一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法及系统，基于双杆式被动雷达，该方法包括：获取接收机在水平面和竖直面上的两个运动的数据、初始位置角度以及角频率的比值；确定接收机的位置坐标，并假定点目标的位置坐标以及外辐射源的位置坐标；进而计算出外辐射源到点目标的距离、计算出t时刻点目标到接收机的距离、以及计算得t时刻信号接收机接收到的回波信号传播距离；根据外辐射源的信号频率及所述回波信号传播距离，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式；离散化接收机在一个接收周期中接收到的回波信号；构造匹配矩阵，进行三维测向，获得点目标的俯仰角和方位角。从而实现对存在高度差的多目标进行较为准确的三维空间测向。

【技术实现步骤摘要】
一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法及系统
本专利技术涉及雷达测向
，特别涉及一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法及系统。
技术介绍
目标测向是雷达探测的一个重要内容，已有的被动雷达测向系统一般是基于接收机转动平面与目标在同一个平面的假设在二维平面进行测向。在实际情况中，一般要对多目标进行测向，这些目标一般会存在高度差，所以不满足上述的接收机与目标在同一平面的前提情况。因此，基于多目标存在高度差进行三维测向，目前还没有很好的解决方法。
技术实现思路
鉴于上述问题，本专利技术提出了一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法及系统，基于双杆式被动雷达，在接收机的运动轨迹为均匀致密的网格结构时，能够对存在高度差的多目标进行较为准确的三维空间测向。本专利技术实施例提供一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，包括以下步骤：S10、获取接收机的相关参数；所述接收机的运动由水平面和竖直面上的两个运动复合而成；所述相关参数包括：两个运动的相应数据、两个运动的初始位置角度以及在三维空间上做两个运动时的角频率的比值；S20、根据所述相关参数，在同一坐标系，确定接收机的位置坐标，并假定点目标的位置坐标以及外辐射源的位置坐标；计算出所述外辐射源到所述点目标的距离；S30、根据所述接收机的位置坐标和点目标的位置坐标，计算出t时刻所述点目标到接收机的距离；S40、根据t时刻所述点目标到接收机的距离、以及所述外辐射源到所述点目标的距离，计算得t时刻信号接收机接收到的回波信号传播距离；S50、根据外辐射源的信号频率及所述回波信号传播距离，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式；S60、离散化接收机在一个接收周期中接收到的回波信号；构造匹配矩阵，进行三维测向，获得点目标的俯仰角和方位角。在一个实施例中，所述步骤S10包括：获取接收机的相关参数；所述接收机的运动由水平面和竖直面上的两个椭圆运动复合而成；假设水平面上有杆oa，a端绕着o端转动，转动轨迹为半长轴为a1半短轴为b1的第一椭圆；在竖直面上，杆ab垂直于杆oa，b端转动轨迹为半长轴为a2半短轴为b2的第二椭圆，接收机置于b端；所述相关参数包括：第一椭圆和第二椭圆的半长轴、半短轴、两个椭圆运动的初始位置角度以及在三维空间上做两个椭圆运动时的角频率的比值。在一个实施例中，所述步骤S20包括：根据所述相关参数，设t时刻接收机的位置为(x,y,z)，则有(1)式中，a1、b1分别为第一椭圆转动轨迹的半长轴和半短轴；a2、b2分别为第二椭圆转动轨迹的半长轴和半短轴；ω1、ω2分别为接收机的第一椭圆和第二椭圆运动的角频率，α0、β0分别为第一椭圆和第二椭圆运动的初始位置角度；以o点所在位置为原点、第一椭圆的半长轴为X轴、短轴为Y轴建立三维直角坐标系，第二椭圆的半长轴平行于Z轴；假设一个固定的点目标的球坐标为分别表示与接收机之间的距离、俯仰角和方位角；直角坐标为(X,Y,Z)，二者之间的关系为：假设外辐射源坐标为(xt,yt,zt)，则外辐射源到所述点目标的距离为：(3)式中RT为外辐射源到所述点目标的距离。在一个实施例中，所述步骤S30包括：基于所述点目标到所述接收机之间的距离远大于所述接收机的运动尺寸，则t时刻所述点目标到接收机的距离为：(4)式中，x(t),y(t),z(t)为t时刻接收机的位置坐标；(X,Y,Z)为点目标的位置坐标，为一个固定的点目标的球坐标。在一个实施例中，所述步骤S50包括：假设外辐射源的信号频率为f，则该信号表示为：s(t)＝exp{j2πft}(6)根据所述回波信号传播距离R(t)，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式为：上式(7)中σ为散射点的散射强度系数，C为光速，λ为信号波长。在一个实施例中，所述步骤S60包括：接收机在一个接收周期中接收到的离散化的回波信号为：上式(8)中，K为接收机一个转动周期内的采样数，Δt为采样时间间隔，Δα、Δβ分别为第一椭圆和第二椭圆运动的角度采样步长；P和H与ω1、ω2的关系：根据回波信号形式，构造下面的匹配矩阵：k＝1,2,…,K；m＝1,2,…,M；n＝1,2,…,N(9)上式(9)中，Δθ为俯仰角搜索步长，M为俯仰角搜索次数，为方位角搜索步长，N为方位角搜索次数；三维测向，进行下面操作：从上式(10)得到当同时满足m＝θ/Δθ、时，S(m,n)出现峰值K|σ|，根据峰值位置判断点目标的俯仰角θ和方位角第二方面，本专利技术实施例提供一种被动雷达复合扫描三维空间测向系统，包括：获取模块，用于获取接收机的相关参数；所述接收机的运动由水平面和竖直面上的两个运动复合而成；所述相关参数包括：两个运动的相应数据、两个运动的初始位置角度以及在三维空间上做两个运动时的角频率的比值；确定计算模块，用于根据所述相关参数，在同一坐标系，确定接收机的位置坐标，并假定点目标的位置坐标以及外辐射源的位置坐标；计算出所述外辐射源到所述点目标的距离；第一计算模块，用于根据所述接收机的位置坐标和点目标的位置坐标，计算出t时刻所述点目标到接收机的距离；第二计算模块，用于根据t时刻所述点目标到接收机的距离、以及所述外辐射源到所述点目标的距离，计算得t时刻信号接收机接收到的回波信号传播距离；第三计算模块，用于根据外辐射源的信号频率及所述回波信号传播距离，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式；测向获得模块，用于离散化接收机在一个接收周期中接收到的回波信号；构造匹配矩阵，进行三维测向，获得点目标的俯仰角和方位角。本专利技术实施例提供的上述技术方案的有益效果至少包括：本专利技术实施例提供的一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，基于双杆式被动雷达，该方法包括：获取接收机在水平面和竖直面上的两个运动的数据、初始位置角度以及角频率的比值；确定接收机的位置坐标，并假定点目标的位置坐标以及外辐射源的位置坐标；进而计算出外辐射源到点目标的距离、计算出t时刻点目标到接收机的距离、以及计算得t时刻信号接收机接收到的回波信号传播距离；根据外辐射源的信号频率及所述回波信号传播距离，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式；离散化接收机在一个接收周期中接收到的回波信号；构造匹配矩阵，进行三维测向，获得点目标的俯仰角和方位角。从而实现对存在高度差的多目标进行较为准确的三维空间测向。本专利技术的其它特征和优点将在随后的说明书中阐述，并且，部分地从说明书中变得显而易见，或者通过实施本专利技术而了解。本专利技术的目的和其他优点可通过在所写的说明书、权利要求书、以及附图中所特别指出的结构来实现和获得。下面通过附图和实施例，对本专利技术的技术方案做进一步的详细描述。附图说明附图用来提供对本专利技术的进一步理解，并且构本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，包括以下步骤：/nS10、获取接收机的相关参数；所述接收机的运动由水平面和竖直面上的两个运动复合而成；所述相关参数包括：两个运动的相应数据、两个运动的初始位置角度以及在三维空间上做两个运动时的角频率的比值；/nS20、根据所述相关参数，在同一坐标系，确定接收机的位置坐标，并假定点目标的位置坐标以及外辐射源的位置坐标；计算出所述外辐射源到所述点目标的距离；/nS30、根据所述接收机的位置坐标和点目标的位置坐标，计算出t时刻所述点目标到接收机的距离；/nS40、根据t时刻所述点目标到接收机的距离、以及所述外辐射源到所述点目标的距离，计算得t时刻信号接收机接收到的回波信号传播距离；/nS50、根据外辐射源的信号频率及所述回波信号传播距离，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式；/nS60、离散化接收机在一个接收周期中接收到的回波信号；构造匹配矩阵，进行三维测向，获得点目标的俯仰角和方位角。/n

【技术特征摘要】
1.一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，包括以下步骤：
S10、获取接收机的相关参数；所述接收机的运动由水平面和竖直面上的两个运动复合而成；所述相关参数包括：两个运动的相应数据、两个运动的初始位置角度以及在三维空间上做两个运动时的角频率的比值；
S20、根据所述相关参数，在同一坐标系，确定接收机的位置坐标，并假定点目标的位置坐标以及外辐射源的位置坐标；计算出所述外辐射源到所述点目标的距离；
S30、根据所述接收机的位置坐标和点目标的位置坐标，计算出t时刻所述点目标到接收机的距离；
S40、根据t时刻所述点目标到接收机的距离、以及所述外辐射源到所述点目标的距离，计算得t时刻信号接收机接收到的回波信号传播距离；
S50、根据外辐射源的信号频率及所述回波信号传播距离，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式；
S60、离散化接收机在一个接收周期中接收到的回波信号；构造匹配矩阵，进行三维测向，获得点目标的俯仰角和方位角。


2.如权利要求1所述的一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，所述步骤S10包括：
获取接收机的相关参数；所述接收机的运动由水平面和竖直面上的两个椭圆运动复合而成；
假设水平面上有杆oa，a端绕着o端转动，转动轨迹为半长轴为a1半短轴为b1的第一椭圆；在竖直面上，杆ab垂直于杆oa，b端转动轨迹为半长轴为a2半短轴为b2的第二椭圆，接收机置于b端；
所述相关参数包括：第一椭圆和第二椭圆的半长轴、半短轴、两个椭圆运动的初始位置角度以及在三维空间上做两个椭圆运动时的角频率的比值。


3.如权利要求2所述的一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，所述步骤S20包括：根据所述相关参数，设t时刻接收机的位置为(x,y,z)，则有



(1)式中，a1、b1分别为第一椭圆转动轨迹的半长轴和半短轴；a2、b2分别为第二椭圆转动轨迹的半长轴和半短轴；ω1、ω2分别为接收机的第一椭圆和第二椭圆运动的角频率，α0、β0分别为第一椭圆和第二椭圆运动的初始位置角度；
以o点所在位置为原点、第一椭圆的半长轴为X轴、短轴为Y轴建立三维直角坐标系，第二椭圆的半长轴平行于Z轴；
假设一个固定的点目标的球坐标为分别表示与接收机之间的距离、俯仰角和方位角；直角坐标为(X,Y,Z)，二者之间的关系为：



假设外辐射源坐标为(xt,yt,zt)，则外辐射源到所述点目标的距离为：



(3)式中RT为外辐射源到所述点目标的距离。


4.如权利要求3所述的一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，所述步骤S30包括：
基于所述点目标到所述接收机之间的距离远大于所述接收机的运动尺寸，则t时刻所述点目标到接收机的距离为：



(4)式中，x(t),y(t),z(t)为t时刻接收机的位置坐标；(X,Y,Z)为点目标的位置坐标，为一个固定的点目标的球坐标。


5.如权利要求4所述的一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，所述步骤S50包括：
假设外辐射源的信号频率为f，则该信号表示为：
s(t)＝exp{j2πft}(6)
根据所述回波信号传播距离R(t)，计算接收机接收到的点目标回波信号的表达形式为：



上式(7)中σ为散射点的散射强度系数，C为光速，λ为信号波长。


6.如权利要求5所述的一种被动雷达复合扫描三维空间测向方法，其特征在于，所述步骤S60包括：
接收机在一个接收周期中接收到的离散化的回波信号为：






上式(8)中，K为接收机一个转动周期内的采样数，Δt为采样时间间隔，Δα、Δβ分别为第一椭圆和第二椭圆运动的角度采样步长；P和H与ω1、ω2的关系：
根据回波信号形式，构造下面的匹配矩阵：
...

【专利技术属性】
技术研发人员：刘玉春，王强，王二垒，程全，朱磊，豆桂平，
申请(专利权)人：周口师范学院，
类型：发明
国别省市：河南;41