一种雷达测向相对系统误差修正方法技术方案

本发明专利技术属于多雷达数据融合技术领域，具体涉及一种雷达测向相对系统误差修正方法。为准确估计和修正雷达测量中存在的测向相对系统误差，减小多雷达观测航迹的分裂程度，满足相关一致性和准确性的需要，本发明专利技术选取主、次站雷达对某个典型航路目标的一组观测数据，经中心统一直角坐标转换后，提出并采用单雷达加权直线航迹线模型等手段对雷达观测航迹线参数进行迭代估计，采用取点定向法确定主、次站雷达观测航向，最终得到次站雷达相对于主站雷达的测向相对系统误差，并以此估计结果为依据，对次站雷达后续测量中的方向值进行修正。该方法方案实施步骤科学合理，航迹修正效果理想。其时间复杂度和空间复杂度都很低，可操作性和实用性很强。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达测向相对系统误差修正方法
本专利技术属于多雷达数据融合
，具体涉及一种雷达测向相对系统误差修正方法。
技术介绍
雷达测向相对系统误差是指雷达在对目标进行方位测量时存在的相对于指定参照系的系统误差，包括雷达动态测量中的测向误差和雷达站址进行正北标定时的固定误差，是雷达网情报系统误差的主要成分之一，有时也称为正北误差。多雷达组网后，不同雷达阵地的校准误差、阵地环境对雷达测量产生的固有偏差以及雷达本身设计中未能消除的测量中存在的系统误差，使各单雷达航迹上的每个点经统一坐标转换后都产生了X、Y方向上的误差平移。当各个雷达测量之间的相对系统误差较大时，就会造成同一目标观测结果的空间分裂，严重时就会妨碍来自同一目标的航迹关联与融合，而又造成对应不同目标的航迹的错误关联。另外，系统误差还影响了雷达跟踪中对于测量数据的随机误差的估计，使随机误差的分布曲线发生了变化，位置发生了平移。因此研究系统误差的规律性，尽可能准确地定位、估计系统误差，对于提高雷达网目标状态估计的准确性极为重要。消除雷达测量数据中存在的系统误差通常有两种途径：设备校准和数据校准。设备校准是指通过对雷达本身误差来源的认识，从雷达的设计、制造、装配、调整等方面对其存在的系统误差进行修正。通常采用精密测量仪器或添加附属控制电路，以此达到设备校准的目的。可以说，自从雷达产生以来，设备校准的工作就一直在进行，因此也使得现有雷达的测量精度不断提高。但是，设备校准有很大的局限性，具体表现在：设备校准法需要建立在对某项误差充分了解的基础上，而雷达测量误差的产生与不同雷达的设计制造方法、工艺紧密相关，再加上即使对于同一种型号的雷达，其测量中产生的误差也是多种多样的，因此很难对不同型号的雷达的所有误差源进行设备校准。对多雷达组网后的系统误差校准，情况就更为复杂。因此，设备校准在工程实施上有很大难度，只能在一定程度上减小误差，提高精度，但不能从根本上解决问题。于是人们提出了具有普遍意义的数据校准方法，如实时精度控制法、最小平方法、最大似然法和广义最小平方法等等。数据校准首先克服了设备校准的局限性，是对所有雷达都通用的校准方法。它从数据处理的角度出发，在选定的参照系中对雷达测量数据进行分析，对其中存在的系统误差进行估计，并以此估计结果为依据，反过来对测量数据进行修正，以此达到同一坐标系内观测结果的一致性。这是一种直接、有效的校准方法，尤其在雷达组网后的误差修正中，显示出不可替代的优越性。通常我们提到测量中存在系统误差都是测量值相对于某一个参照系而言的，如果指定目标绝对位置为参照系，那就是绝对系统误差；如果是相对于某一指定参照系的，就称为相对系统误差。在雷达联网观测中，目标绝对位置多数情况下是不可知的，我们比较容易得到的是不同雷达对同一飞行目标的离散观测值。传统数据校准方法均试图通过此类测量数据估计某雷达测量中存在的绝对系统误差。而模拟试验表明，以此进行系统误差修正后的目标航迹取决于参加计算的所有单雷达原始测量航迹的相对位置，与真实航迹的相关性不大。在实际工程应用中，雷达A的系统误差估计结果会因采用雷达B或雷达C的测量数据不同而有所区别，若认同以A、B数据计算得到的系统误差是A雷达的绝对系统误差，则可能产生A、B相对误差减小与A、C相对误差增大的矛盾，所以求绝对系统误差的思路在工程实践中很难把握。雷达网测量系统多数情况下能提供的只有多部雷达在同一时间段对同一目标的观测数据，我们通常能够得到其中典型航路(目标保持一定高度沿直线飞行)上的一组测量值。基于这样的数据环境，我们只能认为：相对于网内其它雷达来说，某一部雷达的观测是精确的，此时可以以该雷达(命名为主站)的测量值作为对目标位置的真实描述，其它雷达(命名为次站)以此为参照，从而求得次站雷达相对于主站雷达的相对系统误差。对于区域雷达网来说，可以使其它雷达都以主站为准进行修正。这样在达到各雷达观测结果一致性的同时，简化了估计方法的复杂程度，方便了工程上的实现。
技术实现思路
(1)技术问题本专利技术要解决的技术问题是：如何提出一种雷达测向相对系统误差估计方法，并以此估计结果为依据，对该雷达后续测量中的方向值进行修正，以达到多部雷达对同一目标观测结果的在统一坐标系内的最佳迭合，提高多雷达目标状态估计的一致性和准确性。(2)技术方案为解决上述技术问题，本专利技术提供一种雷达测向相对系统误差修正方法，所述修正方法应用于多雷达数据融合系统的前期数据预处理过程中。所述修正方法包括如下步骤：步骤1：分别选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线的观测数据；步骤2：分别对上述主站雷达、次站雷达的观测数据进行坐标变换，得到主站雷达的观测数据的中心统一直角坐标(Xxzi,Yxzi)，以及次站雷达的观测数据的中心统一直角坐标(Xxcj,Yxcj)；其中，i＝1,2,…n，j＝1,2,…m；步骤3：根据步骤2获得的两组坐标，在中心统一直角坐标系中使用单雷达加权直线航迹线模型分别对主站雷达、次站雷达的直线航迹线观测数据进行直线参数迭代估计，并得到主站雷达观测到的目标航向Khz和次站雷达观测到的目标航向Khc；步骤4：通过对次站雷达观测到的目标航向Khc与主站雷达观测到的目标航向Khz取差，获得次站雷达测向相对系统误差Δθcz＝Khc-Khz；步骤5：针对后续次站雷达的所有方位测量值θc进行系统误差修正，得到修正后的方位值其中，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：选取同一空中目标处于一段直线航迹线时，主站雷达、次站雷达同时段上报的观测数据；步骤1.2：选取的主站雷达的观测数据为：(ρzi,θzi,tzi)，表示tzi时刻主站雷达测得的目标距离ρzi和方位θzi，i＝1,2,…n，n为主站雷达的观测数据数量；步骤1.3：选取的次站雷达的观测数据为：(ρcj,θcj,tcj)，表示tcj时刻次站雷达测得的目标距离ρcj和方位θcj，j＝1,2,…m，m为次站雷达的观测数据数量。其中，所述n≥10，m≥10；所述同时段表示：主站雷达、次站雷达观测数据首点和末点各自的时间差均不大于1个雷达探测周期T；即|tc1-tz1|≤T，|tcm-tzn|≤T。其中，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：将主站雷达观测数据中的目标距离ρzi和方位θzi转换为以主站为中心的主站观测数据的二维直角坐标(Xzi,Yzi)；步骤2.2：将主站观测数据的二维直角坐标(Xzi,Yzi)，i＝1,2,…n转换为主站观测数据的中心统一直角坐标(Xxzi,Yxzi)；步骤2.3：将次站雷达观测数据中的目标距离ρcj和方位θcj转换为以次站为中心的次站观测数据的二维直角坐标(Xcj,Ycj)；步骤2.4：将次站观测数据的二维直角坐标(Xcj,Ycj)，j＝1,2,…m转换为次站观测数据的中心统一直角坐标(Xxcj,Yxcj)。其中，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：采用单雷达不加权直线航迹线模型粗略估计主站雷达观测到的直线航迹线y-kzx-dz＝0，其中kz为粗略估计下的主站雷达观测到的直线航迹线的斜率，dz为粗略估计下的主站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤3.2：采用单雷达加权直线航迹线模型精确估计主站雷达观测到的直线航迹线y-khzx-dhz＝0；其中kh本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达测向相对系统误差修正方法，其特征在于，所述修正方法应用于多雷达数据融合系统的前期数据预处理过程中；所述修正方法包括如下步骤：步骤1：分别选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线的观测数据；步骤2：分别对上述主站雷达、次站雷达的观测数据进行坐标变换，得到主站雷达的观测数据的中心统一直角坐标(Xxzi,Yxzi)，以及次站雷达的观测数据的中心统一直角坐标(Xxcj,Yxcj)；其中，i＝1,2,…n，j＝1,2,…m；步骤3：根据步骤2获得的两组坐标，在中心统一直角坐标系中使用单雷达加权直线航迹线模型分别对主站雷达、次站雷达的直线航迹线观测数据进行直线参数迭代估计，并得到主站雷达观测到的目标航向Khz和次站雷达观测到的目标航向Khc；步骤4：通过对次站雷达观测到的目标航向Khc与主站雷达观测到的目标航向Khz取差，获得次站雷达测向相对系统误差Δθcz＝Khc‑Khz；步骤5：针对后续次站雷达的所有方位测量值θc进行系统误差修正，得到修正后的方位值

【技术特征摘要】
1.一种雷达测向相对系统误差修正方法，其特征在于，所述修正方法应用于多雷达数据融合系统的前期数据预处理过程中；所述修正方法包括如下步骤：步骤1：分别选取主站雷达、次站雷达对同一空中目标的一段直线航迹线的观测数据；步骤2：分别对上述主站雷达、次站雷达的观测数据进行坐标变换，得到主站雷达的观测数据的中心统一直角坐标(Xxzi,Yxzi)，以及次站雷达的观测数据的中心统一直角坐标(Xxcj,Yxcj)；其中，i＝1,2,…n，j＝1,2,…m；步骤3：根据步骤2获得的两组坐标，在中心统一直角坐标系中使用单雷达加权直线航迹线模型分别对主站雷达、次站雷达的直线航迹线观测数据进行直线参数迭代估计，并得到主站雷达观测到的目标航向Khz和次站雷达观测到的目标航向Khc；步骤4：通过对次站雷达观测到的目标航向Khc与主站雷达观测到的目标航向Khz取差，获得次站雷达测向相对系统误差Δθcz＝Khc-Khz；步骤5：针对后续次站雷达的所有方位测量值θc进行系统误差修正，得到修正后的方位值2.如权利要求1所述的雷达测向相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤1包括如下步骤：步骤1.1：选取同一空中目标处于一段直线航迹线时，主站雷达、次站雷达同时段上报的观测数据；步骤1.2：选取的主站雷达的观测数据为：(ρzi,θzi,tzi)，表示tzi时刻主站雷达测得的目标距离ρzi和方位θzi，i＝1,2,…n，n为主站雷达的观测数据数量；步骤1.3：选取的次站雷达的观测数据为：(ρcj,θcj,tcj)，表示tcj时刻次站雷达测得的目标距离ρcj和方位θcj，j＝1,2,…m，m为次站雷达的观测数据数量。3.如权利要求2所述的雷达测向相对系统误差修正方法，其特征在于，所述n≥10，m≥10；所述同时段表示：主站雷达、次站雷达观测数据首点和末点各自的时间差均不大于1个雷达探测周期T；即|tc1-tz1|≤T，|tcm-tzn|≤T。4.如权利要求1所述的雷达测向相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤2包括如下步骤：步骤2.1：将主站雷达观测数据中的目标距离ρzi和方位θzi转换为以主站为中心的主站观测数据的二维直角坐标(Xzi,Yzi)；步骤2.2：将主站观测数据的二维直角坐标(Xzi,Yzi)，i＝1,2,…n转换为主站观测数据的中心统一直角坐标(Xxzi,Yxzi)；步骤2.3：将次站雷达观测数据中的目标距离ρcj和方位θcj转换为以次站为中心的次站观测数据的二维直角坐标(Xcj,Ycj)；步骤2.4：将次站观测数据的二维直角坐标(Xcj,Ycj)，j＝1,2,…m转换为次站观测数据的中心统一直角坐标(Xxcj,Yxcj)。5.如权利要求1所述的雷达测向相对系统误差修正方法，其特征在于，所述步骤3包括如下步骤：步骤3.1：采用单雷达不加权直线航迹线模型粗略估计主站雷达观测到的直线航迹线y-kzx-dz＝0，其中kz为粗略估计下的主站雷达观测到的直线航迹线的斜率，dz为粗略估计下的主站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤3.2：采用单雷达加权直线航迹线模型精确估计主站雷达观测到的直线航迹线y-khzx-dhz＝0；其中khc为精确估计下的主站雷达观测到的直线航迹线的斜率，dhc为精确估计下的主站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤3.3：通过主站雷达观测航迹线参数(khz,dhz)和首末观测点坐标确定以正北为0度，顺时针为正情况下的目标航向Khz，并将该方法定义为取点定向法；步骤3.4：采用单雷达不加权直线航迹线模型粗略估计次站雷达观测到的直线航迹线y-kcx-dc＝0；其中kc为粗略估计下的次站雷达观测到的直线航迹线的斜率，dc为粗略估计下的次站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤3.5：采用单雷达加权直线航迹线模型精确估计次站雷达观测到的直线航迹线y-khcx-dhc＝0；其中khc为精确估计下的次站雷达观测到的直线航迹线的斜率，dhc为精确估计下的次站雷达观测到的直线航迹线在x轴上的截距；步骤3.6：参照步骤3.3的取点定向法，通过次站雷达观测航迹线参数(khc,dhc)和首末观测点坐标确定以正北为0度，顺时针为正情况下...

【专利技术属性】
技术研发人员：王建涛，高效，方维华，董光波，金宏斌，陈钢，张金泽，张卫荣，冯亚军，张辉，祝琳，钟恢扶，田科钰，李静，
申请(专利权)人：中国人民解放军空军研究院战略预警研究所，
类型：发明
国别省市：北京,11