[发明专利]利用北斗一号终端进行雷达系统误差估计的方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种雷达系统误差估计方法，尤其涉及一种利用北斗一号终端进行雷达系统误差估计的方法，属于雷达校准领域。

背景技术

雷达的系统误差是测量值(包括距离、方位角、高度角)出现的固定偏移，在相当长的时间内保持相对固定，其产生的原因也多种多样。估计雷达的系统误差，并且在测量值中对它进行补偿，对提高雷达探测精度、改进多雷达数据融合的性能有重要作用。估计系统误差的过程叫做配准或校准(Registration)。

二维平面观测情况下的雷达系统误差估计方法是以最大似然法为基础，需要多次迭代才能得到最终的估计值。而且该方法对三坐标雷达系统误差的估计存在较大误差，关键的原因是它对目标位置进行了平面投影近似，当目标位置距离雷达较远时，地球曲率的影响就不能忽略了。对最大似然法可以做出各种改进，能提高系统误差的估计精度，但是它仍然存在对三坐标雷达的限制。

在基于ECEF坐标系的雷达系统误差校准方法中，假设有两部分别具有不同系统误差的雷达，如果两部雷达同时观测到了公共目标，那么利用对公共目标观测值在ECEF坐标系中的差值，可以用最小二乘法得到各自的系统误差。该方法收敛速度较慢，而且公共目标的选取难以确定。

当雷达间的时间异步时，它们相互进行系统误差估计的方法需要做适当修正。该方法以目标状态外推作为基础，给出了外推后的位置和协方差表示，从而给出了异步雷达的系统误差估计值。该方法进一步放松了误差估计时对雷达工作条件的假设。

这些估计算法都要求存在公共目标，而且对公共目标进行较长时间观测，得到足够多数量的观测样点，保证计算能最终收敛。在无任何先验知识的前提下，受单部雷达目标跟踪精确性、航迹相关算法的影响，在对系统误差进行补偿前，做出正确的航迹相关是不容易的。不能准确地判定航迹相关，也就无法确定多部雷达的公共观测目标。所以在实际应用中，雷达的配准还在采用试飞校准的方法，从试飞计划的制定到测试数据的分析，需要花很多时间和人力，测试过程相当烦琐。

北斗卫星是我国自主研发的卫星导航定位系统，其中“北斗一号”系统有三颗地球同步卫星，通过定位终端与中心站间的交互，实现局部范围内的有源定位。经过改进，“北斗一号”也可以实现被动方式定位。目前北斗已经发展到“北斗二号”，采用了与GPS相似的机制，但是还没有部署完成。“北斗一号”除了可以进行定位、授时外，还可以在北斗终端间进行短消息的发送。“北斗一号”以协调世界时(UTC)表示系统时间，该时间的授时精度可以达到20ns，其定位精度可以到20米，远小于常用警戒雷达、搜索雷达等常用传感器的测量误差，能满足雷达系统误差估计的需要。

发明内容

本发明针对背景技术中雷达系统误差估计方法存在的缺陷，而提出一种充分利用北斗一号终端的定位、授时和短消息通信能力进行雷达系统误差估计的方法。

本发明的利用北斗一号终端进行雷达系统误差估计的方法，包括如下内容：

(一)硬件设备组装

将北斗一号终端装载于飞行器上，并设定飞行器的有效位置区间、最大飞行速度和最大加速度；

将地面配准设备与雷达的目标输出接口和授时信号接口连接，地面配准设备同时还连接北斗一号接收机；

(二)信息处理

1)、放飞飞行器，北斗一号终端通过北斗卫星系统的短消息空中接口，将飞行器当前的实时位置信息发送至北斗一号接收机，北斗一号接收机将接收到的实时位置信息再发送至地面配准设备；

2)、雷达对飞行器下发的引导空域进行跟踪，并将其扫描获取的飞行器状态数据发送至地面配准设备；

3)、地面配准设备同时接收以上两种途径获得的飞行器数据信息，并根据设定的飞行器最大飞行速度和最大加速度完成公共目标的选取，利用时间戳对匹配成功的公共目标数据进行滤波，最后利用Kalman滤波器估计出雷达的系统误差。

本发明利用北斗一号终端的定位、授时和短消息通信能力，在雷达与已知飞行器间建立目标位置信息的配对关系，从而计算出雷达的系统误差。该方法不但保证了雷达系统误差估计的精确性，而且具有很强的实际可操作性，从根本上改变了现有算法存在的公共目标选取困难、耗时耗力的问题。

附图说明

图1是本发明方法的原理示意图。

图2是地面配准设备的结构示意图。

具体实施方式

本发明实施包括两部分内容：1、多途径公共目标位置信息获取方法，由北斗一号终端与飞行器组合的空中设备以及待校准雷达、北斗一号接收机与配准设备组合的地面设备来实现，两路目标位置信息同时提交给地面配准设备；2、基于Kalman滤波器的系统误差估计过程。