基于徑向搜索的目力觀察隨動追蹤?

梁 潔 趙云芳 趙成斌 陳 姮

（91206部隊教研部 青島 216000）

1 引言

對空警戒雷達是國土防空的主要警戒設備，在國土防空，警戒引導方面發揮了很好的作用，特別是對遠方高空目標非常有效，但對于雷達頂空目標，由于雷達頂空盲區的限制，通常采用人工操作目力觀察設備來作為對空雷達情報的重要補充，但由于傳統觀察設備靠值班人員手工操作，存在反應速度慢、測量精度低和無法獲取空中目標距離、高度信息的致命缺陷［1～4］。在傳統目力觀察設備基礎上進行改造，通過兩臺觀察設備的異地組網，可以實現空中目標的自動跟蹤和距離高度的測定，彌補人工操作的不足［5～7］。

2 異地組網測高測距原理

通常，在搜索捕獲空中目標時，一臺目力觀察設備能夠準確獲知的參數包括目標的仰角和方位角兩項［8～9］。顯然，單憑這兩個參數無法獲得目標的距離和高度參數。而通過兩臺觀察設備的異地組網，可以實現這項功能。如圖1（a）所示，由距離為l的A站和B站兩臺觀察設備異地組網，共同捕獲了空中目標M1。圖1（b）為（a）的幾何示意圖。不妨設觀察設備A所在位置（點A）為坐標原點，連接AB為x軸，y軸垂直于x軸，xy構成水平平面，z軸為高度軸垂直于水平面xy。通過坐標平移的方法，將A、B兩站測量獲得的方位角仰角信息轉換到新建的直角坐標系中。

如圖 1（b）所示，M1H1⊥xy，∠M1AB=β1，∠H1AB=α1，∠M1BA=β2，∠H1BA=α2，AB=l，M1A為目標到設備A的距離，M1H1為目標的高度；α1、α2、β1、β2、l均為已知量。則可推得

由此，即可獲得目標的距離方位參數。

3 基于徑向搜索的隨動追蹤

在方位、仰角伺服系統正確有效工作的前提下，為達到快速準確測定目標方位、距離等參數的目的，必須確保兩臺觀察設備同步協調工作［10］。在觀察設備工作區域范圍內，以首先捕捉到目標的觀察設備為主設備，另一臺設備采用徑向搜索的方法隨動追蹤，達到快速準確定位的目標。

3.1 兩臺觀察設備的搜索角度位置關系

不妨假設首先捕捉到布標的觀察設備為A，則觀察設備B為隨動搜索設備。觀察設備A在一段時間內能夠連續追蹤目標M1，在追蹤過程中的某時刻，按照上文圖1（b）的方法建立直角坐標系，M1H1⊥xy，∠M1AB=β1，∠H1AB=α1，AB=l，α1、α2、l為已知量（α1，α2可通過由角度伺服系統測得的仰角，方位角坐標平移求得）。AM1為觀察設備A該時刻的的徑向方向，同時也是該時刻觀察設備B的搜索方向（設備B鏡軸轉動的切向方向與設備A徑向方向重合）。

可知，設備A與隨動設備B的徑向共面。如圖2所示，設Mb為設備A與隨動設備B徑向交點，MbHb⊥xy，∠M1BA=β2，∠H1BA=α2。

經推導sinα2，其中 α1、α2、β1、β2在確定的某一時刻均可由角度伺服系統測得。

3.2 隨動搜索設備的搜索方案

設?t為隨動設備進行一次角度調整的時間，?t為一個很小的單位時間，在一個?t內，調整角度的方向不變。在設備A捕捉到目標后，隨動設備B從初始位置（方位角仰角均為0）開始，每隔?t調整一次角度方向，直到目標進入設備的視鏡捕捉范圍。

不妨設 ?α2(t)為從t時刻開始，α2在 ?t內調整的角度，?β2(t)為從t時刻開始，β2在單位時間?t內調整的角度，α1(t)，α2(t)，β1(t) ，β2(t)為各角度在t時刻的值。?α2(t)，?β2(t)即為伺服系統對隨動設備在各個時刻點進行的角度調整。

則有在t+?t時刻

可以推得

式（3）中，α1(t)，α2(t)，β1(t) ，β2(t)，α1(t+?t)，β1(t+?t)均可由角度伺服系統獲得，因此，只需要確定?α2(t)的值，即可確定?β2(t)，確定各個時刻的追蹤方向，直至捕捉到目標。

若以確定的角速度調整角α2，則?α2(t)為確定值?α2，?β2(t)可由公式推得。

4 仿真

為驗證算法的有效性，采用Matlab進行仿真。

假設在初始時刻t0觀察設備A（坐標位置為（0，0，0））發現目標，觀察設備B（坐標位置為（1，0，0））隨即進入基于徑向搜索的隨動追蹤狀態。如圖3所示，x、y、z軸歸一化處理后構成直角坐標系，“*”代表各個時刻目標點所在位置，實線代表該時刻觀察設備A的徑向方向，虛線代表該時刻觀察設備B的徑向方向，“△”為兩臺設備徑向方向的交點，當“△”與“*”重合或靠近時，隨動觀察設備B追蹤捕捉目標成功。

圖3 中，設置?α2值為每間隔一個單位時間0.4s調整3°，由圖可見，經過9.6s，隨動設備B完成了追蹤捕捉。

5 結語

本文研究了目力觀察設備異地組網中，設備同步協調的問題。提出了基于徑向搜索的目力觀察隨動追蹤搜索算法，并實現了Matlab的系統仿真，在設定時間內完成了追蹤設備的目標捕捉。在非理想狀態下的追隨跟蹤和相關參數控制精度和速度的計算論證是下一步研究的內容［11～12］。

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