空对地自适应边界实时波束扫描方法技术

本发明专利技术属于相控阵雷达技术领域，具体涉及空对地自适应边界实时波束扫描方法，相控阵雷达波束的捷变能力可以实现灵活的搜索扫描策略，雷达在扫描时采取合适的搜索扫描方法设计波控角序列才能有效保证搜索捕获域较高的覆盖率和较低的漏扫率，实现快速准确的捕获目标。本发明专利技术针对空地模式下，地面搜索捕获域为特定搜索区域，在笛卡尔坐标系下建立了瞬时捕获域和搜索捕获域的数学模型，利用地面波束足迹与搜索边界的关系，实时计算下一帧波控角，实现搜索捕获域的完美覆盖，解决波束重叠率高浪费搜索时间以及漏扫范围大的问题。浪费搜索时间以及漏扫范围大的问题。浪费搜索时间以及漏扫范围大的问题。

【技术实现步骤摘要】
空对地自适应边界实时波束扫描方法


[0001]本专利技术属于相控阵雷达
，具体涉及一种空对地自适应边界实时波束扫描方法。

技术介绍

[0002]当相控阵雷达位于空中时，根据雷达和目标的位置关系，探测方式分为空对空和空对地。其中空对空搜索方式在搜索扫描设计过程中约束边界为对称的二维角度范围，根据波束宽度设计可以合理覆盖约束边界。而空对地模式的约束边界为地平面的坐标范围，直接套用空对空模式在极坐标系下根据波束宽度设计覆盖区域的方式将不适用因不同的雷达
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目标几何关系，波束在地面的投影的瞬时捕获域不同，可能会造波束重叠率高浪费搜索时间的问题。且平台运动速度较大时，设计的覆盖范围与实际覆盖范围会有出入，造成漏扫范围大的问题。
[0003]空地模式雷达平台搜索扫描常用的模式是固定下视角，雷达平台在方位向扫描，扫描线由一行转到另一行靠雷达平台的飞行来实现，在扫描过程中每行的波束个数是确定的，只能适应地面区域为矩形或正方形，难以实现圆形等其他形状约束边界的覆盖。并且俯仰向行与行之间的覆盖率是由雷达平台的运动速度决定，无法自适应调整，会造成波束重叠率高浪费搜索时间的问题。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的是解决上述问题，提供空对地自适应边界实时波束扫描方法，在笛卡尔坐标系下建立了瞬时捕获域和搜索捕获域的数学模型，利用地面波束足迹与搜索边界的关系，实时计算下一帧波控角，实现搜索捕获域的完美覆盖，解决波束重叠率高浪费搜索时间以及漏扫范围大的问题。
[0005]为实现上述目的，本专利技术提供如下技术方案：空对地自适应边界实时波束扫描方法，本方法在笛卡尔坐标系下建立瞬时捕获域和搜索域的数学模型，具体扫描步骤如下：第1步：判断每行波束X坐标是否满足在搜索范围内，满足判断条件执行步骤2~4，如果不满足终止扫描，判断公式为：式中为每行波束的X坐标，为目标的纵坐标，为半径，为椭圆长轴短端的距离；第2步：判断每行波束中心坐标是否满足判断条件，判断条件为波束中心坐标到搜索圆中心坐标的距离是否小于搜索圆径加该行对应最中间波束长轴短端距离的一个比值，判断依据为：
式中和分为对应波束中心的X坐标和Z坐标，为目标的纵坐标，为目标的横坐标，为半径，为椭圆长轴短端的距离，k为调节系数，k的取值范围为0~1；第3步：根据当前雷达平台的位置和速度预测下一帧的雷达平台的位置，根据该行与之相对应的波束中心坐标计算出波控角，打出当前波束，计算波控角前需要根据波束中心坐标和雷达平台的位置计算出视线单位矢量:式中为波束中心坐标，Pm为雷达平台的位置；经过天线—雷达平台—场景转化矩阵得到北天东坐标系下的阵面法向、方位向和俯仰向，计算出波束离轴角与旋转角，进一步可在天线坐标系下计算出波束方位角和俯仰角，方位偏离角和俯仰偏离角通过先方位后俯仰的转动方式，通过离轴角和旋转角可以推算出方位角与俯仰角的计算公式为：方位角：俯仰角：；第4步：计算下一行波束的X坐标和判断条件，计算下一行波束的X坐标，首先要计算前一行波束长轴短端的距离，再计算下一行波束的X坐标，计算公式为：
式中为雷达平台的位置，为雷达平台的X坐标，代表的是雷达平台高度，为波束中心X坐标，为俯仰向半波束宽度，为计算的波束长轴短端的距离。
[0006]与现有技术相比，本专利技术的有益效果在于：1）能够适应地面特定边界条件下的区域覆盖，相比于在斜平面下设计波束覆盖，约束条件在地面的情况，可以避免波束从斜平面到地平面投影波束形变与实际地平面约束范围不同而造成的波束浪费或覆盖不足的情况，保证搜索捕获域较高的覆盖率和较低的漏扫率，实现快速准确的捕获目标。
[0007]2）实时设计，根据当前雷达平台的位置和速度预测下一帧雷达平台的位置。由于雷达平台是运动的，雷达平台运动对俯仰向波束影响较大所以如果在波束扫描前就确定所有波控角，会造成波束覆盖效果与预先设计波束覆盖效果不符，而实时设计就可以解决这个问题。
附图说明
[0008]为了更清楚地说明本专利技术实施例技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是为了更清楚地说明本专利技术实施例或现有技术中的技术方案，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0009]图1为本专利技术雷达平台扫描示意图；图2为本专利技术波束设计场景介绍示意图；图3（a）为本专利技术波束设计场景坐标系、（b）为场景坐标系俯视图；图4为本专利技术波束扫描方法流程图；图5为本专利技术离轴角、旋转角、方位角和俯仰角示意图，（a）为北天东坐标系下波束的离轴角和旋转角示意图，（b）为天线坐标系下波束的方位角与俯仰角示意图；图6为本专利技术计算下一行波束X坐标示意图；图7为本专利技术目标到雷达平台距离为60km，高度为15km的波束覆盖图；
图8为本专利技术目标到雷达平台距离为50km，高度为15km的波束覆盖图；图9为本专利技术目标到雷达平台距离为40km，高度为15km的波束覆盖图。
具体实施方式
[0010]为了使本领域技术人员更好地理解本专利技术的技术方案能予以实施，下面结合具体实施例对本专利技术作进一步说明，但所举实施例只作为对本专利技术的说明，不作为对本专利技术的限定。
[0011]当搜索捕获域边界条件为圆域时，如图1所示为雷达平台扫描示意图，从图中可以看出在不同的几何关系下，在地面的瞬时捕获域也不相同，本专利技术可以根据当前雷达平台位置和波束中心坐标实现逐帧设计，图中OXY为地平面，椭圆ABCD和EFGH为雷达平台瞬时视场在地平面的投影，即雷达的瞬时捕获域。
[0012]如图2所示为波束设计场景图，从图3（a）所示位置开始沿箭头方向朝目标运动，定义雷达平台飞行方向为X轴，垂直地面方向为Y轴，右手定则定义Z轴方向，以搜索圆域的近端为起始，以行的方式推扫，覆盖整个圆域；图3（b）是场景坐标系俯视图，图中箭头所指方向为波束扫描方式。
[0013]如图4所示为波束扫描流程图，空对地自适应边界实时波束扫描方法，具体扫描步骤如下：第1步：判断每行波束X坐标（与图3场景坐标系中X轴相对应）是否满足在搜索范围内，满足判断条件执行步骤2~4，如果不满足终止扫描。判断第1步是为了确定在特定几何条件下俯仰向扫描几行就能覆盖搜索区域判断公式为：
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（1）式中为每行波束的X坐标，为目标的纵坐标，为半径，为椭圆长轴短端的距离；第2步：判断每行波束中心坐标是否满足判断条件。第二步判断是为了实现波束交叠，既不会造成漏扫也不会造成资源浪费，判断条件为波束中心坐标到搜索圆中心坐标的距离是否小于搜索圆径加该行对应最中间波束长轴短端距离的一个比值。这样做的原因是：随着雷达平台的移动，雷达平台到目标的距离在改变，对应的波束足迹也不相同，所以在每行波束足迹覆盖之后计算该行最中间波束长轴短端距离。这个比值需在不同几何关系下验证得到，能够实现波束足迹覆盖圆域效果较好。
[0014]判断依据为：
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（2）式中和分为对应波束中心的X坐标和Z坐标，为目标的纵坐标，为目本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.空对地自适应边界实时波束扫描方法，本方法在笛卡尔坐标系下建立瞬时捕获域和搜索域的数学模型，其特征在于，具体扫描步骤如下：第1步：判断每行波束X坐标是否满足在搜索范围内，满足判断条件执行步骤2~4，如果不满足终止扫描，判断公式为：式中为每行波束的X坐标，为目标的纵坐标，为半径，为椭圆长轴短端的距离；第2步：判断每行波束中心坐标是否满足判断条件，判断条件为波束中心坐标到搜索圆中心坐标的距离是否小于搜索圆径加该行对应最中间波束长轴短端距离的一个比值，判断依据为：式中和分为对应波束中心的X坐标和Z坐标，为目标的纵坐标，为目标的横坐标，为半径，为椭圆长轴短端的距离，k为调节系数，k的取值范围为0~1；第3步：根据当前雷达平台的位置和速度预测下一帧的雷达平台的位置，根据该行与之相对应的波束中心坐标计算出波控角，...

【专利技术属性】
技术研发人员：张洪纲，张哲，任雅丽，崔莹莹，于冲，
申请(专利权)人：理工雷科电子西安有限公司北京理工雷科雷达技术研究院有限公司，
类型：发明
国别省市：