[发明专利]机载型自主式测速测高雷达系统及测速测高方法

说明书

技术领域

本发明属于无线电技术领域，具体涉及一种测速测高雷达系统，可用于对飞行载机的飞行速度和相对地面飞行高度同时进行自主式测量。

背景技术

飞行器的飞行速度和相对地面飞行高度分别是飞行器导航及飞行控制的关键参数。目前，飞行器飞行速度和相对地面飞行高度自主式测量通过机载多普勒测速雷达和机载无线电高度表雷达分别实现，即飞行器自主式测速与测高是采用两种不同类型的雷达分别独立实现的。

1.多普勒测速雷达测速

多普勒测速雷达，是一种基于多普勒效应原理实现飞行器地速或者速度矢量各个分量测量的雷达。众所周知，当电磁波发射机和接收机之间有相对运动时，接收机收到的电磁波频率与发射源的发射频率会有差异，这个差异称作多普勒频移，记为f_d。f_d与接收机和发射源之间的相对运动速度成正比，依据多普勒效应理论有以下关系式：

fd=vfc=vλ]]>

其中：v为接收机和发射源之间的相对运动速度；f为发射信号的频率；λ为发射信号的波长；c为光速。

图3是单波束配置多普勒测速雷达的基本几何关系。这个波束以角度γ朝前下方配置，斜向地面辐射电磁波，一部分射频能量被反向散射回来，设飞行器的飞行速度为W，则飞行器在波束方向的速度分量是：W cosγ。γ是飞行器速度和波束中心线之间的夹角。

对多普勒测速雷达而言，因为发射机和接收机都在飞机上以速度W移动，因此接收到的多普勒频移f_d要乘以系数2，即

fd=fc*W cosγ*2=2Wλcosγ]]>

上述公式是多普勒测速雷达测量飞行器速度的基本公式。

在实际应用中单波束配置的多普勒测速雷达很难满足地速测量的精度要求，为了实现对地速和垂向速度分量的精确测量，现在广泛应用的是“X”型四波束配置多普勒测速雷达。

如图2所示，“X”型四波束配置方法是指以一定的下压角度和倾斜角度，对应左前、右前、右后、左后空间对称地发射4个波束，这样的系统不仅能够补偿地速测量中俯仰和倾斜误差，而且可以测量飞行器的垂向速度和横向速度，从而给出飞行器的空间速度矢量。

如图2所示，设左前、右前、右后、左后对应的四个波束标记为：A、B、C、D；四个波束对应产生的多普勒频移分别标记为：f_dopA、f_dopB、f_dopC、f_dopD；飞行器在机体坐标系下对应的三轴向速度分量分别标记为航向:v_x，横向:v_y，垂向:v_z。结合图2所示几何关系和飞行器速度测量的基本公式可以得到如下频移速度方程：