[發明專利]地基雷達與移動平臺雷達的時空配準方法

有效

• 申請號: 201310284129.5
• 申請日: 2013-07-08
• 公開（公告）號: CN103364767A
• 公開（公告）日: 2013-10-23
• 發明（設計）人: 左燕;薛安克;劉建豐;彭冬亮;谷雨;申屠晗
• 申請（專利權）人: 杭州電子科技大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 杭州求是專利事務所有限公司 33200
• 代理人: 杜軍

技術領域

本發明屬于雷達組網系統誤差配準技術領域，具體涉及一種地基雷達與具有平臺姿態角偏差的空中移動雷達的時空配準方法。

背景技術

地基雷達和空中移動平臺雷達是一種典型的雷達組網模式。通過將地基雷達與空中移動雷達聯結成一個組網系統可以實現優勢互補、信息共享，獲得比單部雷達更好的性能。在融合中心融合過程中，來自地基雷達和空基雷達的數據通常要轉換到相同的時空參考坐標系中。由于各雷達系統誤差以及平臺姿態角偏差的存在，直接進行融合，往往使得雷達組網的性能不如單部雷達。而且，各雷達對同一目標的量測時刻往往是異步的，所以融合前需將不同步的信息通過時間配準同步到融合時刻。時空配準是發揮空地雷達組網優勢的前提。

目前，關于地基雷達與具有平臺姿態角偏差的移動雷達組網的配準技術研究相對較少。Dela?Cruz提出了一種兩步系統誤差估計方法，首先，在不考慮平臺姿態角偏差影響情況下，用卡爾曼濾波技術估計各雷達的系統誤差。然后，用卡爾曼濾波器對系統誤差補償后的雷達量測進行濾波得到姿態角偏差估計。但該方法沒有考慮雷達系統誤差和平臺姿態角誤差的耦合影響。Helmick利用卡爾曼濾波技術實現了雷達系統誤差和姿態角誤差的同時估計，但該方法要求組網中各雷達之間的距離較近。以上兩種算法都只能估計相對系統誤差，而且都假設雷達的量測是同步的，沒有考慮時間配準問題。

發明內容

本發明針對現有技術的不足，提供一種地基雷達與移動平臺雷達的時空配準方法。

本發明方法的具體步驟是：

步驟(1).將所有時刻雷達i（i=1地基雷達,i=2移動平臺雷達）對目標的量測、雷達的地理坐標以及平臺姿態角量測上報融合中心。

步驟(2).將各雷達對目標的本地量測轉換到地心地固坐標系，具體是：

a.將雷達極坐標量測轉換到直角坐標系，得到雷達i的量測在直角坐標系下的值???????????????????????????????????????????????。其中,k=1,2,3…為量測時刻。

b.將量測由雷達直角坐標系轉換到平臺東北天(ENU)坐標系，轉換公式為：

其中，為k時刻雷達i量測在平臺東北天坐標系下的值，為坐標旋轉矩陣。

c.將平臺東北天(ENU)坐標系下的量測轉換到地心地固(ECEF)坐標系下，轉換公式為：

其中，為平臺的地心地固坐標，為平臺ENU坐標系到與ECEF坐標系平行坐標系的轉換矩陣。

步驟(3).時間配準，利用內插外推法將高采樣頻率的雷達量測同步到低采樣頻率的時間點上，假設地基雷達的采樣頻率較高，則移動平臺雷達的采樣時刻t即為配準時刻，計算得到t時刻地基雷達偽量測值?。

步驟(4).獲得等效偽量測方程。

首先，在ECEF坐標系下，將雷達1的偽量測與雷達2的量測相減，得到t時刻的等效偽量測方程：

其次，在系統誤差、姿態角誤差以及隨機誤差為0處對進行一階泰勒展開，得：

其中，為t時刻兩部雷達對同一目標無誤差量測在ECEF坐標系中的差值。為各系統偏差和移動平臺姿態角偏差向量，為雷達隨機量測噪聲向量，和分別為相對于和在和處的Jacobian矩陣。

則t時刻線性化的等效量測方程為：

其中，，，。

當獲得N個時刻的量測數據后，可得：

其中，，，。

步驟(5).根據廣義最小二乘原理可得雷達組網的系統誤差和平臺姿態角偏差估計為：

其中，。

步驟(6).用估計的系統誤差和平臺姿態角偏差估計對各雷達的系統誤差和平臺姿態角偏差進行補償，實現雷達組網的時空配準。

本發明方法的有益效果：

1.通過合理的數學建模，獲得了各雷達的絕對系統誤差估計，且本方法適用于雷達之間相距較遠的情況，更加符合實際。

2.考慮了地基雷達與移動平臺雷達時間配準，適用于各雷達量測數據時間不同步的情況。

具體實施方式

步驟(1).將所有時刻雷達i（i=1地基雷達,i=2移動平臺雷達）對目標的量測：斜距，方位角，俯仰角和雷達的地理坐標：緯度，經度，高度以及平臺姿態角量測：偏航角，橫滾角，縱搖角上報融合中心。

步驟(2).將各雷達對目標的本地量測轉換到地心地固坐標系，具體是：

a.將雷達極坐標量測轉換到直角坐標系，轉換公式為：