分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法技术

本发明专利技术提供一种分布式多基雷达收发波束同步和波束指向控制的高精度方法，该方法基于离散脉冲追赶法和自主定位法、通过控制收发波束空间同步误差，实现高精度的收发波束同步和波束控制。当接收平台与目标距离较远，大于10km时，收发波束采用脉冲追赶法实现空间同步。当接收平台与目标距离小于10km时，脉冲追赶法的同步性能急剧恶化。采用“自主定位法”来改善近距离时的空间同步性能，即依据目标位置坐标和接收平台的实际位置来确定接收波束的方位、俯仰指向。此时，只要接收波束和发射波束的指向误差控制在一定的范围内，实际上就可以实现收发波束的空间同步。

【技术实现步骤摘要】
分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法
本专利技术涉及分布式多基雷达系统空间同步
，具体涉及一种分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法。
技术介绍
分布式多基雷达的收发系统分置在不同的平台上，由于这种特殊的协同工作方式，双站间收发波束空间同步是分布式多基雷达系统的核心技术之一，而分布式多基雷达由于平台高速运动使其具有瞬时动态大、精度要求高、控制难度大等特点，使其空间同步的实现难度大，要实现分布式多基雷达系统必须解决不同平台之间收发波束间的空间同步问题。由于战场环境的复杂多变和目标信息的未知，在多基雷达对目标区域的协同探测过程中，当接收平台距离目标较近、平台或目标高速运动和大机动条件下，传统的收发脉冲追赶法的空间同步精度较低难于满足实际需要。
技术实现思路
针对上述现有技术的不足，本专利技术提供一种分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法，能够提高接收平台对发射平台的脉冲跟踪精度。为实现上述专利技术目的，本专利技术采用如下技术方案：分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法：当接收平台与目标距离大于10km时，采用脉冲追赶法实现收发波束空间同步控制；当接收平台与目标距离小于10km时，采用自主定位法实现收发波束空间同步控制；具体实施步骤为：步骤1.1：在收发协同工作的时间内，接收平台对接收到的子孔径回波进行预成像处理，获取一组目标区域的粗分辨目标SAR图像，通过目标在目标SAR图像中的位置信息得到该目标的距离方程和多普勒方程；步骤1.2：求解目标的距离方程和多普勒方程，得到目标的实际位置信息；步骤1.3：根据目标的实际位置信息计算出接收波束的方位、俯仰指向角度，并实时反馈回发射平台；步骤1.4：发射平台根据接收波束的方位和俯仰指向角度，实时调整波束指向，对目标区域进行连续照射；接收平台接收相应目标区域的回波信号时，实时修正接收波束指向，提高接收波束指向的稳定性，使接收平台对发射平台的脉冲跟踪精度得到进一步提高。优选的，所述脉冲追赶法采用相邻波束以一定的波束覆盖率的离散追赶方式实现发射波束和接收波束的空间同步，具体实施步骤为：步骤2.1：计算接收波束的方位角θR和俯仰角接收波束采用固定波束宽度进行扫描，方位角和俯仰角分别为θRB和φRB；则接收波束左边线扫描角范围由下式确定为：式中θR_start、θR_end分别为接收波束的方位角的起始边；分别为接收波束俯仰角的起始边；步骤2.2：计算接收波束在方位和俯仰方向上需要的最大波位数nθ，步骤2.3：计算接收波束第n个波位的起始时间tn_start和结束时间tn_end为：上式中，c为光速，rTn为发射平台至目标点的距离，rRn为接收平台至目标点的距离，r’Tn为发射平台至脉冲位置的距离，r’Rn为接收平台至脉冲位置的距离；步骤2.4：计算得到每个波位[1,2,···,nθ]和[1,2,···,nφ]对应的tn_start和结束时间tn_end，接收脉冲按照离散波位移动，实现脉冲追赶同步，即实现在方位向和俯仰向上的波束追赶。优选的，以目标P中心点为坐标系原点建立xyz三维坐标系；合成孔径中心时刻，设发射雷达天线相位中心的坐标为(Xt,Yt,Zt)，接收雷达天线相位中心的坐标为(Xr,Yr,Zr)，目标点P的坐标为(xp,yp,zp)，发射机东向速度为vtx，北向速度为vty，天向速度为vtz，接收机东向速度为vrx，北向速度为vry，天向速度为vrz，速度方向均以坐标轴正方向为标准，R是孔径中心时刻发射机到目标点P的距离与接收机到目标点P的距离之和，fp是发射机天线相位中心与目标点P的多普勒频率值与接收机天线相位中心与目标点P的多普勒频率值之和；所述步骤1.1中目标点P的距离方程和多普勒方程的表达式分别为：更优选的，所述目标点P的距离方程和多普勒方程采用牛顿-迭代法切线法、二分法或级数法求解。更优选的，采用牛顿迭代法求解地面目标点P的距离方程和多普勒方程，得到地面目标点P的坐标(xp,yp,0)；具体计算步骤如下：步骤5.1：地面目标点P在SAR图像中对应的像素点坐标为(m,n)，则地面目标点P的距离方程和多普勒方程为：其中，Nr,Na分别代表距离向与方位向采样点数，pr代表距离向像素间隔，Rref是孔径中心时刻雷达平台到地面目标点P’中心点的参考距离，PRF代表脉冲重复发射频率，fdco是孔径中心时刻地面目标点P中心点的多普勒频率；步骤5.2：结合式(4)和(5)建立如下非线性二元函数：非线性二元方程组的解即为地面目标点P’的坐标值(xp,yp,0)；步骤5.3：给定目标点的初始位置估计值(x0,y0,0)，则：计算此时的雅克比矩阵：若雅克比矩阵不为0，则根据下列公式计算Δx,Δy：更新x0＝x0+Δx，y0＝y0+Δy，重复上述过程，直到满足max(|Δx|,|Δy|)＜ε，其中ε是给定的精度要求，此时得到的(x0,y0,0)就为方程组的近似解，即为目标点(xp,yp,0)的定位坐标。更优选的，步骤b中接收波束的方位角θR、俯仰角φR、接收机到目标点P的距离RR的计算公式为：本专利技术的有益效果为：1、当接收平台与目标距离大于10km时，采用相邻波束以一定的波束覆盖率的离散追赶方式就可以实现收发波束的空间同步，采用离散的方式来实现脉冲追赶，更利于工程实现；2、当接收平台与目标距离小于10km时，采用基于子孔径成像和图像匹配处理的自主定位法实现收发波束的空间同步，目标图像匹配定位的精度小于20m，实时修正波束指向，提高波束指向的稳定性，使接收平台对发射平台的脉冲跟踪精度得到进一步提高。附图说明图1为双基SAR收发波束与目标位置示意图；图2为分布式多基雷达在收发波束在方位向的示意图；图3为基于自主定位法的空间同步实现流程图；图4为空间同步模型的实现流程图；图5为收发平台覆盖率随目标距离的变化；图6为接收波束指向偏差随目标距离的变化；图7为双基SAR成像几何模型；图8为基于牛顿迭代的双基SAR目标定位算法信号处理框图。具体实施方式本专利技术提出了一种基于离散脉冲追赶法和自主定位法、通过控制收发波束空间同步误差，实现高精度的收发波束同步和波束控制的方法。下面结合附图详细说明本专利技术所提供的技术方案。1、基于离散脉冲追赶法的空间同步技术在进行空间同步时，接收追赶波束既充分利用了收发天线增益和发射功率，也提高了测量精度和分辨率。空间同步实现时，采用离散形式的波束追赶法。收发脉冲追赶时，接收站在某个时刻只接收特定空间的目标回波信号，从而实现了时间和空间相结合的时空滤波。由于发射波束的二维空间指向角度和接收波束的二维空间指向角度和时间t之间呈高度非线性关系，如图2中的收发波束扫描速率随弹目距离呈现复杂的变化规律，采用连续的脉冲追赶法难于保证接收波束的追赶精度。考虑到发射波束和接收波束均具有一定的波束宽度(暂定收发波束的-3dB波束宽度为5°)，因而无需连续追赶，而可以采用相邻波束以一定的波束覆盖率的离散追赶方式就可以实现收发波束的空间同步。接收波束实时追赶发射波束照射区域，并不是指发射脉冲到达某一位置时，接收波束在这一时刻刚好指向这一位置。因为电磁波被目标反射后，目标回波信号传到接收机需要一定的时间，到达接收机时接收波束已经转向下一位置，这种情形接本文档来自技高网...

【技术保护点】
分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法，其特征在于：当接收平台与目标距离大于10km时，采用脉冲追赶法实现收发波束空间同步控制；当接收平台与目标距离小于10km时，采用自主定位法实现收发波束空间同步控制；具体实施步骤为：步骤1.1：在收发协同工作的时间内，接收平台对接收到的子孔径回波进行预成像处理，获取一组目标区域的粗分辨目标SAR图像，通过目标在目标SAR图像中的位置信息得到该目标的距离方程和多普勒方程；步骤1.2：求解目标的距离方程和多普勒方程，得到目标的实际位置信息；步骤1.3：根据目标的实际位置信息计算出接收波束的方位、俯仰指向角度，并实时反馈回发射平台；步骤1.4：发射平台根据接收波束的方位和俯仰指向角度，实时调整波束指向，对目标区域进行连续照射；接收平台接收相应目标区域的回波信号时，实时修正接收波束指向，提高接收波束指向的稳定性，使接收平台对发射平台的脉冲跟踪精度得到进一步提高。

【技术特征摘要】
1.分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法，其特征在于：当接收平台与目标距离大于10km时，采用脉冲追赶法实现收发波束空间同步控制；当接收平台与目标距离小于10km时，采用自主定位法实现收发波束空间同步控制；具体实施步骤为：步骤1.1：在收发协同工作的时间内，接收平台对接收到的子孔径回波进行预成像处理，获取一组目标区域的粗分辨目标SAR图像，通过目标在目标SAR图像中的位置信息得到该目标的距离方程和多普勒方程；步骤1.2：求解目标的距离方程和多普勒方程，得到目标的实际位置信息；步骤1.3：根据目标的实际位置信息计算出接收波束的方位、俯仰指向角度，并实时反馈回发射平台；步骤1.4：发射平台根据接收波束的方位和俯仰指向角度，实时调整波束指向，对目标区域进行连续照射；接收平台接收相应目标区域的回波信号时，实时修正接收波束指向，提高接收波束指向的稳定性，使接收平台对发射平台的脉冲跟踪精度得到进一步提高。2.根据权利要求1所述的分布式多基地雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法，其特征在于，所述脉冲追赶法采用相邻波束以一定的波束覆盖率的离散追赶方式实现发射波束和接收波束的空间同步，具体实施步骤为：步骤2.1：计算接收波束的方位角θR和俯仰角接收波束采用固定波束宽度进行扫描，方位角和俯仰角分别为θRB和φRB；则接收波束左边线扫描角范围由下式确定为：式中θR_start、θR_end分别为接收波束的方位角的起始边；分别为接收波束俯仰角的起始边；步骤2.2：计算接收波束在方位和俯仰方向上需要的最大波位数nθ，步骤2.3：计算接收波束第n个波位的起始时间tn_start和结束时间tn_end为：上式中，c为光速，rTn为发射平台至目标点的距离，rRn为接收平台至目标点的距离，r’Tn为发射平台至脉冲位置的距离，r’Rn为接收平台至脉冲位置的距离；步骤2.4：计算得到每个波位[1,2,···,nθ]和[1,2,···,nφ]对应的tn_start和结束时间tn_end，接收脉冲按照离散波位移动，实现脉冲追赶同步，即实现在方位向和俯仰向上的波束追赶。3.根据权利要求1所述的分布式多基雷达收发波束同步和波束控制的高精度方法，其特征在于，以目标P中心点为坐标系原点建立xyz三维坐标系；合成孔径中心时刻，设发射雷达天线相位中心的坐标为(Xt,Yt,Zt)，接收雷达天线相位中心的坐标为(Xr,Yr,Zr)，目标点P的坐标为(xp,yp,zp)，发射机东向速度为vtx，北向速度为vty，天向速度为vtz，接收机东向速度为vrx，北向速度为vry，天向速度为vrz，速度方向均以坐标轴正方向为标准，R是孔径中心时刻发射机到目标点P的距离与接收机到目标点P的距离之和，fp是发射机天线相位中心与目标点P的多普勒频率值与接收机天线相位中心与目标点P的多普勒频率值之和；所述步骤1.1中目标点P的距离方程和多普勒方程的表达式分别为：

【专利技术属性】
技术研发人员：陆智俊，潘明海，汪宗福，胡奇，龙伟军，韩清华，李勇，
申请(专利权)人：南京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：江苏,32