一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法技术

本发明专利技术一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法，首先对两轴机载雷达伺服平台针对全球范围兴趣点采用空间相对位置识别获得飞机速度坐标系下雷达理论指向，而后采用姿态隔离算法对飞机姿态和外界扰动进行实时隔离，保证兴趣点指向的实时准确性，最后针对平台天线顶端附近的兴趣点指向控制采用了伺服防过顶处理算法得到平台天线最短路径，代替了以往楔形转台轴的功能，实现少轴高动态快速响应。本发明专利技术可以获得高性能姿态隔离效果和精准的兴趣点波束跟踪控制效果，兴趣点跟踪范围扩大到了全球范围，减少了传统雷达楔形转台轴的安装，降低了雷达结构复杂性，同时使伺服平台具有较强的抗扰动能力，可实现雷达波束的精准稳定指向控制。

【技术实现步骤摘要】
一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法
本专利技术涉及一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法，属于控制科学中雷达伺服控制领域。
技术介绍
机载雷达伺服平台在对兴趣点进行成像时，传统雷达主要针对部分半球的兴趣点进行波束跟踪控制，不能对全球范围的兴趣点进行跟踪控制。在控制波束精确隔离飞机姿态扰动、快速响应并准确的指向兴趣点是雷达对兴趣点跟踪的主要技术难题，为了提高控制系统响应的快速性、准确性，传统控制方法通常采用多轴的雷达结构配合姿态隔离来达到目标。传统机载雷达伺服平台的多轴联合控制虽然实现了对飞机姿态的隔离，使得雷达天线稳定的指向兴趣点，但是这种雷达存在伺服平台结构复杂，控制系统繁琐的情况。在处理雷达天线指向顶端附近的情况时，传统雷达采用附加安装楔形转台轴的方法。楔形转台轴是附加在雷达之外的小角度范围的转轴，在天线指向顶端附近时，采用控制楔形转台轴的小角度转动，配合雷达各轴转动获得雷达天线快速转到期望角度的效果。然而，这使得控制系统及雷达伺服平台结构复杂，雷达天线响应速度不高。
技术实现思路
本专利技术的技术解决问题是：克服传统雷达局限于对某半球范围内的兴趣点进行跟踪控制的现状，针对雷达采用安装楔形转台轴的方法处理雷达天线指向顶端附近的解决方法，提出了一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法：采用对全球不同半球内的经纬度设置统一的取值标准，实现对全球范围的兴趣点进行跟踪控制，有效扩大了传统雷达的兴趣点跟踪范围；采用坐标转换方法实现对飞机姿态的隔离，并采用防过顶处理算法处理天线指向顶端附近的情况，获得最优天线规划路径下的方位轴指令角和俯仰轴指令角。从而避免了天线大幅转动而延长响应时间，代替了传统在方位轴外安装楔形转台轴的解决方案，为伺服平台减少了一个机械轴的安装与控制，有效提高了伺服平台的响应速度，增强跟踪控制的精度，强力降低了雷达成本及控制系统结构复杂性。本专利技术的技术解决方案是：一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法，步骤如下：(1)对飞机惯导输出的惯导数据中的飞机速度数据、飞机姿态数据进行滤波，滤波中心频率根据需求进行设定。飞机惯导输出的机载惯导数据，包括飞机位置数据、飞机速度数据、飞机姿态数据；(2)根据步骤(1)的飞机位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，对飞机及兴趣点所处地球位置进行识别，计算飞机到兴趣点连线在地面投影的长度；其中，兴趣点所处地球位置进行识别中的兴趣点为全球范围内的兴趣点。将地球视为标准球体，半径为6371.004m，设飞机惯导输出的飞机的经纬度分别为Rlo,Rla，需要观测的兴趣点经纬度分别为Tlo,Tla，设置位置经纬度取值标准为以子午线为0°经度线，东经取经度的正值，西经取经度的负值，以赤道为0°纬度线，北纬取90°减纬度值，南纬取90°加纬度值，根据步骤(1)的飞机惯导位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，确定以上标准下飞机位置经度NRlo及纬度NRla、兴趣点位置经度NTlo及纬度NTla，进而计算新的飞机雷达位置和兴趣点位置在地面投影的距离D；(3)根据步骤(1)的飞机惯导位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，获取飞机到兴趣点连线在地面投影与正北方向的夹角设定正北为0°，北偏东为正，夹角的范围为[0,360]；(4)根据步骤(1)滤波后的飞机速度数据，求取飞机的速度方向与正北方向的夹角θv，设定正北为0°，北偏东为正，夹角θv的范围为[0,360]；(5)根据飞机位置数据中的海拔高度、及需要观测的兴趣点位置数据中的兴趣点的海拔高度，确定飞机与兴趣点相对高度h，本专利技术针对飞机平飞情况，即飞机速度为水平方向。设定速度坐标系O-XVYVZV，以雷达天线中心为O点，速度坐标系的YV轴指向飞机的速度正方向，速度坐标系的ZV轴垂直于YV轴指向天空(垂直于水平面)，速度坐标系的XV轴垂直于OYVZV平面，三轴关系满足笛卡尔直角坐标系关系，根据飞机位置与兴趣点位置和相对高度h，计算速度坐标系下雷达天线指向兴趣点的前视角和下视角；(6)根据飞机和兴趣点的相对位置，计算步骤(5)设定的速度坐标系下飞机的雷达指向兴趣点的波束的单位方向向量；(7)设定飞机机体坐标系O-XRYRZR，机体坐标系的YR轴正方向为机头方向，机体坐标系的XR轴正方向与YR轴垂直指向飞机右侧，且在飞机机体水平平面上，ZR轴垂直于OXRYR平面，三轴关系满足笛卡尔直角坐标系关系；根据步骤(1)滤波后的飞机姿态数据，使用坐标转换方法，将步骤(6)得到的波束的单位方向向量从步骤(5)设定的速度坐标系下转换到飞机机体坐标系下，得到飞机机体坐标系下波束的单位方向向量；公式如下：Vaxi[3]＝TRTPTAOv[3]Vaxi[3]为步骤(7)设定的飞机机体坐标系下波束的单位方向向量，Ov[3]为步骤(5)设定的速度坐标系下的波束的单位方向向量，TA为波束从速度坐标系下转换到机体标系下的绕ZV轴旋转的转换矩阵，TP为波束从速度坐标系下转换到机体标系下的绕旋转后的XV轴旋转的转换矩阵，TR为波束从速度坐标系下转换到机体标系下的绕旋转后的YV轴旋转的转换矩阵；(8)根据步骤(7)设定的飞机机体坐标系下的波束的单位方向向量，计算两轴雷达伺服平台的雷达天线的方位角和俯仰角两轴雷达伺服平台的雷达天线的方位角和俯仰角为雷达天线方位轴指令角和俯仰轴指令角，即需要方位轴和俯仰轴转到的角度；(9)通过传感器得到雷达天线实时的方位角ηa和俯仰角ηp，并根据步骤(8)得到的两轴雷达伺服平台的方位轴指令角和俯仰轴指令角控制雷达天线从实时的方位角ηa转到方位轴指令角控制雷达天线从实时的俯仰角ηp转到俯仰轴指令角当雷达天线实时方位角度ηa与方位角指令的角度差大于ηa与旋转180°后位置的角度差时，采用防过顶处理算法获得最终雷达天线方位轴指令角和俯仰轴指令角当雷达天线实时方位角度ηa与方位角指令的角度差小于等于ηa与旋转180°后位置的角度差时，直接将雷达天线方位轴指令角和轴指令角分别作为最终雷达天线方位轴指令角和俯仰轴指令角然后，控制雷达天线从实时的方位角ηa转到方位轴指令角控制雷达天线实时的俯仰角ηp转到俯仰轴指令角防过顶处理算法公式如下：本专利技术与现有技术相比的有益效果是：(1)本专利技术通过步骤(2)中对飞机及兴趣点所处地球位置进行识别的方法，实现对全球范围内的兴趣点的波束跟踪控制。通过对全球不同半球内的经纬度设置统一的取值标准，实现在全球范围内，对飞机和兴趣点的相对位置进行计算，进而实现对全球范围的兴趣点进行跟踪控制。有效扩大了传统雷达的兴趣点跟踪范围。(2)本专利技术通过步骤(7)中使用的坐标转换方法，将波束的单位方向向量从速度坐标系下转换到飞机机体坐标系下，得到飞机机体坐标系下波束的单位方向向量。当雷达天线指向兴趣点时，经过坐标转换，可以实现波束指向对飞机姿态扰动的隔离，使波束不受飞机姿态的影响，快速稳定的从飞机指向兴趣点。应用坐标转换方法提高了雷达波束的动态响应稳定性能，提高了波束控制的精度，有效提升雷达波束成像效果。(3)本专利技术通过步骤(9)中采用防过顶处理算法处理天线指向顶端附近的情况，获得最优天线规划路径下的方位轴指令角和俯仰轴指令角。从而避免了天线大幅转动而延长响应时间，代替了传统在方位轴外安装楔形转台轴的解决方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法，其步骤如下：(1)对飞机平飞时，即飞机速度为水平方向，飞机惯导输出的惯导数据中的飞机速度数据、飞机姿态数据进行滤波，滤波中心频率根据需求进行设定，飞机惯导输出的机载惯导数据，包括飞机位置数据、飞机速度数据、飞机姿态数据；(2)根据步骤(1)的飞机位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，对飞机及兴趣点所处地球位置进行识别，计算飞机到兴趣点连线在地面投影的长度；(3)根据步骤(1)的飞机位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，获取飞机到兴趣点连线在地面投影与正北方向的夹角设定正北为0°，北偏东为正，夹角的范围为[0,360]；(4)根据步骤(1)滤波后的飞机速度数据，求取飞机水平方向的合成速度的方向与正北方向的夹角θv，设定正北为0°，北偏东为正，夹角θv的范围为[0,360]；(5)根据飞机位置数据中的海拔高度、及需要观测的兴趣点位置数据中的兴趣点的海拔高度，确定飞机与兴趣点相对高度h，设定速度坐标系O‑XVYVZV，以雷达天线中心为O点，速度坐标系的YV轴指向飞机的速度正方向，速度坐标系的ZV轴垂直于YV轴指向天空，即垂直于水平面，速度坐标系的XV轴垂直于OYVZV平面，三轴关系满足笛卡尔直角坐标系关系，根据飞机位置与兴趣点位置和相对高度h，计算速度坐标系下雷达天线指向兴趣点的前视角和下视角；(6)根据飞机和兴趣点的相对位置，计算步骤(5)设定的速度坐标系下飞机的雷达指向兴趣点的波束的单位方向向量；(7)设定飞机机体坐标系O‑XRYRZR，机体坐标系的YR轴正方向为机头方向，机体坐标系的XR轴正方向与YR轴垂直指向飞机右侧，且在飞机机体水平平面上，ZR轴垂直于OXRYR平面，三轴关系满足笛卡尔直角坐标系关系；根据步骤(1)滤波后的飞机姿态数据，使用坐标转换方法，将步骤(6)得到的波束的单位方向向量从步骤(5)设定的速度坐标系下转换到飞机机体坐标系下，得到飞机机体坐标系下波束的单位方向向量；(8)根据步骤(7)设定的飞机机体坐标系下的波束的单位方向向量，计算两轴雷达伺服平台的雷达天线的方位角和俯仰角两轴雷达伺服平台的雷达天线的方位角和俯仰角分别为雷达天线方位轴指令角和俯仰轴指令角，即需要方位轴和俯仰轴转到的角度；(9)通过传感器得到雷达天线实时的方位角ηa和俯仰角ηp，并根据步骤(8)得到的两轴雷达伺服平台的方位轴指令角和俯仰轴指令角控制雷达天线从实时的方位角ηa转到方位轴指令角控制雷达天线从实时的俯仰角ηp转到俯仰轴指令角实现了雷达天线波束指向兴趣点的跟踪控制。...

【技术特征摘要】
1.一种基于两轴机载雷达伺服平台的兴趣点跟踪控制方法，其步骤如下：(1)对飞机平飞时，即飞机速度为水平方向，飞机惯导输出的惯导数据中的飞机速度数据、飞机姿态数据进行滤波，滤波中心频率根据需求进行设定，飞机惯导输出的机载惯导数据，包括飞机位置数据、飞机速度数据、飞机姿态数据；(2)根据步骤(1)的飞机位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，对飞机及兴趣点所处地球位置进行识别，计算飞机到兴趣点连线在地面投影的长度；(3)根据步骤(1)的飞机位置数据及需要观测的兴趣点位置数据，获取飞机到兴趣点连线在地面投影与正北方向的夹角设定正北为0°，北偏东为正，夹角的范围为[0,360]；(4)根据步骤(1)滤波后的飞机速度数据，求取飞机水平方向的合成速度的方向与正北方向的夹角θv，设定正北为0°，北偏东为正，夹角θv的范围为[0,360]；(5)根据飞机位置数据中的海拔高度、及需要观测的兴趣点位置数据中的兴趣点的海拔高度，确定飞机与兴趣点相对高度h，设定速度坐标系O-XVYVZV，以雷达天线中心为O点，速度坐标系的YV轴指向飞机的速度正方向，速度坐标系的ZV轴垂直于YV轴指向天空，即垂直于水平面，速度坐标系的XV轴垂直于OYVZV平面，三轴关系满足笛卡尔直角坐标系关系，根据飞机位置与兴趣点位置和相对高度h，计算速度坐标系下雷达天线指向兴趣点的前视角和下视角；(6)根据飞机和兴趣点的相对位置，计算步骤(5)设定的速度坐标系下飞机的雷达指向兴趣点的波束的单位方向向量；(7)设定飞机机体坐标系O-XRYRZR，机体坐标系的YR轴正方向为机头方向，机体坐标系的XR轴正方向与YR轴垂直指向飞机右侧，且在飞机机体水平平面上，ZR轴垂直于OXRYR平面，三轴关系满足笛卡尔直角坐标系关系；根据步骤(1)滤波后的飞机姿态数据，使用坐标转换方法，将步骤(6)得到的波束的单位方向向量从步骤(5)设定的速度坐标系下转换到飞机机体坐标系下，得到飞机机体坐标系下波束的单位方向向量；(8)根据步骤(7)设定的飞机机体坐标系下的波束的单位方向向量，计算两轴雷达伺服平台的雷达天线的方位角和俯仰角两轴雷达伺服平台的雷达天线的方位角和俯仰角分别为雷达天线方位轴指令角和俯仰轴指令角，即需要方位轴和俯仰轴转到的角度；(9)通过传感器得到雷达天线实时的方位角ηa和俯仰角ηp，并根据步骤(8)得到的两轴雷达伺服平台的方位轴指令角和俯仰轴指令角控制雷达天线从实时的方位角ηa转到方位轴指令角控制雷达天线从实时的俯仰角ηp转到俯仰轴指令角实现了雷达天线波束指向兴趣点的跟踪控制...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵海香，梅琦，张振华，褚超，于勇，
申请(专利权)人：北京遥测技术研究所，航天长征火箭技术有限公司，
类型：发明
国别省市：北京;11