一種基于雷達(dá)組網(wǎng)的雷達(dá)標(biāo)校方法

陳宇祺 李飛

（中國(guó)兵器工業(yè)第二〇六研究所 陜西省西安市 710100）

1 引言

雷達(dá)組網(wǎng)后，每部雷達(dá)不再是獨(dú)立的站點(diǎn)，而是組網(wǎng)中的一個(gè)節(jié)點(diǎn)，為聯(lián)系各個(gè)節(jié)點(diǎn)協(xié)調(diào)工作，各部雷達(dá)必須在時(shí)域、空域等方面協(xié)調(diào)一致工作。每部雷達(dá)天線的掃描通常是完全異步的，需采用統(tǒng)一的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)，因此在雷達(dá)組網(wǎng)時(shí)，時(shí)間基準(zhǔn)信號(hào)的嚴(yán)格統(tǒng)一是雷達(dá)組網(wǎng)的前提條件，本文采用站間授時(shí)結(jié)合站內(nèi)守時(shí)的方法完成時(shí)間基準(zhǔn)的嚴(yán)格統(tǒng)一[1]。雷達(dá)網(wǎng)中各站的精確定位和空間幾何標(biāo)校是對(duì)目標(biāo)定位的基礎(chǔ)，由于地球曲率的影響，在坐標(biāo)轉(zhuǎn)換中如果誤差過(guò)大，將形成系統(tǒng)誤差對(duì)后端雷達(dá)數(shù)據(jù)融合帶來(lái)影響。本方法采用衛(wèi)星定位獲得各站精確地理位置并統(tǒng)一進(jìn)行地物指北角標(biāo)定實(shí)現(xiàn)空間幾何標(biāo)校[2]。

2 站間時(shí)間同步的實(shí)現(xiàn)

雷達(dá)在對(duì)空中目標(biāo)進(jìn)行搜索跟蹤時(shí)，需要外接衛(wèi)星定位系統(tǒng)完成自身獨(dú)立授時(shí)，衛(wèi)星定位系統(tǒng)以高數(shù)據(jù)更新率向雷達(dá)中心控制計(jì)算機(jī)發(fā)送時(shí)間信息，包含時(shí)、分、秒以及毫秒信息。中心控制計(jì)算機(jī)在收到時(shí)間信息后，對(duì)自身內(nèi)部時(shí)間實(shí)時(shí)更新，完成自身時(shí)間同步。

在某防空雷達(dá)演示驗(yàn)證項(xiàng)目中，時(shí)間基準(zhǔn)信息由指控系統(tǒng)通過(guò)網(wǎng)絡(luò)UDP 數(shù)據(jù)包發(fā)送。受限于指控系統(tǒng)授時(shí)信息內(nèi)容，只能得到指控系統(tǒng)自身的時(shí)、分、秒信息，其時(shí)間源無(wú)法給出毫秒級(jí)時(shí)間信息，因此雷達(dá)站點(diǎn)需要在接收其時(shí)間基準(zhǔn)信息后通過(guò)自身守時(shí)裝置保證上報(bào)空情內(nèi)容中時(shí)間信息的準(zhǔn)確性。由于雷達(dá)中心控制計(jì)算機(jī)自身軟件計(jì)時(shí)會(huì)存在誤差以及時(shí)間漂移現(xiàn)象，該時(shí)間漂移現(xiàn)象隨時(shí)間積累不斷發(fā)散，將會(huì)給上報(bào)給指控系統(tǒng)的空情位置信息引入誤差，因此需要采用雷達(dá)自身攜帶衛(wèi)的星定位系統(tǒng)高穩(wěn)定性始終來(lái)完成時(shí)間同步[3]，其原理如圖1。

指控系統(tǒng)發(fā)送時(shí)間基準(zhǔn)信息至雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)接收端口，雷達(dá)中心控制計(jì)算機(jī)根據(jù)雙方網(wǎng)絡(luò)數(shù)據(jù)協(xié)議解算出時(shí)間基準(zhǔn)信息，設(shè)接收到的時(shí)間基準(zhǔn)信息為時(shí)（hour），分（min），秒（second），雷達(dá)中心控制計(jì)算機(jī)在獲得指控系統(tǒng)時(shí)間后，用指控系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)信息中的時(shí)、分、秒、毫秒（默認(rèn)接收毫秒信息為0）信息減去從自身外接衛(wèi)星定位系統(tǒng)得到的時(shí)間信息（時(shí)（Hour）、分Min）、秒（Seond）、毫秒（Misecond）），將兩者之間的差值補(bǔ)償給雷達(dá)中心控制計(jì)算機(jī)由外接衛(wèi)星定位系統(tǒng)接收到的當(dāng)前時(shí)刻時(shí)、分、毫秒信息中，接下來(lái)將補(bǔ)償后得到的時(shí)間信息設(shè)置為雷達(dá)中心控制計(jì)算機(jī)內(nèi)部時(shí)間。

3 雷達(dá)標(biāo)校及數(shù)據(jù)輸出

在對(duì)雷達(dá)進(jìn)行空間幾何標(biāo)校時(shí)，獲得雷達(dá)自身準(zhǔn)確的指北角對(duì)于雷達(dá)精確輸出目標(biāo)位置而言十分重要，因此各雷達(dá)需對(duì)同一大型固定地物進(jìn)行航向角標(biāo)定這里采用差分GPS 對(duì)雷達(dá)航向角進(jìn)行標(biāo)校[4]。假定雷達(dá)站點(diǎn)所處經(jīng)緯度為A（LAT1，LON1）；大型固定地物（鐵塔）所處點(diǎn)位經(jīng)緯度為B（LAT2，LON2），要求B 點(diǎn)相對(duì)A 點(diǎn)的方位角，即求二面角∠C-OA-B。

如圖2 所示，∠AOE=LAT1，∠BOF=LAT2，∠EOF=LON2-LON1。

先求∠AOB，由三面角余弦定理可得；

圖1：雷達(dá)指控系統(tǒng)時(shí)間統(tǒng)一示意圖

圖2：兩點(diǎn)經(jīng)緯度與方位角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換示意圖

圖3：距離精度對(duì)比圖

圖4：方位精度對(duì)比圖

圖5：俯仰精度對(duì)比圖

由半倍角公式sin^2（∠AOB/2）=（1-cos（∠AOB））有；

由sin（∠AOB）=sqrt（1-cos^2（∠AOB））及球面正弦公式可得：

表1：精度統(tǒng)計(jì)表

由此可得：

∠C-OA-B 即為固定地物相對(duì)于雷達(dá)站位的方位角，設(shè)為Azi1，由于雷達(dá)零位與正北指向之間存在偏差角度，因此需要通過(guò)采集雷達(dá)對(duì)固定地物的回波數(shù)據(jù)計(jì)算出固定地物在大地坐標(biāo)系中的方位角。假定根據(jù)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)計(jì)算出的固定地物在大地坐標(biāo)系中的方位角為Azi2，雷達(dá)站點(diǎn)自身的指北角為Course，則：

在得到雷達(dá)站位準(zhǔn)確的指北角后，我們通過(guò)坐標(biāo)變換將目標(biāo)位置信息中的距離、方位角、俯仰角轉(zhuǎn)化為經(jīng)度緯度高度信息并輸出給指控系統(tǒng)。

4 雷達(dá)精度分析

組網(wǎng)雷達(dá)在完成時(shí)空統(tǒng)一-站位標(biāo)定后，即可開(kāi)展目標(biāo)探測(cè)任務(wù)。在采集到雷達(dá)站點(diǎn)存儲(chǔ)的目標(biāo)位置數(shù)據(jù)和自帶衛(wèi)星定位系統(tǒng)的目標(biāo)位置真值數(shù)據(jù)后，對(duì)比兩種數(shù)據(jù)并統(tǒng)計(jì)雷達(dá)探測(cè)精度。畫(huà)出兩種數(shù)據(jù)（雷達(dá)探測(cè)數(shù)據(jù)和目標(biāo)真值數(shù)據(jù)）的對(duì)比圖如圖3、圖4、圖5 所示。

經(jīng)統(tǒng)計(jì)其精度如表1 所示。

5 結(jié)論

本文所討論的基于雷達(dá)組網(wǎng)的時(shí)空統(tǒng)一-站位標(biāo)定方法已在某雷達(dá)演示驗(yàn)證項(xiàng)目中得到應(yīng)用，完全滿足指控系統(tǒng)對(duì)雷達(dá)探測(cè)精度的要求。這一方法在指控系統(tǒng)時(shí)間基準(zhǔn)信息內(nèi)容受限的情況下，采用現(xiàn)有設(shè)備，完成了雷達(dá)組網(wǎng)、時(shí)空統(tǒng)一以及雷達(dá)站位標(biāo)定的要求，提高了試驗(yàn)效率。