基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備及其方法
【專利摘要】本發(fā)明屬于一種雷達(dá)標(biāo)定設(shè)備，基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備及其方法。該雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備包括三個(gè)北斗接收機(jī)終端、艦載雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、飛行控制系統(tǒng)和解算分系統(tǒng)；三個(gè)北斗接收機(jī)終端分別是安裝在碼頭的基準(zhǔn)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站的北斗接收機(jī)一、安裝在艦艇等效位置中心的北斗接收機(jī)二和安裝在旋翼無人直升機(jī)的北斗接收機(jī)三；標(biāo)定時(shí)，通過在旋翼無人直升機(jī)和艦艇上加裝北斗設(shè)備，記錄旋翼無人直升機(jī)和艦艇物理位置變化，同時(shí)同步利用艦艇雷達(dá)錄取數(shù)據(jù)，將旋翼無人直升機(jī)上記錄的真值數(shù)據(jù)和艦艇雷達(dá)的錄取數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理分析，最終得出雷達(dá)仰角誤差值。
【專利說明】基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備及其方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于一種雷達(dá)標(biāo)定設(shè)備，特別涉及基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備及其方法，可以解決雷達(dá)仰角精度的標(biāo)定問題。
【背景技術(shù)】
[0002]目前，國內(nèi)艦載雷達(dá)標(biāo)定研究主要集中在兩坐標(biāo)雷達(dá)方向，趙馨等提出采用基于差分GPS、CCD、激光經(jīng)緯儀等技術(shù)結(jié)合的零位標(biāo)定方法，標(biāo)校系統(tǒng)的位置精度優(yōu)于50cm，角度精度優(yōu)于0.05mrad ;姚景順等提出采用GPS技術(shù)對艦載雷達(dá)進(jìn)行動(dòng)態(tài)標(biāo)定，目標(biāo)位置精度達(dá)到Im ;段靜玄等提出采用GPS RTK技術(shù)對三坐標(biāo)雷達(dá)動(dòng)態(tài)標(biāo)定法，距離標(biāo)定誤差不大于 4cm。
[0003]三坐標(biāo)雷達(dá)除了可以測定目標(biāo)的方位和距離值外，還可以測量出目標(biāo)的高度值。和所有測量裝置一樣，雷達(dá)的高度測量值會(huì)存在誤差，誤差會(huì)嚴(yán)重影響雷達(dá)的使用，需要進(jìn)行校準(zhǔn)，以確保測量數(shù)值的準(zhǔn)確。但是，國內(nèi)尚無專門的科研機(jī)構(gòu)對艦載現(xiàn)役三坐標(biāo)雷達(dá)仰角標(biāo)定方法進(jìn)行系統(tǒng)的研究，雷達(dá)仰角標(biāo)定方法主要延用建標(biāo)定塔、動(dòng)態(tài)標(biāo)定時(shí)可選的合作目標(biāo)包括軍用飛機(jī)、氣球、民航飛機(jī)、專用直升機(jī)等。采用軍用飛機(jī)的申請程序復(fù)雜，特別是針對修后的標(biāo)定，申請比較難、成本高，軍用飛機(jī)上的GPS據(jù)提取困難；采用放氣球利用氣球作為標(biāo)定目標(biāo)的優(yōu)點(diǎn)是可以檢驗(yàn)O?10000m各種高度上的探測精度，可以獲得足夠的數(shù)據(jù)，在經(jīng)濟(jì)性上使用氣球也優(yōu)于使用軍用飛機(jī)。但用氣球作為標(biāo)定目標(biāo)需要進(jìn)行航管申請，氣球放飛后一般無法回收，且也存在安全隱患。利用民航飛機(jī)的缺點(diǎn)是目標(biāo)為非合作目標(biāo)，容易出現(xiàn)掛錯(cuò)號的現(xiàn)象，由于航路不可控會(huì)導(dǎo)致數(shù)據(jù)量非常少，更重要的是民航飛機(jī)的自帶的真值定位設(shè)備精度低，達(dá)不到精度要求。
[0004]本發(fā)明以旋翼無人直升機(jī)作為實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)標(biāo)定合作目標(biāo)，掛載本套設(shè)備的便攜式雙插分實(shí)時(shí)三維坐標(biāo)位置記錄設(shè)備，對直升機(jī)航跡精確分析處理。通過時(shí)間同步設(shè)計(jì)、差分技術(shù)、錄取和處理雷達(dá)測量數(shù)據(jù)、系統(tǒng)消噪及野值剔除、數(shù)據(jù)誤差分析，最終得出雷達(dá)三維測量精度誤差。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明解決了現(xiàn)有艦載三坐標(biāo)雷達(dá)標(biāo)定方法的技術(shù)缺陷，提供了一種艦載三坐標(biāo)雷達(dá)標(biāo)定設(shè)備，能夠?qū)Πㄑ鼋窃趦?nèi)的雷達(dá)三維探測精度進(jìn)行便捷高效、安全高精度的標(biāo)定作業(yè)方法。
[0006]本發(fā)明的技術(shù)方案是:
[0007]—種基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備，包括三個(gè)北斗接收機(jī)、艦載三坐標(biāo)雷達(dá)、飛行控制系統(tǒng)和解算分系統(tǒng)，系統(tǒng)組成見圖1。三個(gè)北斗接收機(jī)終端分別是安裝在碼頭的基準(zhǔn)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站的北斗接收機(jī)一、安裝在艦艇等效位置中心的北斗接收機(jī)二和安裝在旋翼無人直升機(jī)的北斗接收機(jī)三，見圖2。艦載三坐標(biāo)雷達(dá)錄取數(shù)據(jù)，飛行控制系統(tǒng)控制旋翼無人直升機(jī)的飛行，解算分系統(tǒng)進(jìn)行真實(shí)高度數(shù)據(jù)的解算。
[0008]該三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，是通過在旋翼無人直升機(jī)和艦艇上加裝北斗設(shè)備，記錄旋翼無人直升機(jī)和艦艇物理位置變化，同時(shí)同步利用艦艇雷達(dá)錄取數(shù)據(jù)；在進(jìn)行一系列的飛行動(dòng)作之后，將旋翼無人直升機(jī)上記錄的真值數(shù)據(jù)和艦艇雷達(dá)的錄取數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理分析，最終得出雷達(dá)仰角誤差值。具體步驟如下:
[0009]1、測量真實(shí)高度數(shù)據(jù)
[0010]三臺北斗接收機(jī)同步接收4顆以上衛(wèi)星，并實(shí)時(shí)記錄原始數(shù)據(jù)。標(biāo)定結(jié)束后，按照數(shù)據(jù)處理和誤差分析流程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到艦艇和旋翼無人直升機(jī)精確的位置信息。如果北斗系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位誤差為lm，則歸算到雷達(dá)坐標(biāo)系中的方向角和仰角誤差在0.002°之內(nèi)，斜距誤差在Im之內(nèi)，高于雷達(dá)定位精度數(shù)倍。如果三坐標(biāo)雷達(dá)仰角精度為0.5°，真實(shí)高度數(shù)據(jù)設(shè)備的單點(diǎn)定位精度在5m之內(nèi)完全滿足要求，目前載波相位型北斗的單點(diǎn)精度完全可以達(dá)到，也可以不做差分處理。
[0011]2、解算真實(shí)高度數(shù)據(jù)
[0012]由于北斗的坐標(biāo)系統(tǒng)采用的是WGS-84大地坐標(biāo)，使用時(shí)必須將目標(biāo)的位置轉(zhuǎn)換到以雷達(dá)為原點(diǎn)的站心球坐標(biāo)系中，換算得到距離、方位角和仰角值。首先要將北斗測得的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間大地直角坐標(biāo)，然后將空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心直角坐標(biāo)，最后再將站心直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心球坐標(biāo)，得到距離、方位角和仰角真實(shí)高度數(shù)據(jù)。
[0013]3、時(shí)間統(tǒng)一
[0014]在動(dòng)態(tài)標(biāo)定中，必須對測量值和真實(shí)高度數(shù)據(jù)進(jìn)行時(shí)間統(tǒng)一，這是測量點(diǎn)跡與真實(shí)高度數(shù)據(jù)點(diǎn)跡比對得出誤差分析結(jié)果的前提條件。真實(shí)高度數(shù)據(jù)采用北斗設(shè)備提供，數(shù)據(jù)本身帶有UTC時(shí)間。雷達(dá)測量值錄取設(shè)備錄取位置信息采用艦艇時(shí)統(tǒng)設(shè)備的高穩(wěn)定原子鐘作為振蕩源，與真實(shí)高度數(shù)據(jù)位置信息基準(zhǔn)時(shí)間誤差小于100ms，滿足時(shí)間統(tǒng)一要求。
[0015]目前采用的標(biāo)校手段主要有建標(biāo)定塔、放氣球或者與民航ADS-B系統(tǒng)合作等方
式，但是這些方法存在很多不足，與本發(fā)明標(biāo)校手段性能比較見表:
[0016]
【權(quán)利要求】
1.一種基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備，其特征在于，該三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備包括三個(gè)北斗接收機(jī)終端、艦載三坐標(biāo)雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、飛行控制系統(tǒng)和解算分系統(tǒng)；三個(gè)北斗接收機(jī)終端分別是安裝在碼頭的基準(zhǔn)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站的北斗接收機(jī)一、安裝在艦艇等效位置中心的北斗接收機(jī)二和安裝在旋翼無人直升機(jī)的北斗接收機(jī)三；艦載三坐標(biāo)雷達(dá)錄取數(shù)據(jù)，飛行控制系統(tǒng)控制旋翼無人直升機(jī)的飛行，解算分系統(tǒng)進(jìn)行真實(shí)高度數(shù)據(jù)的解算。
2.一種基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，其特征在于， 該基于旋翼無人直升機(jī)的三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定設(shè)備包括三個(gè)北斗接收機(jī)終端、艦載雷達(dá)數(shù)據(jù)記錄設(shè)備、飛行控制系統(tǒng)和解算分系統(tǒng)；三個(gè)北斗接收機(jī)終端分別是安裝在碼頭的基準(zhǔn)點(diǎn)上作為基準(zhǔn)站的北斗接收機(jī)一、安裝在艦艇等效位置中心的北斗接收機(jī)二和安裝在旋翼無人直升機(jī)的北斗接收機(jī)三； 該三坐標(biāo)雷達(dá)高度動(dòng)態(tài)標(biāo)定方法，是通過在旋翼無人直升機(jī)和艦艇上加裝北斗設(shè)備，記錄旋翼無人直升機(jī)和艦艇物理位置變化，同時(shí)同步利用艦艇雷達(dá)錄取數(shù)據(jù)；在進(jìn)行一系列的飛行動(dòng)作之后，將旋翼無人直升機(jī)上記錄的真值數(shù)據(jù)和艦艇雷達(dá)的錄取數(shù)據(jù)進(jìn)行誤差處理分析，最終得出雷達(dá)仰角誤差值；具體步驟如下: . 1、測量真實(shí)高度數(shù)據(jù):三臺北斗接收機(jī)同步接收4顆以上衛(wèi)星，并實(shí)時(shí)記錄原始數(shù)據(jù)。標(biāo)定結(jié)束后，按照數(shù)據(jù)處理和誤差分析流程進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，得到艦艇和旋翼無人直升機(jī)精確的位置信息；如果北斗系統(tǒng)實(shí)時(shí)定位誤差為lm，則歸算到雷達(dá)坐標(biāo)系中的方向角和仰角誤差在0.002°之內(nèi)，斜距誤差在Im之內(nèi)，高于雷達(dá)定位精度數(shù)倍；如果三坐標(biāo)雷達(dá)仰角精度為0.5°，真實(shí)高度數(shù)據(jù)設(shè)備的單點(diǎn)定位精度在5m之內(nèi)完全滿足要求； .2、解算真實(shí)高度數(shù)據(jù):北斗的坐標(biāo)系統(tǒng)采用的是WGS-84大地坐標(biāo)，使用時(shí)必須將目標(biāo)的位置轉(zhuǎn)換到以雷達(dá)為原點(diǎn)的站心球坐標(biāo)系中，換算得到距離、方位角和仰角值；首先要將北斗測得的大地坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為空間大地直角坐標(biāo)，然后將空間直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心直角坐標(biāo)，最后再將站心直角坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為站心球坐標(biāo)，得到距離、方位角和仰角真實(shí)高度數(shù)據(jù)。 . 3、時(shí)間統(tǒng)一:真實(shí)高度數(shù)據(jù)采用北斗設(shè)備提供，數(shù)據(jù)本身帶有UTC時(shí)間；雷達(dá)測量值錄取設(shè)備錄取位置信息采用艦艇時(shí)統(tǒng)設(shè)備的高穩(wěn)定原子鐘作為振蕩源，與真實(shí)高度數(shù)據(jù)位置信息基準(zhǔn)時(shí)間誤差小于100ms,滿足時(shí)間統(tǒng)一要求。
【文檔編號】G01S7/40GK103901413SQ201410151684
【公開日】2014年7月2日 申請日期:2014年4月15日 優(yōu)先權(quán)日:2014年4月15日
【發(fā)明者】劉冬利, 程占昕, 譚安勝, 楊輝, 伊柏棟 申請人:海軍大連艦艇學(xué)院