一種改進(jìn)的三坐標(biāo)雷達(dá)測(cè)高方法

劉玉杰　刁丹丹　張濤　陳新峰

摘 要： 針對(duì)三坐標(biāo)雷達(dá)雙波束測(cè)高精度低及高度突跳問題，提出四波束測(cè)高方法，該方法在滿足信號(hào)處理能力的情況下，采用四波束測(cè)量，利用回波幅度較大的兩個(gè)波束進(jìn)行仰角測(cè)量。用雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測(cè)飛實(shí)驗(yàn)，測(cè)飛結(jié)果表明，該方法可以有效地提高測(cè)高精度，改善高度突跳現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 三坐標(biāo)雷達(dá)； 比幅測(cè)高； 高度突跳； 測(cè)高精度

中圖分類號(hào)： TN958.8?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0016?02

0 引 言

相對(duì)于兩坐標(biāo)雷達(dá)而言，三坐標(biāo)雷達(dá)能同時(shí)獲得目標(biāo)方位、距離、仰角等三維坐標(biāo)參數(shù)，對(duì)目標(biāo)的定位更加準(zhǔn)確，能夠同時(shí)發(fā)現(xiàn)、錄取、跟蹤多批目標(biāo)，因而受到世界各國(guó)的高度重視。測(cè)高精度是三坐標(biāo)雷達(dá)的重要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一，目標(biāo)高度信息的精確與否直接影響到防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)所采取的火力引導(dǎo)。比幅測(cè)高技術(shù)[1?5]，尤其是雙波束比幅測(cè)高技術(shù)在當(dāng)前三坐標(biāo)雷達(dá)系統(tǒng)中被廣泛采用。在雷達(dá)對(duì)低空目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果雙波束的一個(gè)波束回波幅度誤差大，將會(huì)造成目標(biāo)高度數(shù)據(jù)突變，嚴(yán)重影響測(cè)高精度。針對(duì)此問題，文獻(xiàn)[6]對(duì)高度突跳問題進(jìn)行了研究，本文提出了一種四波束測(cè)高的方法，若接收到目標(biāo)回波的波束大于兩個(gè)，則取目標(biāo)回波數(shù)據(jù)幅度較大的兩個(gè)波束進(jìn)行比幅測(cè)高，幅度比值通過三角公式法進(jìn)行測(cè)角。應(yīng)用該方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)飛實(shí)驗(yàn)，校正系統(tǒng)誤差[7]后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法提高了測(cè)高精度，改善了目標(biāo)高度數(shù)據(jù)突變問題。

1 測(cè)高原理

2 本文方法

雙波束比幅測(cè)高技術(shù)如圖2所示，采用高波束1和低波束2，在目標(biāo)探測(cè)過程中，波束1，2順序掃過目標(biāo)，產(chǎn)生目標(biāo)回波。若目標(biāo)在當(dāng)前幀可能處于高低波束的中心位置，而在下一幀，如果低波束2被高山等因素遮擋，而目標(biāo)處于高波束1的上半沿，則低波束未接收到目標(biāo)回波，高波束接收到目標(biāo)回波。則雷達(dá)測(cè)得的目標(biāo)仰角也就發(fā)生變化，有可能出現(xiàn)高度突跳等現(xiàn)象。

針對(duì)上述問題，本文提出了四波束測(cè)高的方法，如圖3所示。在滿足信號(hào)處理處理能力的情況下，采用四波束測(cè)角，若接收到目標(biāo)回波的波束大于兩個(gè)，則取回波幅度較大的兩個(gè)波束運(yùn)用三角公式法測(cè)角。采用該方法的優(yōu)點(diǎn)是由于采用最強(qiáng)的兩個(gè)目標(biāo)回波波束進(jìn)行比幅測(cè)角，則測(cè)角精度較高，也可改善高度突跳現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用本文測(cè)高方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中采用雷達(dá)設(shè)備對(duì)無人機(jī)飛行高度進(jìn)行測(cè)試。無人機(jī)實(shí)際飛行高度采用GPS和光電經(jīng)緯儀聯(lián)合測(cè)高作為標(biāo)準(zhǔn)高度數(shù)據(jù)，采用本文測(cè)高方法進(jìn)行無人機(jī)飛行高度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見，采用本文方法測(cè)高，高度變化較為緩和，高度突變現(xiàn)象較少，而雙波束方法測(cè)高，存在嚴(yán)重的高度突變現(xiàn)象。通過計(jì)算，本文方法測(cè)高相對(duì)均方根誤差為25.7 m，雙波束方法測(cè)高相對(duì)均方根誤差為71.3 m，因此，采用本文方法可以提高測(cè)高精度。

4 結(jié) 論

本文詳細(xì)介紹了三坐標(biāo)雷達(dá)測(cè)高原理，推導(dǎo)了利用三角公式法進(jìn)行角度計(jì)算，為了改進(jìn)測(cè)高精度，本文提出了四波束測(cè)高方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠有效提高測(cè)高精度，改善高度突變現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜永強(qiáng)，黃鶴.雙波束比幅測(cè)高向系統(tǒng)性能分析[J].雷達(dá)與對(duì)抗，1998（3）：6?10.

[2] 邵余峰.高機(jī)動(dòng)三坐標(biāo)雷達(dá)比幅測(cè)高誤差分析及修正[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2007，29（4）：79?81.

[3] 崔炳福.隔波束比幅測(cè)向技術(shù)[J].電子對(duì)抗技術(shù)，1995（6）：1?8.

[4] 翟慶偉，王玉，宮兵.波束比幅測(cè)向技術(shù)研究[J].無線電通信技術(shù)，2007，33（6）：55?56.

[5] 楊春海.比幅測(cè)高誤差的自動(dòng)補(bǔ)償[J].現(xiàn)代電子，2002（2）：6?9.

[6] 林曉斌，張承志，王寶，等.三坐標(biāo)雷達(dá)目標(biāo)高度突跳問題研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（11）：22?24.

[7] 酈能敬.對(duì)空情報(bào)雷達(dá)測(cè)量精度分析[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2005，3（1）：1?10.

[8] 王雪松，李盾，王偉，等.雷達(dá)技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[9] SKOLNIK M L.雷達(dá)手冊(cè)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[10] 丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

摘 要： 針對(duì)三坐標(biāo)雷達(dá)雙波束測(cè)高精度低及高度突跳問題，提出四波束測(cè)高方法，該方法在滿足信號(hào)處理能力的情況下，采用四波束測(cè)量，利用回波幅度較大的兩個(gè)波束進(jìn)行仰角測(cè)量。用雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測(cè)飛實(shí)驗(yàn)，測(cè)飛結(jié)果表明，該方法可以有效地提高測(cè)高精度，改善高度突跳現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 三坐標(biāo)雷達(dá)； 比幅測(cè)高； 高度突跳； 測(cè)高精度

中圖分類號(hào)： TN958.8?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0016?02

0 引 言

相對(duì)于兩坐標(biāo)雷達(dá)而言，三坐標(biāo)雷達(dá)能同時(shí)獲得目標(biāo)方位、距離、仰角等三維坐標(biāo)參數(shù)，對(duì)目標(biāo)的定位更加準(zhǔn)確，能夠同時(shí)發(fā)現(xiàn)、錄取、跟蹤多批目標(biāo)，因而受到世界各國(guó)的高度重視。測(cè)高精度是三坐標(biāo)雷達(dá)的重要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一，目標(biāo)高度信息的精確與否直接影響到防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)所采取的火力引導(dǎo)。比幅測(cè)高技術(shù)[1?5]，尤其是雙波束比幅測(cè)高技術(shù)在當(dāng)前三坐標(biāo)雷達(dá)系統(tǒng)中被廣泛采用。在雷達(dá)對(duì)低空目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果雙波束的一個(gè)波束回波幅度誤差大，將會(huì)造成目標(biāo)高度數(shù)據(jù)突變，嚴(yán)重影響測(cè)高精度。針對(duì)此問題，文獻(xiàn)[6]對(duì)高度突跳問題進(jìn)行了研究，本文提出了一種四波束測(cè)高的方法，若接收到目標(biāo)回波的波束大于兩個(gè)，則取目標(biāo)回波數(shù)據(jù)幅度較大的兩個(gè)波束進(jìn)行比幅測(cè)高，幅度比值通過三角公式法進(jìn)行測(cè)角。應(yīng)用該方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)飛實(shí)驗(yàn)，校正系統(tǒng)誤差[7]后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法提高了測(cè)高精度，改善了目標(biāo)高度數(shù)據(jù)突變問題。

1 測(cè)高原理

2 本文方法

雙波束比幅測(cè)高技術(shù)如圖2所示，采用高波束1和低波束2，在目標(biāo)探測(cè)過程中，波束1，2順序掃過目標(biāo)，產(chǎn)生目標(biāo)回波。若目標(biāo)在當(dāng)前幀可能處于高低波束的中心位置，而在下一幀，如果低波束2被高山等因素遮擋，而目標(biāo)處于高波束1的上半沿，則低波束未接收到目標(biāo)回波，高波束接收到目標(biāo)回波。則雷達(dá)測(cè)得的目標(biāo)仰角也就發(fā)生變化，有可能出現(xiàn)高度突跳等現(xiàn)象。

針對(duì)上述問題，本文提出了四波束測(cè)高的方法，如圖3所示。在滿足信號(hào)處理處理能力的情況下，采用四波束測(cè)角，若接收到目標(biāo)回波的波束大于兩個(gè)，則取回波幅度較大的兩個(gè)波束運(yùn)用三角公式法測(cè)角。采用該方法的優(yōu)點(diǎn)是由于采用最強(qiáng)的兩個(gè)目標(biāo)回波波束進(jìn)行比幅測(cè)角，則測(cè)角精度較高，也可改善高度突跳現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用本文測(cè)高方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中采用雷達(dá)設(shè)備對(duì)無人機(jī)飛行高度進(jìn)行測(cè)試。無人機(jī)實(shí)際飛行高度采用GPS和光電經(jīng)緯儀聯(lián)合測(cè)高作為標(biāo)準(zhǔn)高度數(shù)據(jù)，采用本文測(cè)高方法進(jìn)行無人機(jī)飛行高度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見，采用本文方法測(cè)高，高度變化較為緩和，高度突變現(xiàn)象較少，而雙波束方法測(cè)高，存在嚴(yán)重的高度突變現(xiàn)象。通過計(jì)算，本文方法測(cè)高相對(duì)均方根誤差為25.7 m，雙波束方法測(cè)高相對(duì)均方根誤差為71.3 m，因此，采用本文方法可以提高測(cè)高精度。

4 結(jié) 論

本文詳細(xì)介紹了三坐標(biāo)雷達(dá)測(cè)高原理，推導(dǎo)了利用三角公式法進(jìn)行角度計(jì)算，為了改進(jìn)測(cè)高精度，本文提出了四波束測(cè)高方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠有效提高測(cè)高精度，改善高度突變現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜永強(qiáng)，黃鶴.雙波束比幅測(cè)高向系統(tǒng)性能分析[J].雷達(dá)與對(duì)抗，1998（3）：6?10.

[2] 邵余峰.高機(jī)動(dòng)三坐標(biāo)雷達(dá)比幅測(cè)高誤差分析及修正[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2007，29（4）：79?81.

[3] 崔炳福.隔波束比幅測(cè)向技術(shù)[J].電子對(duì)抗技術(shù)，1995（6）：1?8.

[4] 翟慶偉，王玉，宮兵.波束比幅測(cè)向技術(shù)研究[J].無線電通信技術(shù)，2007，33（6）：55?56.

[5] 楊春海.比幅測(cè)高誤差的自動(dòng)補(bǔ)償[J].現(xiàn)代電子，2002（2）：6?9.

[6] 林曉斌，張承志，王寶，等.三坐標(biāo)雷達(dá)目標(biāo)高度突跳問題研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（11）：22?24.

[7] 酈能敬.對(duì)空情報(bào)雷達(dá)測(cè)量精度分析[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2005，3（1）：1?10.

[8] 王雪松，李盾，王偉，等.雷達(dá)技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[9] SKOLNIK M L.雷達(dá)手冊(cè)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[10] 丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.

摘 要： 針對(duì)三坐標(biāo)雷達(dá)雙波束測(cè)高精度低及高度突跳問題，提出四波束測(cè)高方法，該方法在滿足信號(hào)處理能力的情況下，采用四波束測(cè)量，利用回波幅度較大的兩個(gè)波束進(jìn)行仰角測(cè)量。用雷達(dá)設(shè)備進(jìn)行實(shí)際測(cè)飛實(shí)驗(yàn)，測(cè)飛結(jié)果表明，該方法可以有效地提高測(cè)高精度，改善高度突跳現(xiàn)象。

關(guān)鍵詞： 三坐標(biāo)雷達(dá)； 比幅測(cè)高； 高度突跳； 測(cè)高精度

中圖分類號(hào)： TN958.8?34 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 1004?373X（2014）05?0016?02

0 引 言

相對(duì)于兩坐標(biāo)雷達(dá)而言，三坐標(biāo)雷達(dá)能同時(shí)獲得目標(biāo)方位、距離、仰角等三維坐標(biāo)參數(shù)，對(duì)目標(biāo)的定位更加準(zhǔn)確，能夠同時(shí)發(fā)現(xiàn)、錄取、跟蹤多批目標(biāo)，因而受到世界各國(guó)的高度重視。測(cè)高精度是三坐標(biāo)雷達(dá)的重要戰(zhàn)術(shù)指標(biāo)之一，目標(biāo)高度信息的精確與否直接影響到防空作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)所采取的火力引導(dǎo)。比幅測(cè)高技術(shù)[1?5]，尤其是雙波束比幅測(cè)高技術(shù)在當(dāng)前三坐標(biāo)雷達(dá)系統(tǒng)中被廣泛采用。在雷達(dá)對(duì)低空目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)時(shí)，如果雙波束的一個(gè)波束回波幅度誤差大，將會(huì)造成目標(biāo)高度數(shù)據(jù)突變，嚴(yán)重影響測(cè)高精度。針對(duì)此問題，文獻(xiàn)[6]對(duì)高度突跳問題進(jìn)行了研究，本文提出了一種四波束測(cè)高的方法，若接收到目標(biāo)回波的波束大于兩個(gè)，則取目標(biāo)回波數(shù)據(jù)幅度較大的兩個(gè)波束進(jìn)行比幅測(cè)高，幅度比值通過三角公式法進(jìn)行測(cè)角。應(yīng)用該方法進(jìn)行實(shí)際測(cè)飛實(shí)驗(yàn)，校正系統(tǒng)誤差[7]后，實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法提高了測(cè)高精度，改善了目標(biāo)高度數(shù)據(jù)突變問題。

1 測(cè)高原理

2 本文方法

雙波束比幅測(cè)高技術(shù)如圖2所示，采用高波束1和低波束2，在目標(biāo)探測(cè)過程中，波束1，2順序掃過目標(biāo)，產(chǎn)生目標(biāo)回波。若目標(biāo)在當(dāng)前幀可能處于高低波束的中心位置，而在下一幀，如果低波束2被高山等因素遮擋，而目標(biāo)處于高波束1的上半沿，則低波束未接收到目標(biāo)回波，高波束接收到目標(biāo)回波。則雷達(dá)測(cè)得的目標(biāo)仰角也就發(fā)生變化，有可能出現(xiàn)高度突跳等現(xiàn)象。

針對(duì)上述問題，本文提出了四波束測(cè)高的方法，如圖3所示。在滿足信號(hào)處理處理能力的情況下，采用四波束測(cè)角，若接收到目標(biāo)回波的波束大于兩個(gè)，則取回波幅度較大的兩個(gè)波束運(yùn)用三角公式法測(cè)角。采用該方法的優(yōu)點(diǎn)是由于采用最強(qiáng)的兩個(gè)目標(biāo)回波波束進(jìn)行比幅測(cè)角，則測(cè)角精度較高，也可改善高度突跳現(xiàn)象。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

采用本文測(cè)高方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中采用雷達(dá)設(shè)備對(duì)無人機(jī)飛行高度進(jìn)行測(cè)試。無人機(jī)實(shí)際飛行高度采用GPS和光電經(jīng)緯儀聯(lián)合測(cè)高作為標(biāo)準(zhǔn)高度數(shù)據(jù)，采用本文測(cè)高方法進(jìn)行無人機(jī)飛行高度測(cè)量，測(cè)量結(jié)果如圖4所示。

由圖4可見，采用本文方法測(cè)高，高度變化較為緩和，高度突變現(xiàn)象較少，而雙波束方法測(cè)高，存在嚴(yán)重的高度突變現(xiàn)象。通過計(jì)算，本文方法測(cè)高相對(duì)均方根誤差為25.7 m，雙波束方法測(cè)高相對(duì)均方根誤差為71.3 m，因此，采用本文方法可以提高測(cè)高精度。

4 結(jié) 論

本文詳細(xì)介紹了三坐標(biāo)雷達(dá)測(cè)高原理，推導(dǎo)了利用三角公式法進(jìn)行角度計(jì)算，為了改進(jìn)測(cè)高精度，本文提出了四波束測(cè)高方法。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，該方法能夠有效提高測(cè)高精度，改善高度突變現(xiàn)象。

參考文獻(xiàn)

[1] 杜永強(qiáng)，黃鶴.雙波束比幅測(cè)高向系統(tǒng)性能分析[J].雷達(dá)與對(duì)抗，1998（3）：6?10.

[2] 邵余峰.高機(jī)動(dòng)三坐標(biāo)雷達(dá)比幅測(cè)高誤差分析及修正[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2007，29（4）：79?81.

[3] 崔炳福.隔波束比幅測(cè)向技術(shù)[J].電子對(duì)抗技術(shù)，1995（6）：1?8.

[4] 翟慶偉，王玉，宮兵.波束比幅測(cè)向技術(shù)研究[J].無線電通信技術(shù)，2007，33（6）：55?56.

[5] 楊春海.比幅測(cè)高誤差的自動(dòng)補(bǔ)償[J].現(xiàn)代電子，2002（2）：6?9.

[6] 林曉斌，張承志，王寶，等.三坐標(biāo)雷達(dá)目標(biāo)高度突跳問題研究[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2013，36（11）：22?24.

[7] 酈能敬.對(duì)空情報(bào)雷達(dá)測(cè)量精度分析[J].雷達(dá)科學(xué)與技術(shù)，2005，3（1）：1?10.

[8] 王雪松，李盾，王偉，等.雷達(dá)技術(shù)與系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2009.

[9] SKOLNIK M L.雷達(dá)手冊(cè)[M].2版.北京：電子工業(yè)出版社，2003.

[10] 丁鷺飛，耿富錄.雷達(dá)原理[M].西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2002.