一种两维相控阵雷达搜索及跟踪模式方位俯仰配置方案制造技术

本发明专利技术提出了一种两维相控阵雷达搜索及跟踪模式方位俯仰配置方案，适用于脉冲多普勒体制雷达。详细步骤为：首先，根据雷达扫描范围算出雷达坐标系下方位和俯仰波束数量及波束中心的角度理论值，写入表格；然后进行坐标系转换；接着，将角度以0.1

【技术实现步骤摘要】
一种两维相控阵雷达搜索及跟踪模式方位俯仰配置方案


[0001]本专利技术属于两维相控阵雷达领域。

技术介绍

[0002]如何快速地扫描出无人机、人、车等目标并且完成波束指向及方位俯仰和差配置是当前反无人机雷达的研究热点。对于雷达上位机而言，快速完成方位俯仰配置的关键是提高搜索及跟踪模式的方位俯仰配置角度运算速度。
[0003]通常情况下，雷达方位和俯仰配置流程为，FPGA将方位俯仰扇区号传给上位机，上位机计算出方位角和俯仰角后回传给FPGA，再由FPGA将其上传给波控，最后波控将雷达坐标系下的方位俯仰角转换为阵面坐标系的角度，再回传给上位机进行验证。显然，由于搜索模式波束固定，这样的配置流程造成重复运算，降低了效率；另外，忽视了波控步进的角度值，造成了理论值和实际配置值之间的偏差。
[0004]经查找，本专利技术暂无相关类似专利。

技术实现思路

[0005]针对当前情况的不足，本专利技术采用搜索模式查表，跟踪模式由上位机进行波控配置角度和实时方位俯仰角度转换的方法。本专利技术一方面解决了搜索模式下每个方位俯仰角独立的和差参数配置问题，减少了重复运算，提高了精度和实时处理速度，降低了时间复杂度；另一方面考虑了波控0.1
°
的精度，避免了因理论配置值和实际配置值不同导致的波束中心角度偏差，提高了雷达的探测精度。
[0006]本专利技术提出了一种两维相控阵雷达搜索及跟踪模式方位俯仰配置方案，主要步骤如下：
[0007]步骤1.根据雷达方位和俯仰的波束宽度及需求的扫描范围算出雷达坐标系下需要的方位和俯仰波束的数量及每个波束的波束中心的方位俯仰角度理论值，生成雷达坐标系下的理论方位俯仰角度表。
[0008]步骤2.将雷达坐标系下各波束的方位和俯仰波束中心角度的理论值转换为阵面坐标系的方位俯仰理论配置角度，得到阵面坐标系下的理论方位俯仰角度表。
[0009]步骤3.由于波控的角度步进0.1
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，所以将各波束中心的理论配置角度以0.1
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四舍五入，得到各波束中心的实际配置值，生成阵面坐标系下的实际方位俯仰角度表，并写入FPGA的ROM中。
[0010]步骤4.将阵面坐标系下的各波束中心的实际配置值转换到雷达坐标系下对应的方位和俯仰角，生成雷达坐标系下的实际方位和俯仰角度表，并写入和差配置文件中。并在搜索模式时，FPGA根据方位俯仰波束下标读取配置角度表中的方位和俯仰配置角，待信号处理完成后给上位机回传对应的方位和俯仰波束下标，上位机根据方位和俯仰波束下标从和差配置文件中读取对应下标位置的方位和俯仰的波束中心角度；在跟踪模式时，上位机根据目标航迹在雷达坐标系下的方位和俯仰角，计算得到阵面坐标系下的方位和俯仰的配
置角，并0.1
°
四舍五入后的配置给FPGA；FPGA在信号处理完成后，回传阵面坐标系下的配置角度给上位机，上位机将阵面坐标系下的方位和俯仰的配置角度转换为雷达坐标系下对应的的方位角和俯仰角。
[0011]步骤2所述的坐标系转换，其计算公式为：
[0012][0013]式中，目标位置用笛卡尔坐标系向量表示为：其在Oxyz坐标系中的距离方位俯仰分别为R，θ。假设天线回传的方位角和俯仰角分别为Φ，Θ，天线的方位角Φ是目标向量终点所在的竖直平面上，跟原点连线长度为R的圆跟xOy平面的交点；天线的俯仰角Θ是目标向量终点所在的水平平面上，跟原点连线长度为R的圆跟xOz平面的交点，此时
[0014][0015]步骤2所述的雷达坐标系转换为阵面坐标系，其转换方法为：
[0016]假设雷达坐标系为Oxyz，阵面坐标系Ox
′
y
′
z
′
由Oxyz绕y轴旋转了T度得到。目标在雷达坐标系中的距离方位俯仰分别为R，A，E，三维坐标为在阵面坐标系中的三维坐标为(x
′
，y
′
，z
′
)，则天线阵面坐标系的方位俯仰可分别计算为：
[0017][0018][0019]步骤4所述的阵面坐标系转换为雷达坐标系，其转换方法为：
[0020]假设已知目标在阵面坐标系中的回传的天线方位角和俯仰角分别为Φ，Θ，需要得到目标在雷达坐标系的方位俯仰，此时可以以Ox
′
y
′
z
′
为基准坐标系，Oxyz由Ox
′
y
′
z
′
，绕y轴旋转
‑
T度得到，目标在阵面坐标系中的距离、回传的天线方位角和俯仰角分别为R，Φ，Θ，三维坐标为在雷达坐标系中的方位俯仰分别为A，E，三维坐标为(x，y，z)，则雷达坐标系的方位俯仰可分别计算为：
[0021][0022][0023]步骤4所述的和差配置文件包括以下信息：
[0024]α1k1X1Y1σ1γ1α2k2X2Y2σ2γ2[0025]表中，α1为方位波束中心角度，k1为方位向和差斜率，X1为方位向和差偏移角为负
的相位下界，Y1为方位向和差偏移角为负的相位上界，σ1为方位向和差的最大偏移角，γ1为方位向和差过滤的比例，α2为俯仰波束中心角度，k2为俯仰向和差斜率，X2为俯仰向和差偏移角为负的相位下界，Y2为俯仰向和差偏移角为负的相位上界，σ2为俯仰向和差的最大偏移角，γ2为俯仰向和差过滤的比例。
附图说明
[0026]图1是搜索模式时方位俯仰配置方案流程图；
[0027]图2是雷达坐标系和天线阵面坐标系模拟图；
具体实施方式
[0028]本专利技术提出了一种两维相控阵雷达搜索及跟踪模式方位俯仰配置方案，主要步骤如下：
[0029]步骤1.根据雷达方位和俯仰的波束宽度及需求的扫描范围算出雷达坐标系下需要的方位和俯仰波束的数量及每个波束的波束中心的方位俯仰角度理论值，生成雷达坐标系下的理论方位俯仰角度表。
[0030]步骤2.将雷达坐标系下各波束的方位和俯仰波束中心角度的理论值转换为阵面坐标系的方位俯仰理论配置角度，得到阵面坐标系下的理论方位俯仰角度表。
[0031]步骤3.由于波控的角度步进0.1
°
，所以将各波束中心的理论配置角度以0.1
°
四舍五入，得到各波束中心的实际配置值，生成阵面坐标系下的实际方位俯仰角度表，并写入FPGA的ROM中。
[0032]步骤4.将阵面坐标系下的各波束中心的实际配置值转换到雷达坐标系下对应的方位和俯仰角，生成雷达坐标系下的实际方位和俯仰角度表，并写入和差配置文件中。并在搜索模式时，FPGA根据方位俯仰波束下标读取配置角度表中的方位和俯仰配置角，待信号处理完成后给上位机回传对应的方位和俯仰波束下标，上位机根据方位和俯仰波束下标从和差配置文件中读取对应下标位置的方位和俯仰的波束中心角度；在跟踪模式时，上位机根据目标航迹在雷达坐标系下的方位和俯仰角，计算得到阵面坐标系下的方位和俯仰的配置角，并0.1...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
表中，α1为方位波束中心角度，k1为方位向和差斜率，X1为方位向和差偏移角为负的相位下界，Y1为方位向和差偏移角为负的相位上界，σ1为方位向和差的最大偏移角，γ1为方位向和差过滤的比例，α2...

【专利技术属性】
技术研发人员：梁沛涵，黄谦德，李洪涛，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：