一种基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法技术

本发明专利技术公开一种基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法，以雷达位置作为坐标系原点建立三维坐标系，进行目标航迹规划，在PC端上选择需要映射的目标轨迹，二维平面内绘制需要映射的目标轨迹并转换为三维坐标系；然后将载荷无人机的直线飞行航迹线进行等长分割形成若干分割线，要模拟轨迹线与分割线相交得到n个交点；将所有相邻交点连线速度算出来取均值，模拟目标航迹；对目标轨迹进行拼接，然后计算载荷无人机所需飞行速度以及路径和路径长度，以及所需延时信息和径向速度，最终实现目标航迹模拟。本发明专利技术计算简单，规划方便；本发明专利技术采用载荷无人机作为搭载平台，更加有利于雷达实验训练，角度灵活，操作方便。操作方便。操作方便。

【技术实现步骤摘要】
一种基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法


[0001]本专利技术涉及雷达航迹模拟技术，具体涉及一种基于载荷无人机的雷达目标航 迹模拟方法。

技术介绍

[0002]新型雷达的性能先进、功能强大，调试科目多、任务重，与人力物力资源高 消耗的外场试验相比，雷达模拟器具有调试灵活，成本相对较低的优点，利用软 硬件对外场运动目标进行距离、速度、方位和运动轨迹的模拟，以此检验雷达对 目标的检测性能，为雷达调试提供了一个便捷高效的方法。
[0003]雷达在工作过程中，通过天线的转动不断进行扫描，当天线扫描方向上出 现目标时，经过对目标回波的处理得到目标的距离和速度信息并传送至显示界面。 现有雷达目标模拟器的功能模块可以划分为PC端、微处理器和转塔。位置固定 无法灵活的根据雷达位置做变换并且现有的目标模拟方案都是在二维平面内对 目标运动进行了建模与仿真。
[0004]然而，二维航迹建模在一定情况下并不满足实际目标的运动特性，不能在俯 仰方位上体现出目标的特点。现有三维航迹模拟技术只是在二维的基础上增加了 俯仰角的变化，并不能把三维坐标很好的关联在一起。

技术实现思路

[0005]专利技术目的：本专利技术的目的在于解决现有技术中存在的不足，提供一种基于载 荷无人机的雷达目标航迹模拟方法，本专利技术提出一种目标航迹模拟模型，计算简 单，规划方便；本专利技术采用载荷无人机作为搭载平台，更加有利于雷达实验训练， 角度灵活，操作方便。
[0006]技术方案：本专利技术的一种基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法，包括以 下步骤：
[0007]步骤(1)、PC端目标航迹规划
[0008]首先以雷达位置作为坐标系原点建立三维坐标系，以雷达为圆心且半径500 米的范围内先划定一条直线供载荷无人机飞行：由直线飞行航迹的起始点、终止 点和圆心(即雷达)确定一个第一平面，然后将第一平面延展得到第二平面，此 时载荷无人机即可在直线轨迹上通过发射信号映射第二平面内的目标航迹，所述 目标航迹包括直线目标航迹、圆弧目标航迹、圆形目标航迹、S型目标航迹或8 字型目标航迹；
[0009]步骤(2)、在PC端上选择需要映射的目标轨迹(直线目标航迹、圆弧目标 航迹、圆形目标航迹、S型目标航迹或8字型目标航迹)，由上位机给出相应的 轨迹控制点，目标航迹模拟模型采用二阶贝塞尔曲线法，从二维角度看第二平面 并在二维平面内绘制需要映射的目标轨迹，然后通过旋转坐标系将二维曲线转换 成步骤(1)中建立的三维坐标系；
[0010]然后将载荷无人机的直线飞行航迹线进行等长分割形成若干分割线，要模拟 的轨迹线与分割线相交得到n个交点；模拟轨迹速度设为v来计算每一段的飞行 时间)，因点与点之间距离密集，点与点之间的直线速度可近似为曲线速度，那 么相邻两个轨迹点之间
的飞行时间为两交点距离除以轨迹速度，那么分割后的直 线飞行航迹点与点之间的速度可表示为两点距离除以轨迹点之间的飞行时间；
[0011]接着将所有相邻交点连线速度算出来取均值，由PC端给出提前设置好的基 于均值变化的上下限(一般设置为上下浮动5m/s)；如某相邻两个交点连线的速 度超过上下限，则将这两个交点之间航线段进行标记，标记A，如某相邻两个交 点连线的速度在上下限之内浮动，则这两个交点之间的航线段进行标记，标记B； 若如标记A的段数超过总线段数三分之一，则建议用户重新设计模拟目标轨迹；
[0012]步骤(3)、先对步骤(2)模拟所得的各目标轨迹进行拼接，然后计算载荷 无人机所需飞行速度以及路径和路径长度，以及所需延时信息和径向速度，最终 实现目标航迹模拟。
[0013]进一步地，所述步骤(1)中将第一平面延展为第二平面的方法为：将圆心 与起始点的连线以及圆心与终止点的连线同时向前延展，两条延展连线以内的平 面就是延展后的第二平面。
[0014]进一步地，所述步骤(2)中通过目标航迹模拟模型得到目标航迹模拟信息 的具体方法为：
[0015]步骤1)、根据式(1)和式(2)来设置二阶贝塞尔曲线的起始点、控制点 和终止点：
[0016]x＝x0(1)*(1
‑
percent)2+2*x0(2)*percent*(1
‑
percent)+x0(3)* percent2ꢀꢀꢀꢀ
式(1)
[0017]y＝y0(1)*(1
‑
percent)2+2*y0(2)*percent*(1
‑
percent)+y0(3)* percent2ꢀꢀꢀ
式(2)
[0018]x表示步骤(2)中的二维平面的x方向的坐标值，y表示步骤(2)中的二 维平面的y方向的坐标值，x0(1)代表起始点的x轴坐标，x0(2)代表控制点的x 轴坐标，x0(3)代表终止点的x轴坐标；y0(1)代表起始点的y轴坐标，y0(2)代表 控制点的y轴坐标，y0(3)代表终止点的y轴坐标；percent代表当前飞行时间占 飞行总时长的比值；
[0019]步骤2)、根据起始点、控制点和终止点的横纵坐标和飞行时间来确定最终 目标航迹模拟的二维曲线；
[0020]步骤3)、先对y轴进行旋转，再对z轴进行旋转，坐标轴旋转方法如式(3) 和式(4)所示，Ry表示绕y轴旋转的矩阵公式，Rz表示绕z轴旋转的矩阵公 式；
[0021][0022][0023]式(3)表示y轴的旋转矩阵，thetay代表y轴需要旋转的角度；式(4)表 示z轴的旋转矩阵，thetaz代表z轴需要旋转的角度；
[0024]步骤4)、通过对二维曲线坐标[x,y,0]乘以式(5)来将将该二维平面旋转到 步骤(1)中的三维空间坐标系：
[0025]R＝Ry*Rz
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
式(5)。
[0026]进一步地，所述步骤(2)中计算每一段无人机的飞行时间t的方法：t＝s/v； s为n
个交点中两两交点之间的距离；v为模拟轨迹速度。
[0027]进一步地，所述步骤(3)中对各目标航迹均使用二阶贝塞尔曲线进行拼接， 具体方法如下：
[0028]对于直线目标航迹，将控制点设置于直线航迹的起始点和终止点连线的直线；
[0029]对于圆弧目标航迹，根据所需弧度大小将控制点设置在圆弧目标航迹的起始 点和终止点连线的直线上方或下方；
[0030]对于圆形目标航迹，使用两条圆弧目标航迹进行二阶贝塞尔曲线拼接，这两 条圆弧线使用相同的起始点和终止点，只是控制点不同；
[0031]对于S型曲线目标航迹，也是采用两条圆弧目标航迹进行二阶贝塞尔曲线拼 接，第一条的终止点是第二条的起始点；
[0032]对于8字型曲线目标航迹，使用四条圆弧目标航迹进行二阶贝塞尔曲线进行 拼接即两个圆，将起始点与终止点进行对应即可。
[0033]进一步地，所述步骤(3)中计算载荷无人机所需飞行速度以及路径和路径 长度的具体方法为：
[0034本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法，其特征在于：包括以下步骤：步骤(1)、PC端目标航迹规划首先以雷达位置作为坐标系原点建立三维坐标系，以雷达为圆心且半径500米的范围内先划定一条直线供载荷无人机飞行：由直线飞行航迹的起始点、终止点和圆心确定一个第一平面，然后将第一平面延展得到第二平面，此时载荷无人机即可在直线轨迹上通过发射信号映射第二平面内的目标航迹，所述目标航迹包括直线目标航迹、圆弧目标航迹、圆形目标航迹、S型目标航迹或8字型目标航迹；步骤(2)、在PC端上选择需要映射的目标轨迹，由上位机给出相应的轨迹控制点，目标航迹模拟模型采用二阶贝塞尔曲线法，从二维角度看第二平面并在二维平面内绘制需要映射的目标轨迹，然后通过旋转坐标系将二维曲线转换成步骤(1)中建立的三维坐标系；然后将载荷无人机的直线飞行航迹线进行等长分割形成若干分割线，要模拟的轨迹线与分割线相交得到n个交点；将模拟轨迹速度设为v来计算每一段的飞行时间，将分割后的直线飞行航迹点与点之间的速度表示为两点距离除以轨迹点之间的飞行时间；接着将所有相邻交点连线速度算出来取均值，由PC端给出提前设置好的基于均值变化的上下限；如某相邻两个交点连线的速度超过上下限，则将这两个交点之间航线段进行标记，标记A，如某相邻两个交点连线的速度在上下限之内浮动，则这两个交点之间的航线段进行标记，标记B；若如标记A的段数超过总线段数三分之一，则建议用户重新设计模拟目标轨迹；步骤(3)、先对步骤(2)模拟所得的各目标轨迹进行拼接，然后计算载荷无人机所需飞行速度以及路径和路径长度，以及所需延时信息和径向速度，最终实现目标航迹模拟。2.根据权利要求1所述的基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法，其特征在于：所述步骤(1)中将第一平面延展为第二平面的方法为：将圆心与起始点的连线以及圆心与终止点的连线同时向前延展，两条延展连线以内的平面就是延展后的第二平面。3.根据权利要求1所述的基于载荷无人机的雷达目标航迹模拟方法，其特征在于：所述步骤(2)中通过目标航迹模拟模型得到目标航迹模拟信息的具体方法为：步骤1)、根据式(1)和式(2)来设置二阶贝塞尔曲线的起始点、控制点和终止点：x＝x0(1)*(1
‑
percent)2+2*x0(2)*percent*(1
‑
percent)+x0(3)*percent2ꢀꢀꢀꢀ
式(1)y＝y0(1)*(1
‑
percent)2+2*y0(2)*percent*(1
‑
percent)+y0(3)*percent2ꢀꢀꢀꢀ
式(2)x表示步骤(2)中的二维平面的x方向的坐标值，y表示步骤(2)中的二维平面的y方向的坐标值；x0(1)代表起始点的x轴坐标，x0(2)代表控制点的x轴坐标，x0(3)代表终止点的x轴坐标；y0(1)代表起始点的y轴坐标，y0(2)代表控制点的y轴坐标，y0(3)代表终止点的y轴坐标；percent代表当前飞行时间占飞行...

【专利技术属性】
技术研发人员：李晃，李继锋，朱文明，陈铭，
申请(专利权)人：扬州宇安电子科技有限公司，
类型：发明
国别省市：