿态进行调整，以及根据扫描角计算阵面姿态调整后的目标测量值。

在上述技术方案的基础上，还可以作如下改进。

进一步的，所述数据提取模块还用于：

从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值对应的横条形雷达阵面的扫描角和竖条形雷达阵面的扫描角；

所述误差值计算模块，具体用于：

针对横条形雷达阵面的每一个扫描角和相匹配的竖条形雷达阵面的每一个扫描角，计算对应的目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算对应的目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值，横条形雷达阵面和竖条形雷达阵面的每一对扫描角对应的雷达跟踪误差值组成雷达跟踪误差值集合。

进一步的，还包括：

数据剔除模块，用于针对雷达跟踪误差值，按照对应的扫描角进行分段，将雷达跟踪误差值集合划分为多个数据段，若数据段中的雷达跟踪误差值不满足预设条件，则将该数据段的雷达跟踪误差值以及对应的目标测量值剔除。

附图说明

图1为实施例1的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法流程图；

图2为实施例2的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法流程图；

图3为实施例3的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正系统连接框图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明的原理和特征进行描述，所举实例只用于解释本发明，并非用于限定本发明的范围。

参见图1，为实施例1的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法，所述相控阵雷达由装载在舰船上的横条形雷达阵面和竖条形雷达阵面组成，包括：

S1，从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值，以及从目标真值数据文件中提取出对应的目标真值，其中，所述目标测量值和所述目标真值均至少包括目标方位角和目标俯仰角；

S2，计算目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值；

S3，根据雷达跟踪误差值，对横条形雷达阵面的阵面姿态和/或竖条形雷达阵面的阵面姿态进行调整，再次计算目标测量值；

S4，重复执行步骤S2和步骤S3，直到雷达跟踪误差值小于预设误差值。

应理解为，首先从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值，目标跟踪数据文件中存储的为雷达探测的目标的一些跟踪测量值，本实施例从目标跟踪数据文件中至少提取目标的方位角测量值和目标的俯仰角测量值，对应的，从目标真值数据文件中提取出相对应的目标的方位角真值和目标的俯仰角真值，其中，目标真值可以通过舰船及目标上加装的GPS测量设备得到，并记录在目标真值文件中。

当提取出目标测量值和目标真值，计算目标的方位角测量值与目标的方位角真值之间的差值，以及计算目标的俯仰角测量值与目标的俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值。随后根据雷达跟踪误差值，对横条形雷达阵面以及竖条形雷达阵面的阵面姿态进行调整。具体实现时，当目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值大于第一预设值，则对横条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整，进而对横条形雷达阵面的姿态进行调整；当目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值大于第二预设值，则对竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整，进而对竖条形雷达阵面的姿态进行调整。然后反复进行雷达跟踪误差值的计算和调整，直到雷达跟踪误差值小于预设误差值。

本实施例通过软件自动对雷达跟踪数据进行分析处理，得到雷达跟踪精度，并根据雷达跟踪精度对阵面参数进行修正调整，可直接推导出修正后的雷达跟踪误差值，而不需要再次对雷达进行飞行验证，对雷达跟踪的大量数据进行自动分析，不需要人工进行计算，就能够实现对雷达跟踪精度的自动调整。

参见图2，为实施例2的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法，包括：

S1’，从目标跟踪文件中提取出目标方位角测量值和目标俯仰角测量值，以及从目标真值文件中提取出目标方位角真值和目标俯仰角真值。

S2’，计算目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值。

S3’，判断雷达跟踪误差值是否满足预设条件，若不满足，则对不满足预设条件的雷达跟踪误差值以及其对应的目标测量值进行剔除。

S4’，根据目标方位角误差值，对横条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整。

S5’，根据目标俯仰角误差值，对竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整。

应理解为，目标跟踪数据文件中预先存储有每一次波束扫描得到的横条形雷达阵面的扫描角和竖条形雷达阵面的扫描角、横条形雷达阵面的阵面姿态信息和竖条形雷达阵面的阵面姿态信息，以及根据扫描角和阵面姿态计算得到的目标测量值，目标测量值至少包括目标方位角测量值和目标俯仰角测量值。

其中，目标测量值的具体计算过程为：由横条形雷达阵面的扫描波束和竖条形雷达阵面的扫描波束计算得到目标相对于横条形雷达阵面的扫描角和目标相对于竖条形雷达阵面的扫描角；将目标相对于横条形雷达阵面的扫描角与横条形雷达阵面姿态运算得到横条形雷达阵面的波束在空间中的位置，将目标相对于竖条形雷达阵面的扫描角与竖条形雷达阵面姿态运算得到竖条形雷达阵面的波束在空间中的位置；通过横条形雷达阵面的波束在空间中的位置与竖条形雷达阵面的波束在空间中的位置的重合部分得到目标测量值，并将横条形雷达阵面的扫描角、竖条形雷达阵面的扫描角、扫描时刻对应的横条形雷达阵面姿态、竖条形雷达阵面姿态以及对应的目标测量值存储于数据跟踪数据文件中。其中，由扫描角到测量值的具体转换为：以阵面中心为各坐标系原点，首先扫描角处于雷达阵面方向扫描角坐标系，由距离、方位角、俯仰角组成，通过几何计算，换算为雷达阵面方向直角坐标系，X轴阵面法线方向为正，Y轴为阵面平面内向上为正，Z轴与X、Y轴构成右手系；然后将雷达阵面方向直角坐标系带入雷达阵面的安装姿态转换为雷达基准坐标系，以舰船为观测平台，其中X轴为舰船纵向剖面指向船首为正，Z轴为舰船横向剖面指向右舷为正，Y轴与X、Z轴构成右手系；然后将雷达基准坐标系带入舰船姿态转换为雷达稳定基准坐标系，以大地为观测平台，其中X轴以正北方向为正，Z轴以正东方向为正，Y轴与X、Z轴构成右手系；最后将雷达稳定基准坐标系，转换为雷达稳定球面坐标系，将坐标位置，转换为雷达的输出距离、方位角和俯仰角。目标测量值包括目标的方位角测量值、俯仰角测量值和目标与雷达之间的距离。其中，雷达阵面姿态由舰船姿态和阵面在舰船上的安装角度共同决定，舰船姿态由导航系统实时提供，阵面在舰船上的安装角度在阵面安装时通过测量得到。

同样的，目标真值数据文件中也包括目标的方位角真值、目标的俯仰角真值和目标与雷达之间的真实距离，目标真值是通过舰船及目标上加装的GPS测量设备得到，并记录到目标真值文件中。

在进行雷达跟踪误差值计算的过程中，提取出横条形雷达阵面的扫描角、对应的竖条形雷达阵面的扫描角以及该扫描角上的目标测量值，包括目标的方位角测量值、目标的俯仰角测量值和目标与雷达之间的距离测量值。同样的，目标真值数据文件中保存不同扫描角上的目标真值，包括目标的方位角真值、目标的俯仰角真值和目标与雷达之间的距离真值。

在进行雷达跟踪误差值计算时，针对每一个横条形雷达阵面的扫描角和相匹配的竖条形雷达阵面的扫描角，计算对应的目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算对应的目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值。

计算出了每个横条形雷达阵面的扫描角和相应的竖条形雷达阵面的扫描角对应的雷达跟踪误差值，横条形雷达阵面的每一个扫描角、匹配的竖条形雷达阵面的扫描角以及对应的雷达跟踪误差值组成雷达跟踪误差值集合，针对雷达跟踪误差值集合，按照对应的扫描角进行分段，进而对扫描角对应的雷达跟踪误差值进行分段，比如，在目标测量时，针对横条形雷达阵面的扫描角和竖条形雷达阵面的扫描角，每0.01度的扫描角均有对应的目标测量值和目标真值。因此，对于每0.01度的扫描角，均能计算出雷达跟踪误差值。现在对扫描角按照每10度进行分段，即将扫描角对应的所有的雷达跟踪误差值和所有的目标测量值也分成了多个数据段，同样的，将计算的所有的雷达跟踪误差值集合也分成了多个数据段，形成了多个雷达跟踪误差数据段。

对于每一个雷达跟踪数据段，若数据段中的雷达跟踪误差值不满足预设条件，则将该数据段的雷达跟踪误差值以及对应的目标测量值剔除。具体实施时，以扫描角按照预定间隔将对应的雷达跟踪误差值划分为多个数据段，对每一个数据段中的雷达跟踪误差值求平均值∑以及标准差∫；当雷达跟踪误差值不在[∑-3∫，∑+3∫]范围内时，剔除掉该数据段的雷达跟踪误差值对应的目标测量值。当雷达跟踪误差值不在正常范围内时，表明雷达未正常跟踪，这些目标测量值不能作为参考依据，因此将这个数据段中的目标测量值剔除。

随后根据剔除后的雷达跟踪误差值对横条形雷达阵面的阵面姿态和竖条形雷达阵面的阵面姿态进行调整。具体进行调整时，若目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值大于第一预设差值，则对横条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整，进而调整横条形雷达阵面姿态；若目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值大于第二预设差值，则对竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行调整，进而调整竖条形雷达阵面姿态。其中，横条形雷达阵面在舰船上的安装角度和竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度包括横条形雷达阵面在舰船上的安装方位、俯仰角和水平度和竖条形雷达阵面在舰船上的安装方位、俯仰角和水平度。通过修正后的横条形雷达阵面在舰船上的安装角度、竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度和每一次扫描时的舰船姿态可以得到每一次扫描时的横条形雷达阵面姿态和竖条形雷达阵面姿态，将阵面姿态和阵面扫描角进行运算转换得到修正后的目标测量值。将修正后的目标测量值与目标真值再次进行比较，计算出修正后的雷达跟踪误差值，对横条形雷达阵面在舰船上的安装角度以及对竖条形雷达阵面在舰船上的安装角度进行多次调整，直到计算出来的雷达跟踪误差值小于预设误差值。

每一次进行了雷达跟踪误差值的计算后，将每一次计算得到的雷达跟踪误差值均绘制在图表上，通过图表可以清晰明了地看出修正前的雷达跟踪误差值和修正后的雷达跟踪误差值，进而能够清晰明了的观察修正后的效果。

参见图3，为实施例3的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正系统，包括数据提取模块31、误差值计算模块32、数据剔除模块33、判断模块34和调整模块35。

数据提取模块31，用于从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值，以及从目标真值数据文件中提取出对应的目标真值，其中，所述目标测量值和所述目标真值均至少包括目标的方位和俯仰角。

误差值计算模块32，用于计算目标的方位角测量值与目标的方位角真值之间的差值，以及计算目标的俯仰角测量值与目标的俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值。

具体的，数据提取模块31还用于：

从目标跟踪数据文件中提取出目标测量值对应的横条形雷达阵面的扫描角和竖条形雷达阵面的扫描角；

所述误差值计算模块32，具体用于：

针对横条形雷达阵面的每一个扫描角和相匹配的竖条形雷达阵面的每一个扫描角，计算对应的目标方位角测量值与目标方位角真值之间的差值，以及计算对应的目标俯仰角测量值与目标俯仰角真值之间的差值，作为雷达跟踪误差值，横条形雷达阵面和竖条形雷达阵面的每一对扫描角对应的雷达跟踪误差值组成雷达跟踪误差值集合。

数据剔除模块33，用于针对雷达跟踪误差值，按照对应的扫描角进行分段，将雷达跟踪误差值集合划分为多个数据段，若数据段中的雷达跟踪误差值不满足预设条件，则将该数据段的雷达跟踪误差值以及其对应的目标测量值剔除。

判断模块34，用于判断雷达跟踪误差值是否小于预设误差值，若是，则结束，若否，则调用调整模块35；

调整模块35，用于根据雷达跟踪误差值，对横条形雷达阵面的阵面姿态和/或竖条形雷达阵面的阵面姿态进行调整，以及根据扫描角计算阵面姿态调整后的目标测量值。

本发明提供的一种两长条形阵面相控阵雷达的误差修正方法及系统，通过软件自动对雷达跟踪数据进行分析处理，得到雷达跟踪精度，并根据雷达跟踪精度对阵面参数进行修正调整，可直接推导出修正后的雷达跟踪误差值，而不需要再次对雷达进行飞行验证，对雷达跟踪的大量数据进行自动分析，不需要人工进行计算，就能够实现对雷达跟踪精度的自动调整；在对雷达跟踪误差值进行分析的过程中，通过对雷达跟踪误差值的偏移值进行检测，当雷达跟踪误差值偏移量太大时，表明该雷达跟踪误差值有异常，即表明雷达未正常跟踪或对应的目标测量值存在异常，因此，剔除这一部分的目标测量值，能够更好的反映雷达跟踪误差；通过绘图，将每一次的雷达跟踪误差值绘制在同一图表上，以便于将修正后的雷达跟踪误差与修正前的雷达跟踪误差进行比较，能够清晰明了的观察修正后的效果。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。