艦載雷達鑒定試驗數據處理關鍵問題分析

王 琦，周 剛

（1. 92941部隊，遼寧葫蘆島 125001；2.海軍航空大學，山東煙臺 264001）

艦載雷達鑒定試驗包含雷達威力、雷達精度、雷達分辨率和抗干擾等試驗項目。試驗主要依據雷達的指標、雷達測量數據特征及具備的基本條件等，在接近實戰條件下的外場進行。試驗方法為：被鑒定的雷達與測控設備，按事先確定的位置布站，并在各自引導設備的引導下進行搜索、捕捉和跟蹤目標，在同步信號（一般為GPS）的控制下，按設計好的錄取間隔時間和數據總量，同步、連續的對目標進行測量和數據錄取，并將測得的目標瞬時數據，按制定好的數據處理方案進行處理。再根據數據處理的結果和雷達的性能指標，對雷達的威力、精度、分辨力和抗干擾性能進行評判。

1 關鍵問題梳理

從上述艦載雷達鑒定試驗過程可以看出，為了對雷達的性能作出可信度高的評判，數據處理是關鍵，只有因素考慮全面、模型建立正確，才能獲得高精度的數據，進而實現對雷達的可靠評判。

艦載雷達數據處理軟件模塊，主要分為數據預處理模塊和數據統計處理模塊，見圖1。其中，數據預處理模塊是對獲取的真值數據進行預處理，使其在精度、數據率和坐標形式上均滿足統計處理的要求，是數據統計處理模塊的基礎。

圖1 數據處理軟件模塊結構圖Fig.1 Structure diagram of data processing software module

獲取真值數據的方法較多。目前，在雷達試驗中常用到GPS 載波相位差分定位技術和雷達測控技術。下面，對這2種方式獲得的真值在進行數據處理中的關鍵問題進行分析。

GPS 載波相位差分定位技術的測量精度可以達到厘米級，是全天候測量技術，也是雷達精度試驗中真值測量系統的首選。其中，1 個GPS 設備加裝在靶標上，另1個放在艦載雷達附近（GPS坐標中心須轉換到艦載雷達天線回轉中心）。因此，可根據2個GPS測得的經度、緯度、高度，計算出靶標相對艦載雷達的方位角、俯仰角和距離。艦載雷達輸出的靶標測量值數據是已經過艦體運動參數補償的，因而也須要對GPS測得的靶標真值進行載艦橫搖、縱搖和航向的補償，再將補償后的數據進行時間插值運算，得到的結果為測量真值。該真值與艦載雷達的測量值進行數據統計運算，得出雷達是否滿足指標的結論。由上述數據分析處理可知，利用GPS作為真值最關鍵的預處理環節是空間變換、艦體運動補償、時間校準和野值剔除。

利用測控雷達作為真值測量系統，是將測控雷達測得的靶標飛行數據轉換到艦載雷達所在的坐標系進行比對，同樣須進行空間坐標變換、艦體運動參數補償及時間校準3 個預處理環節。須特別說明的是，由于目前測控雷達精度不高，其精度誤差經坐標轉換后會放大。放大后的數據精度能否滿足艦載雷達對真值的要求、是否可作為真值直接計算，還須建立精度計算模型仿真后才能確定。

本文主要針對數據處理中的空間變換、艦體運動參數補償、時間校準3個關鍵問題進行分析、建模與仿真。的目標坐標（以探測雷達中心為坐標原點的極坐標）轉換到艦載雷達回轉中心的測量坐標系下。

首先，將測控雷達的極坐標測量值轉換為各觀測站點的直角坐標：

2 數據處理模型建立

2.1 空間一致性模型

1）測控雷達到艦載雷達空間坐標轉換模型。雷達試驗中將測控雷達作為真值時，須將測控雷達探測

式（1）中：

R

、

e

、

α

分別為測控雷達測量的目標距離、方位角、俯仰角。

其次，將測控雷達的直角坐標系轉換到地球坐標系：

最后，得到在艦載武器系統測量系統坐標系下的極坐標：

2）GPS 真值到艦載雷達空間坐標轉換模型。雷達試驗中GPS作為真值時，須將其轉換到艦載雷達回轉中心的測量坐標系下。

首先，將靶標的GPS坐標轉換到地球坐標系。

式（5）中：

j

、

ω

、

h

分別為靶標的地理經度、緯度和海拔高度；

R

、

δ

、

μ

意義與式（2）相同。

后續坐標轉化方法與式（3）（4）一致。

2.2 艦體運動補償模型

艦船的運動姿態數據是由艦上平臺羅經測得的。平臺羅經測量艦船水平姿態時是按照先橫搖、再縱搖的順序進行的。因此，由GPS 大地坐標系到艦船坐標系的轉換也應該是先進行橫搖轉換，再進行縱搖轉換。由于航向角的測量也是在水平面進行的，由大地坐標系到艦船坐標系的轉換只能按照“航向—橫搖—縱搖”的順序進行轉換。

設GPS 地球坐標系的

Z

為豎軸、

X

軸為橫軸，

Y

為縱軸。

Z

軸與

X

軸、

Y

軸構成垂直面，艦船航向（艏搖）以

Z

軸為中心進行角度旋轉；艦船橫搖以

X

軸為中心進行角度旋轉；艦船縱搖以

Y

軸為中心進行角度旋轉，分別見圖2 a）、圖2 b）、圖2 c）。

圖2 艦體運動補償示意圖Fig.2 Schematic diagram of motion compensation of ship

2.3 時間校準模型

測控設備錄取時刻與周期和艦載雷達探測均不同，因而數據處理的關鍵就是將真值與測量值的數據校準到同一參考時間，即進行時間校準。

3 實例計算

開展艦載雷達鑒定試驗，以測控雷達錄取數據作為真值，開展數據處理工作。

目標在航路上飛行數分鐘，GPS錄取頻率10 Hz，共錄取2 000 組數據，艦載雷達同步測量數據200 組，艦船同步測量運動姿態數據75組。

數據處理時，首先將靶機GPS位置數據轉換成以艦船雷達回轉中心為原點的直角坐標數據。

然后，將艦船姿態測量數據75 組（航向、橫搖、縱搖）以真值時間為基準進行校準插值為2 000 組數據，將靶機直角坐標數據進行艦體運動補償后，將其轉換成極坐標。

最后，將艦載雷達200 組測量數據以真值時間為基準進行校準插值為2 000 組數據，與真值相比較再進行數據統計運算。

運算結果如圖3～7所示。

圖3 目標真值（以艦船雷達回轉中心為坐標原點）Fig.3 Target truth-value data（Origin of the coordinate is the center of ship radar rotation）

根據一次差數據，算出艦載雷達的最大誤差，與其指標相比較，該雷達指標合格。

圖4 艦船運動姿態Fig.4 Ship motion attitude

圖5 艦船姿態補償后真值數據的變化Fig.5 Change of truth-value data after ship motion attitude compensation

圖6 雷達測量數據Fig.6 Radar measurement data

圖7 真值與測量值的一次差Fig.7 Single difference between truth-value data and measured data

4 結論

本文針對艦載雷達鑒定試驗的需求，通過對試驗流程的分析，確定了影響試驗評估的數據處理環節的關鍵技術點。關鍵技術點，即艦體運動補償、時間校準、空間變換等。根據試驗的處理要求開展了建模工作。該模型考慮因素全面，處理精度高，可用于以GPS 載波相位差分定位技術或雷達測控技術等不同來源的真值數據的處理，也適用于陸基雷達鑒定試驗，對雷達鑒定試驗的結果評估工作具有重要意義和指導作用。