专利名称：雷达目标定位跟踪系统的闭环验证方法
技术领域：
本发明涉及雷达目标模拟、雷达目标定位跟踪技术领域，通过信号端动态模拟目标的产生实现了雷达目标定位跟踪系统的闭环验证。
背景技术：
本发明用于雷达定位跟踪系统的闭环验证。随着技术的发展，许多雷达也逐渐具备宽带成像和目标识别能力，其中ISAR工作模式是一种重要的工作模式。ISAR工作模式目标方位维成像信息来源于目标相对于雷达的转动，由波束的总驻留时间决定。这种模式下，要求雷达波束始终指向目标，波束连续照射目标，获得足够的相关脉冲数。机械式扫描雷达，一般采用环扫或扇扫方式，当雷达需要对运动目标连续照射时，伺服系统需要控制天线从环扫或扇扫转入定位跟踪模式，快速将天线定位到终端提供的目标方位处，然后按照终端不断更新的目标航迹外推值控制天线始终指向目标。定位跟踪模式对伺服控制系统控 制提出了较高的要求。定位跟踪模式下初始时天线的转动惯量变化大，随后低速跟踪目标时天线进入小惯量非线性控制状态；整个过程中，终端、伺服需要密切配合，终端完成选定的运动目标录取、建立稳定的航迹并发出定位跟踪指令及目标的下一个方位外推值，伺服接收指令和方位外推值，控制天线连续照射目标。表面上，控制过程较为简单，但实际上由于没有配合目标，运动目标的选取、目标跟踪精度和航迹外推值的确定、伺服控制的稳定精度等主要技术指标的评估都存在相当大的困难，通常需要建立一个基于模拟目标的闭环验证系统。模拟目标可以直接由终端模拟航迹提供，或由前端信号分机硬件产生。借助终端模拟航迹可以实现定位跟踪的基本功能，解决伺服控制的主要技术问题，但无法验证终端系统对目标的跟踪性能及航迹外推精度，无法完成系统闭环评估；因此闭环验证应当从信号处理起始，常规目标模拟技术的一般做法是当天线扫描时天线真方位值、表征距离的时间和设定的方位、距离相吻合时，输出目标点迹，这种方法简单，但模拟目标和真方位实时关联，只能用于终端显示、检测、录取、跟踪等功能测试、不能模拟“真实目标”。本专利提出了一种易于实现、能直接评估目标定位跟踪系统闭环控制精度的验证方法。本发明模拟信号的产生区别于一般方法，点迹的输出不和天线真方位值关联，点迹输出完全取决于时间，在极坐标系下基于雷达方位分辨率、距离分辨率准则对离散点进行数据抽取，将原本沿预设航路按距离均匀离散的轨迹点转化为按分辨率准则进行非均匀抽取的离散样本，压缩了轨迹点数据，易在类似FPGA等数字逻辑器件为平台的信号处理器内部实现，易于实现长航迹模拟目标，其技术方法也可用于任意航路模拟目标的产生。
发明内容
本发明的目的是提供一种验证雷达定位跟踪闭环控制精度的技术方法。实现本发明的解决方案是在信号处理端模拟一个独立的“真实目标”，该目标轨迹和雷达天线方位等参数无关，其方位分别率、距离分别率等于雷达自身分辨率；在天线环扫状态下对终端控制系统对该目标录取、跟踪，建航并向伺服系统发出定位跟踪指令；伺服系统转入定位跟踪模式，快速将天线定位到终端提供的目标方位处，然后按照终端不断更新的目标航迹外推值控制天线始终指向目标；最后利用定位跟踪模式下模拟目标形成的航迹数据来评估雷达定位跟踪闭环控制精度，实现雷达定位跟踪闭环验证。本技术方法的关键设计点是基于大规模可编程逻辑器件平台的独立的“真实目标”的信号模拟方法，该信号模拟方法的基本流程是
以雷达发射周期为时间单位对需要模拟的目标航迹沿航路方向在直角坐标下进行均匀采样；接着，通过坐标变换得到极坐标下非均匀的目标方位、距离值(径向)；然后根据雷达方位和距离最小分辨率舍弃表征目标同一方位和距离的冗余数据，记录数据归并后的雷达发射周期滞留数及方位、距离值；最后将非均匀抽取后的目标方位、距离值及雷达发射周期数存放于FPGA的BlockRAM中，用于模拟目标产生。本发明基于FPGA的硬件平台，采用VHDL语言编程，已应用于工程实际。本发明与现有技术相比，其显著优点为I.模拟目标只和时间有关，跟天线实时方位无关，保证了模拟目标的独立性。2.需要存储的数据在抽取后得到了压缩，仅需存储目标轨迹点的方位、距离和雷达周期滞留数，有效减少硬件资源开销，易于实现长航迹模拟目标；3.目标模拟技术方法也可用于任意航路模拟目标的产生4.当雷达处于定位跟踪状态时，形成的航迹精度能直接评估目标定位跟踪系统闭环控制精度，简化了闭环控制精度评估难度，解决了缺少配合目标的实际闭环试验困难。下面结合附图对本发明作进一步详细描述。
图I是本发明雷达闭环验证流程图。图2是本发明模拟目标MATLAB仿真图。图3是本发明目标定位跟踪闭环验证截图。
具体实施例方式本发明具体实施方法如下。I.预设目标航路沿P显圆的一条弦匀速直航。在直角坐标系内，以一个雷达发射周期目标运动距离S为间隔，将预设目标沿航路方向对其进行均匀离散，得到距离向量L={O, S，2S，3S…}。2.将离散化后的距离向量从直角坐标系转换到极坐标系，目标航路转化为方位、距离等轨迹参数。设雷达中心至预设目标航路的垂直距离(勾径)为D，极坐标系下各离散点方位由A=tan(L/D)得到,与雷达中心的径向距离由R=D/cos(A)得到。3.以雷达方位、距离最小分辨率为准则，对模拟目标方位和距离值(径向)进行抽取，并记录维持在同一方位和距离上雷达发射周期数。当离散点方位差超出方位分辨率，或距离差超出距离分辨率时，记录超出分辨率的离散点的方位、距离，同时记录表征同一方位、距离目标点迹、不超出分辨率限制的雷达发射周期滞留数。按雷达方位、距离最小分辨·率准则抽取后的呈非均匀分布特性，离散点数大大减少，特别是远离勾径的离散点数压缩效率更闻。
4.将目标轨迹离散点的方位、距离、雷达发射周期滞留数存入FPGA的BlockRAM中，用于模拟目标产生。设计一个雷达发射周期计数器，当计数值等于离散点预存的雷达发射周期滞留数时，表示该目标在某方位、距离对应轨迹点的滞留时间结束，目标进入下一个轨迹点，输出下一个航迹点的方位、距离值，同时雷达发射周期计数器清零，RAM地址加一，进行新一轮雷达发射周期计数值比较。5.信号处理器按步骤4得到的方位、距离输出模拟目标点迹。和真实目标一样该点迹始终独立于天线真方位，只有天线扫描到模拟目标的实时轨迹点，目标才能显示。6.终端在环扫状态下对目标进行录取、跟踪，建航并向伺服系统发出定位跟踪指令。7.伺服系统转入定位跟踪模式，快速将天线定位到终端提供的目标方位处，然后按照终端不断更新的目标航迹外推值控制天线始终指向目标。
8.闭环验证。终端对目标建航后，如果航迹参数和模拟目标的理论值相符，说明终端跟踪精度、外推满足闭环验证要求；定位跟踪模式下模拟目标形成的航迹数据精度直接表征雷达定位跟踪闭环控制精度。
权利要求
1.一种雷达目标定位跟踪系统的闭环验证方法，其特征为首先在前端信号端产生模拟目标，该目标轨迹和雷达天线方位等参数无关，其方位分别率、距离分辨率等于雷达自身分辨率；在天线环扫状态下终端控制系统对该目标录取、跟踪，建航并向伺服系统发出定位跟踪指令；伺服系统转入定位跟踪模式，快速将天线定位到终端提供的目标方位处，然后按照终端不断更新的目标航迹外推值控制天线始终指向目标；最后利用定位跟踪模式下模拟目标形成的航迹数据来评估雷达定位跟踪闭环控制精度，实现雷达定位跟踪闭环验证。
2.一种如权利要求I所述的雷达目标定位跟踪系统的闭环验证方法，其特征在于模拟目标的产生基于雷达方位分辨率、距离分辨率准则对离散点进行数据抽取压缩的方法， 具体步骤为以雷达发射周期为时间单位对需要模拟的目标航迹沿航路方向在直角坐标下进行均匀采样；通过坐标变换得到极坐标下非均匀的目标方位、径向距离值；根据雷达方位和距离最小分辨率舍弃表征目标同一方位和距离的冗余数据，记录数据归并后的雷达发射周期滞留数及方位、距离值；将非均匀抽取后的目标方位、距离值及雷达发射周期数存放于FPGA的BlockRAM中，用于模拟目标产生。
全文摘要
本发明属于一种雷达定位跟踪系统定位跟踪控制精度的闭环验证技术方法。该方法首先由信号处理器产生一个基于雷达方位分辨率、距离分辨率准则、不依赖雷达天线真方位，用于系统闭环验证的模拟目标；接着，雷达在环扫状态下对模拟目标进行录取、跟踪，建航并向伺服系统发出定位跟踪指令；然后，伺服系统转入定位跟踪模式，伺服系统快速将天线定位到终端提供的目标方位处，并按照终端不断更新的目标航迹外推值控制天线始终指向目标；最后通过判断航迹参数和模拟目标的理论值的相符程度，评估雷达系统定位跟踪闭环控制精度。
文档编号G05B23/02GK102929273SQ20121043900
公开日2013年2月13日 申请日期2012年11月5日 优先权日2012年11月5日
发明者奚俊, 张恒, 李云飞, 陈正禄 申请人:中国船舶重工集团公司第七二四研究所