多普勒雷达海面测速误差修正方法技术

本发明专利技术公开了一种多普勒雷达海面测速误差修正方法，主要解决现有多普勒雷达海上测速误差较大的问题，其实现方案是：在载机处于水面上空时，将飞行载体开关置于“海洋”模式，多普勒雷达波束跟踪正常时；根据前向速度修正系数和横向速度修正系数，对回波频谱畸变引起测速误差的修正；根据洋流数据和海洋表面风数据分别获取洋流和海洋表面风引起的相对于地理坐标系下测速误差修正量；将地理坐标系下的速度修正量转换为机体坐标系下的速度修正量，进行速度修正。本发明专利技术简化了飞行人员的操作复杂度，大幅度消减多普勒雷达海洋上测速带来的误差，提高了测速精度，可用于多普勒雷达海上测速。

【技术实现步骤摘要】
多普勒雷达海面测速误差修正方法
本专利技术属于雷达
，特别涉及一种测速误差修正方法，可用于多普勒雷达海上测速。
技术介绍
飞机在海洋上空飞行时，多普勒雷达测量的速度受海洋状态影响很大。其与在陆地上空飞行相比，在海洋上空飞行时，多普勒雷达测量的地速还要受另外两种因素影响，一种是海洋表面的反射特性，另一种是海洋状态的剧烈变化。对多普勒雷达辐射的波束来说，海洋表面的反射特性与陆地表面的反射特性是不同的，在海面工作时，多普勒雷达回波信号频谱会发生畸变，从而增大多普勒雷达测速误差。洋流和风都会引起海洋状态的变化。因为海水的流动和潮汐，使海水本身相对于陆地存在着水平运动速度，这时，多普勒雷达以海面作为反射面时，雷达测得的速度是载机相对于洋流的运动速度。这样，它与载机相对于陆地的运动速度不同，而存在着一定的误差，即产生了洋流误差。海面的海水在海洋表面风的作用下，溅起了水花颗粒，这些水花颗粒在海洋表面风的影响下，也将以一定的速度进行运动。当雷达在海面上空工作时，这时雷达测得的速度是载机相对于这些水花颗粒的运动速度。它与载机的地速不同，因而产生了误差，这种误差是由海洋表面风引起的。伴随飞机在海洋上空执行任务越来越多，多普勒雷达海上测速方面的不足日渐凸显，修正海面测速的误差，提高多普勒雷达海上测速精度越显重要。目前，国内多普勒雷达在海洋测速修正方面，需要飞行员通过手动输入修正参数对载机在海面上飞行时的速度进行修正，修正参数包括洋流修正以及海洋表面风修正。这种修正方法存在两种不足，一方面对于飞行员来说，由于海洋表面风速变化，需要经常性手动输入参数，长时间飞行使得飞行员容易产生疲劳；另一方面，由于载机没有提供修正信息源的设备，使其无法对其海洋表面风进行修正，造成对测速精度的误差较大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种多普勒雷达在海面测速的误差修正方法，以避免人工输入海洋表面风参数，并对洋流与海洋表面风引起的误差均进行修正，提高测速精度。本专利技术的技术思路是：通过增加手动“陆/海”工作转换开关，在海面上空工作时，飞行人员将开关置于“海洋”工作模式，雷达实现自动通过采用系统补偿的方式对海面回波频谱畸变进行速度修正；通过人工装订洋流信息修正来减小洋流带来的测速误差；通过自动推导海洋表面风误差修正量减小海洋表面风带来的测速误差。根据上述思路，本专利技术给出如下两种技术方案：技术方案1：1.一种多普勒雷达海面测速误差修正方法，包括如下1)在载机处于水面上空时，将飞行载体上的“陆/海”开关置于“海洋”模式；2)对回波频谱畸变引起测速误差的修正：即当多普勒雷达波束跟踪正常时，多普勒雷达调用前向速度修正系数εx、横向速度修正系数εy分别对载机的前向速度Vx，横向速度Vy进行修正，得到畸变修正后的前向速度V′x，横向速度V′y；3)获取洋流引起的相对于地理坐标系下测速误差的修正量：多普勒雷达根据载机所处当前位置的洋流速度VTide、洋流方向DTide，计算得到洋流东向修正量Ete、洋流北向修正量Etn；4)已知海洋表面风速和风向的情况下，获取海洋表面风引起的测速误差的修正量：多普勒雷达根据海洋表面风速Vsw、海洋表面风向Dsw，计算海洋表面风东向修正量Ewe、海洋表面风北向修正量Ewn；5)将地理坐标系速度修正量转换为机体坐标系下进行速度修正：5a)根据洋流东向修正量Ete、海洋表面风东向修正量Ewe，得到东向修正总量Ee＝Ete+Ewe；根据洋流北向修正量Etn、海洋表面风北向修正量Ewn，得到北向修正总量En＝Etn+Ewn；5b)根据姿态信息将东向修正总量Ee、北向修正总量En转换到机体坐标系下的前向修正量Ex、横向修正量Ey、垂向修正量Ez，对畸变修正后的前向速度V′x、横向速度V′y以及载机的垂向速度Vz进行速度修正，得到最终的三轴向速度信息：V″x＝V′x+Ex，V″y＝V′y+Ey，V′z＝Vz+Ez，其中V″x为最终前向速度，V″y为最终横向速度，V′z为最终垂向速度。技术方案2：一种多普勒雷达海面测速误差修正方法，包括如下：(1)在载机处于水面上空时，将飞行载体上的“陆/海”开关置于“海洋”模式；(2)对回波频谱畸变引起测速误差的修正：即当多普勒雷达波束跟踪正常时，多普勒雷达调用前向速度修正系数εx、横向速度修正系数εy分别对载机的前向速度Vx，横向速度Vy进行修正，得到畸变修正后的前向速度V′x，横向速度V′y；(3)获取洋流引起的相对于地理坐标系下测速误差的修正量：多普勒雷达根据载机所处当前位置的洋流速度VTide、洋流方向DTide，计算得到洋流东向修正量Ete、洋流北向修正量Etn；(4)当未知海洋表面风速和风向的情况下，获取海洋表面风引起的测速误差的修正量：(4a)当没有海洋表面风数据且载机高度不大于3000英尺时，多普勒雷达根据空中风速Vaw、空中风向Daw、纬度Lat和高度Hp，计算获得海洋表面风速V′sw和海洋表面风向D′sw；(4b)根据计算得到的海洋表面风速V′sw和海洋表面风向D′sw，计算海洋表面风东向修正量E′we、海洋表面风北向修正量E′wn；(5)将地理坐标系速度修正量转换为机体坐标系下进行速度修正：(5a)根据洋流东向修正量Ete、海洋表面风东向修正量E′we，得到东向修正总量E′e＝Ete+E′we；根据洋流北向修正量Etn、海洋表面风北向修正量E′wn，得到北向修正总量E′n＝Etn+E′wn；(5b)根据姿态信息将东向修正总量E′e、北向修正总量E′n转换到机体坐标系下的前向修正量E′x、横向修正量E′y、垂向修正量E′z，对畸变修正后的前向速度V′x、横向速度V′y以及载机的垂向速度Vz进行速度修正，得到最终的三轴向速度信息：V″′x＝V′x+E′x，V″′y＝V′y+E′y，V″z＝Vz+E′z，其中V″′x为最终前向速度，V″′y为最终横向速度，V″z为最终垂向速度。本专利技术具有如下优点：1.本专利技术由于采用了“陆/海”转换开关的修正手段，避免了人工输入参数，简化了飞行人员的操作复杂度；2.本专利技术由于通过空中风等信息自动推导出海洋表面风引起的误差修正量，增加了对海洋表面风引起测速误差的修正，并通过对海面回波频谱畸变修正、洋流修正、海洋表面风修正，大幅度消减多普勒雷达海洋上测速带来的误差，极大的提高了雷达在海面上的测速精度。附图说明图1为本专利技术实施例1的实现流程图；图2为本专利技术实施例2的实现流程图；图3为多普勒雷达海面回波频谱的畸变示意图；图4为本专利技术中海洋表面风与修正量的关系图；图5为本专利技术中海洋表面风与载机所处位置空中风的关系图。具体实施方式以下参照附图对本专利技术进行详细描述。实施例1，已知海洋表面风数据，解算出修正量：参照图1，本实施例的实现步骤如下步骤1，设置“陆/海”开关模式。载机根据飞行的地域设置相应的开关模式，即当载机在陆地上空飞行时，飞行员将“陆/海”开关置于“陆地”模式；当载机在海面上空飞行时，飞行员将“陆/海”开关置于“海洋”模式。载机上的多普勒雷达波束跟踪正常时，雷达输出机体坐标系下的三轴向速度，前向速度Vx、横向速度Vy、垂向速度Vz。本实例主要针对载机在海面上空飞行，即“陆/海”开关置于“海洋”模式。步骤2，对回波频谱畸变引起测本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种多普勒雷达海面测速误差修正方法，包括如下：1)在载机处于水面上空时，将飞行载体上的“陆/海”开关置于“海洋”模式；2)对回波频谱畸变引起测速误差的修正：即当多普勒雷达波束跟踪正常时，多普勒雷达调用前向速度修正系数εx、横向速度修正系数εy分别对载机的前向速度Vx，横向速度Vy进行修正，得到畸变修正后的前向速度V'x，横向速度V'y；3)获取洋流引起的相对于地理坐标系下测速误差的修正量：多普勒雷达根据载机所处当前位置的洋流速度VTide、洋流方向DTide，计算得到洋流东向修正量Ete、洋流北向修正量Etn；4)已知海洋表面风速和风向的情况下，获取海洋表面风引起的测速误差的修正量：多普勒雷达根据海洋表面风速Vsw、海洋表面风向Dsw，计算海洋表面风东向修正量Ewe、海洋表面风北向修正量Ewn；5)将地理坐标系速度修正量转换为机体坐标系下进行速度修正：5a)根据洋流东向修正量Ete、海洋表面风东向修正量Ewe，得到东向修正总量Ee＝Ete+Ewe；根据洋流北向修正量Etn、海洋表面风北向修正量Ewn，得到北向修正总量En＝Etn+Ewn；5b)根据姿态信息将东向修正总量Ee、北向修正总量En转换到机体坐标系下的前向修正量Ex、横向修正量Ey、垂向修正量Ez，对畸变修正后的前向速度V'x、横向速度V'y以及载机的垂向速度Vz进行速度修正，得到最终的三轴向速度信息：V"x＝V'x+Ex，V"y＝V'y+Ey，V'z＝Vz+Ez，其中V"x为最终前向速度，V"y为最终横向速度，V'z为最终垂向速度。...

【技术特征摘要】
1.一种多普勒雷达海面测速误差修正方法，包括如下：1)在载机处于水面上空时，将飞行载体上的“陆/海”开关置于“海洋”模式；2)对回波频谱畸变引起测速误差的修正：即当多普勒雷达波束跟踪正常时，多普勒雷达调用前向速度修正系数εx、横向速度修正系数εy分别对载机的前向速度Vx，横向速度Vy进行修正，得到畸变修正后的前向速度V'x，横向速度V'y；3)获取洋流引起的相对于地理坐标系下测速误差的修正量：多普勒雷达根据载机所处当前位置的洋流速度VTide、洋流方向DTide，计算得到洋流东向修正量Ete、洋流北向修正量Etn；4)已知海洋表面风速和风向的情况下，获取海洋表面风引起的测速误差的修正量：多普勒雷达根据海洋表面风速Vsw、海洋表面风向Dsw，计算海洋表面风东向修正量Ewe、海洋表面风北向修正量Ewn；5)将地理坐标系速度修正量转换为机体坐标系下进行速度修正：5a)根据洋流东向修正量Ete、海洋表面风东向修正量Ewe，得到东向修正总量Ee＝Ete+Ewe；根据洋流北向修正量Etn、海洋表面风北向修正量Ewn，得到北向修正总量En＝Etn+Ewn；5b)根据姿态信息将东向修正总量Ee、北向修正总量En转换到机体坐标系下的前向修正量Ex、横向修正量Ey、垂向修正量Ez，对畸变修正后的前向速度V'x、横向速度V'y以及载机的垂向速度Vz进行速度修正，得到最终的三轴向速度信息：V"x＝V'x+Ex，V"y＝V'y+Ey，V'z＝Vz+Ez，其中V"x为最终前向速度，V"y为最终横向速度，V'z为最终垂向速度。2.根据权利要求1所述的方法，其中步骤2)中多普勒雷达调用前向速度修正系数εx、横向速度修正系数εy分别对载机的前向速度Vx，横向速度Vy进行修正，按如下步骤进行：2a)根据试验数据设定前向速度修正系数：εx＝0.02，横向速度修正系数：εy＝0.08；2b)根据前向速度修正系数εx，对畸变的前向速度Vx进行修正，得到畸变修正后的前向速度：V'x＝Vx×(1+εx)；2c)根据横向速度修正系数εy，对畸变的横向速度Vy进行修正，得到畸变修正后的横向速度：V'y＝Vy×(1+εy)。3.根据权利要求1所述的方法，其中步骤3)中根据载机所处当前位置的洋流速度VTide、洋流方向DTide，获得洋流东向修正量Ete、洋流北向修正量Etn,按如下公式计算：Ete＝VTide×sin(DTide)，Etn＝VTide×cos(DTide)。4.根据权利要求1所述的方法，其中步骤4)中海洋表面风东向修正量Ewe、海洋表面风北向修正量Ewn，按照如下公式计算：Ewe＝WM×sin(Dsw+π)Ewn＝WM×cos(Dsw+π)其中，WM为由海洋表面风引起的修正量WM＝4.5×(1-exp(-Vsw/11.7))+0.03×Vsw；Vsw为海洋表面风速，Dsw为海洋表面风向。5.根据权利要求1所述的方法，其中步骤5b)中根据姿态信息将东向修正总量Ee、北向修正总量En转换到机体坐标系下的前向修正量Ex、横向修正量Ey、垂向修正量Ez，按如下公式转换：Ex＝Ee*(sin(α)*sin(β)*cos(γ)+cos(α)*sin(γ))+En*(sin(α)*sin(β)*sin(γ)+cos(α)*cos(γ))Ey＝Ee*cos(β)*cos(γ)-En*cos(β)*sin(γ)Ez＝Ee*(cos(α)*sin(β)*cos(γ)-sin(α)*sin(γ))-En*(cos(α)*sin(β)*sin(γ)+sin(α)*cos(γ))其中，α为俯仰角，β为横滚角，γ为真航向。6.一种多普勒雷达海面测...

【专利技术属性】
技术研发人员：李俊锋，何开巍，陈晓东，岂常春，樊稳茹，
申请(专利权)人：陕西长岭电子科技有限责任公司，
类型：发明
国别省市：陕西,61