飞行轨迹跟踪装置和雷达的制作方法

本实用新型涉及无人机防御技术领域，尤其是涉及飞行轨迹跟踪装置和雷达。

背景技术：

无人机探测雷达是一部脉冲式相控阵体制雷达，利用电扫方式对半径1km、扇面90°范围内的入侵无人机实现快速扫描，为无人机干扰系统或抓捕系统提供准备的位置信息。

目前，由于无人机属于低慢小目标，其雷达回波的信噪比通常都比较小，利用比幅测角技术测量的无人机方位角的起伏比较大，不利于无人机位置信息的准确上报。传统的递归滤波器虽能起到毛刺过滤作用，但会因迟滞遗传效应而导致滤滤结果越来越偏离真实值，且不同滤波系数偏离程序不一。

技术实现要素：

有鉴于此，本实用新型的目的在于提供飞行轨迹跟踪装置和雷达，降低方位的起伏，同时又不因不同滤波系数而影响对无人机方位角的准确测量。

第一方面，本实用新型实施例提供了飞行轨迹跟踪装置，包括位置采集器、递归滤波器和控制器；

所述位置采集器，分别与所述递归滤波器和所述控制器相连接，用于获取第一无人机位置信息和雷达点迹与航迹的第一匹配状态，并将所述第一无人机位置信息发送至所述递归滤波器，将所述第一匹配状态发送至所述控制器；

所述递归滤波器，与所述控制器相连接，用于将所述第一无人机位置信息进行毛刺过滤，得到第一滤波信息，并将所述第一滤波信息发送至所述控制器；

所述控制器，用于按照第一滤波信息预测第二无人机位置信息，按照所述第一匹配状态调整得到第二匹配状态，将所述第二无人机位置信息与所述第二匹配状态融合，得到第三无人机位置信息。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第一种可能的实施方式，其中，所述递归滤波器还用于将所述第二无人机位置信息进行毛刺过滤，得到第二滤波信息。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第二种可能的实施方式，其中，所述控制器包括第一控制器、第二控制器和第三控制器；

所述第一控制器，与所述第三控制器相连接，用于按照第一滤波信息预测第二无人机位置信息，并将所述第二无人机位置信息发送至所述递归滤波器；

所述第二控制器，与所述第三控制器相连接，用于按照所述第一匹配状态调整波门门限，按照所述波门门限得到第二匹配状态；

所述第三控制器，用于将所述第二滤波信息与所述第二匹配状态融合，得到第三无人机位置信息。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第三种可能的实施方式，其中，所述第一控制器还用于通过预测机制来通过第一滤波信息得到第二无人机位置信息，所述预测机制包括：

其中，x_k为所述第一滤波信息，为所述第一无人机位置信息，K_k为上一时刻对当前时刻的滤波增益值，z_k为当前时刻观测值，K_k+1为当前时刻对下一时刻的滤波增益值，为所述第二无人机位置信息，x_k-1为上一时刻的滤波结果，Q和R为滤波器系数，

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第四种可能的实施方式，其中，所述第二控制器还用于通过调节机制，按照所述第一匹配状态调整波门系数，进而扩大或缩小所述波门门限。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第五种可能的实施方式，其中，所述调节机制包括：

其中，Δv为调整后的速度波门门限，Δv₀为初始速度波门门限，Δr调整后的距离波门门限，Δr₀为初始距离波门门限，Δa为调整后的方位波门门限，Δa₀为初始方位波门门限，χ为调整波门系数。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第六种可能的实施方式，其中，所述控制器包括集成电路板。

结合第一方面，本实用新型实施例提供了第一方面的第七种可能的实施方式，其中，所述位置采集器包括射频芯片、激光扫描器、雷达扫描器中的一种或几种。

第二方面，本实用新型实施例还提供雷达，包括如上所述的飞行轨迹跟踪装置。

结合第二方面，本实用新型实施例提供了第二方面的第一种可能的实施方式，其中，还包括八个微带天线阵。

本实用新型实施例提供了飞行轨迹跟踪装置和雷达，包括位置采集器、递归滤波器和控制器；位置采集器，获取第一无人机位置信息和雷达点迹与航迹的第一匹配状态，并将第一无人机位置信息发送至递归滤波器，将第一匹配状态发送至控制器；递归滤波器将第一无人机位置信息进行毛刺过滤，得到第一滤波信息，并将第一滤波信息发送至控制器；控制器按照第一滤波信息预测第二无人机位置信息，按照第一匹配状态调整得到第二匹配状态，将第二无人机位置信息与第二匹配状态融合，得到第三无人机位置信息，降低方位的起伏，同时又不因不同滤波系数而影响对无人机方位角的准确测量。

本实用新型的其他特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本实用新型而了解。本实用新型的目的和其他优点在说明书、权利要求书以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。

为使本实用新型的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本实用新型的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本实用新型实施例提供的飞行轨迹跟踪装置结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的引入预测机制的方位滤波和目标真实方位对比图；

图3为本实用新型实施例提供的未引入预测机制的方位滤波和目标真实方位对比图；

图4为本实用新型实施例提供的固定波门门限的无人机跟踪轨迹示意图；

图5为本实用新型实施例提供的自动调整波门门限的无人机跟踪轨迹示意图。

图标：10-位置采集器；20-递归滤波器；30-控制器；31-第一控制器；32-第二控制器；33-第三控制器。

具体实施方式

为使本实用新型实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本实用新型的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

目前，由于无人机属于低慢小目标，其雷达回波的信噪比通常都比较小，利用比幅测角技术测量的无人机方位角的起伏比较大，不利于无人机位置信息的准确上报。传统的递归滤波器虽能起到毛刺过滤作用，但会因迟滞遗传效应而导致滤滤结果越来越偏离真实值，且不同滤波系数偏离程序不一。

基于此，本实用新型实施例提供的飞行轨迹跟踪装置和雷达，降低方位的起伏，同时又不因不同滤波系数而影响对无人机方位角的准确测量。

下面通过实施例进行详细描述。

图1为本实用新型实施例提供的飞行轨迹跟踪装置结构示意图。

参照图1，飞行轨迹跟踪装置包括位置采集器10、递归滤波器20和控制器30；

位置采集器10，分别与递归滤波器20和控制器30相连接，用于获取第一无人机位置信息和雷达点迹与航迹的第一匹配状态，并将第一无人机位置信息发送至递归滤波器20，将第一匹配状态发送至控制器30；

递归滤波器20，与控制器30相连接，用于将第一无人机位置信息进行毛刺过滤，得到第一滤波信息，并将第一滤波信息发送至控制器30；

控制器30，用于按照第一滤波信息预测第二无人机位置信息，按照第一匹配状态调整得到第二匹配状态，将第二无人机位置信息与第二匹配状态融合，得到第三无人机位置信息。

具体地，通过下一时刻无人机位置信息的预测，并将获取的无人机位置信息进行毛刺过滤处理，同时按照匹配状态调节波门门限，能够根据当前无人机的检测状态不断调整航迹的跟踪波门门限以避免无人机航迹的断批和虚假目标的起批，本实用新型实施例具有较好的无人机检测性能和推广能力，可广泛应用于机场、核电站等重点区域的无人机防御领域。

例如，参照图2和图3中所示，采用matlab仿真的方式可清楚验证比对未引入预测机制和引入预测机制的滤波效果，引入预测机制的滤波结果与实际方位的误差较小，同时，还可采用雷达引导光电的方式对滤波效果进行对比，其中，本实用新型实施例中，Q和R为滤波器系数，Q＝4.1,R＝50。

进一步的，递归滤波器20还用于将第二无人机位置信息进行毛刺过滤，得到第二滤波信息。

这里，将第一无人机位置信息进行毛刺滤波，得到第一滤波信息，根据第一滤波信息预测得到的第二无人机位置信息，并将第二无人机位置信息进行毛刺滤波，得到第二滤波信息，并将根据第二滤波信息进行预测的无人机位置信息作为下一时刻毛刺滤波的输入，避免把因滤波处理而引起的方位迟滞效应传导至下一次滤波处理，从而保证给出的无人机位置信息的准确性；

进一步的，控制器30包括第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33；

第一控制器31，与第三控制器33相连接，用于按照第一滤波信息预测第二无人机位置信息，并将第二无人机位置信息发送至递归滤波器20；

第二控制器32，与第三控制器33相连接，用于按照第一匹配状态调整波门门限，按照波门门限得到第二匹配状态；

第三控制器33，用于将第二滤波信息与第二匹配状态融合，得到第三无人机位置信息。

进一步的，第一控制器31还用于通过预测机制来通过第一滤波信息得到第二无人机位置信息，预测机制具体由公式(1)、公式(2)和公式(3)实现：

其中，x_k为第一滤波信息，为第一无人机位置信息，K_k为上一时刻对当前时刻的滤波增益值，z_k为当前时刻观测值，K_k+1为当前时刻对下一时刻的滤波增益值，为第二无人机位置信息，x_k-1为上一时刻的滤波结果，Q和R为滤波器系数，

进一步的，第二控制器32还用于通过调节机制，按照第一匹配状态调整波门系数，进而扩大或缩小波门门限。

这里，根据点－航迹的匹配状态来自适应调整波门门限来扩大或缩小点－航迹匹配的波门门限，避免一架无人机分裂成两批目标，同时防止了虚假目标的经常起批，给系统造成不必要的混乱。

进一步的，调节机制具体由(4)、公式(5)和公式(6)实现：

其中，Δv为调整后的速度波门门限，Δv₀为初始速度波门门限，Δr调整后的距离波门门限，Δr₀为初始距离波门门限，Δa为调整后的方位波门门限，Δa₀为初始方位波门门限，χ为调整波门系数。

具体地，调整系数χ随着无人机的点－航迹不匹配次数地逐渐增加而加大，当前调整系数增加到某个值后就不再增加，点－航迹匹配上后调整系数就归零。本实施例中，χ的最大值为8，可清楚看出固定波门门限图中出现两批目标，而自适应调整波门门限图中并没有出现这种混乱情况，可参照图4和图5。

进一步的，控制器30包括集成电路板。

这里，第一控制器31、第二控制器32和第三控制器33分别为能够实现相应功能的芯片，控制器30为集成上述三颗芯片的集成电路板；

进一步的，位置采集器10包括射频芯片、激光扫描器、雷达扫描器中的一种或几种。

本实用新型实施例提供了飞行轨迹跟踪装置和雷达，包括位置采集器、递归滤波器和控制器；位置采集器，获取第一无人机位置信息和雷达点迹与航迹的第一匹配状态，并将第一无人机位置信息发送至递归滤波器，将第一匹配状态发送至控制器；递归滤波器将第一无人机位置信息进行毛刺过滤，得到第一滤波信息，并将第一滤波信息发送至控制器；控制器按照第一滤波信息预测第二无人机位置信息，按照第一匹配状态调整得到第二匹配状态，将第二无人机位置信息与第二匹配状态融合，得到第三无人机位置信息，降低方位的起伏，同时又不因不同滤波系数而影响对无人机方位角的准确测量。

本实用新型实施例还提供雷达，包括如上的飞行轨迹跟踪装置。

进一步的，还包括八个微带天线阵。

这里，本实用新型实施例提供的雷达为了小型化和低功耗要求，只采用了8通道的相控阵技术，采用射频集成芯片技术以满足雷达小型化和低功耗要求，同时采用了多通道相控阵技术来对探测区域快速扫描，以实现对无人机位置信息的高频次上报。

同时，辐射功率也只有20mW。

具体地，本实用新型实施例提供的雷达采用了动目标检测技术，同时为了降低地杂波对雷达系统的影响，该雷达对最小探测速度做了一定的限制。因此，当无人机作圆周飞行啊，在某些飞行点上，雷达无法对无人机进行有效检测。如果采用较小的固定波门门限，则一架无人机会在雷达显示系统上分裂成两批目标，影响入侵敌情判断；如果采用较大的固定波门门限，则会很容易发生跟错批现象和虚假目标经常起批现象。因此，本实用新型实施例提供的雷达在一开始采用较小的波门门限，目标起批后根据目标检测状态来不断调整波门门限，以达到目标不断批和虚假目标经常起批间的平衡。

本实用新型利用方位滤波和预测技术来解决因无人机雷达回波信噪比不够大引起的方位起伏问题，利用自适应调整波门门限来解决无人机圆周飞行时目标分批问题，能够连续、不间断地对无人机进行跟踪探测，并有效引导光电设备对准无人机进行视频确认。

本实用新型实施例提供的雷达，与上述实施例提供的飞行轨迹跟踪装置具有相同的技术特征，所以也能解决相同的技术问题，达到相同的技术效果。

在本实用新型实施例的描述中，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本实用新型中的具体含义。

在本实用新型的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本实用新型和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本实用新型的限制。此外，术语“第一”、“第二”、“第三”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。

在本申请所提供的几个实施例中，应该理解到，所揭露的系统、装置和方法，可以通过其它的方式实现。以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，例如，所述单元的划分，仅仅为一种逻辑功能划分，实际实现时可以有另外的划分方式，又例如，多个单元或组件可以结合或者可以集成到另一个系统，或一些特征可以忽略，或不执行。另一点，所显示或讨论的相互之间的耦合或直接耦合或通信连接可以是通过一些通信接口，装置或单元的间接耦合或通信连接，可以是电性，机械或其它的形式。

所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部单元来实现本实施例方案的目的。

另外，在本实用新型各个实施例中的各功能单元可以集成在一个处理单元中，也可以是各个单元单独物理存在，也可以两个或两个以上单元集成在一个单元中。

最后应说明的是：以上所述实施例，仅为本实用新型的具体实施方式，用以说明本实用新型的技术方案，而非对其限制，本实用新型的保护范围并不局限于此，尽管参照前述实施例对本实用新型进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改或可轻易想到变化，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改、变化或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本实用新型实施例技术方案的精神和范围，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。