[发明专利]一种基于MEMS的船用固态导航雷达目标检测的补偿方法

说明书

本发明公开的基于MEMS的船用固态导航雷达目标检测的补偿方法，将MEMS惯性测量单元安装于雷达的横杆天线的旋转中心上，对MEMS惯性测量单元初始化，并建立误差模型进行补正，将采集到的MEMS三轴数据转换为角速度分量；根据角速度分量计算雷达平台相对于当地水平坐标系的三轴旋转角；通过三轴旋转角以及船用固态导航雷达天线增益的主瓣分布调整横杆天线发射增益，将横杆天线发射增益及有效峰值发射功率通过卡尔曼滤波补偿到雷达输入端接收的信号的信噪比，利用恒虚警率计算检测门限电压，将截取的检测目标信号结果输出。本发明充分利用MEMS惯性测量单元的特性，可以在自身船舶起伏不定的情况下，维持船用固态导航雷达目标检测的精准性与稳定性。

技术领域

本发明涉及船用导航雷达领域，具体是一种基于MEMS的船用固态导航雷达目标检测的补偿方法。

背景技术

船用导航雷达领域极其重视目标探测的准确性与稳定性，这也是衡量船用固态导航雷达性能的一个标准。船用固态导航雷达采用全固态发射机，天线的信号发射方向为竖直方向的扇形发射，至于扇形的大小和天线的设计有关，扇形区域内为主瓣方向，扇形区域外至与天线平行的区域属于天线的旁瓣，天线的后方属于天线的背瓣。当雷达上下起伏时，天线检测目标时采用的发射功率发生相对应的变化。而在当前海洋环境中，由于大风大浪等自然因素的影响，极有可能造成自身船体(即载体)上下颠簸，使得导航雷达天线的发射波部分偏离发射角度。这种情况下会造成导航雷达天线的发射波主要增益发生变化，直接改变船用固态导航雷达接收的信噪比(SNR)。

现有的对起伏目标的检测主要是根据Swerling提出的五种Swerling模型，其中典型的文献是《Probability of Detection for Fluctuating Targets》(发表于《IRETransactions on Information Theory》，1960年4月，第六卷，269-308页)，该方法的理论是：目标的幅度是根据多个自由度的χ²概率密度函数独立变化的。但该方法只是对检测目标的起伏进行了分析，基于自身船体的起伏并没有在其中考虑，而目标起伏与自身起伏会减小信噪比，或等效降低检测概率，使得部分有用信号丢失，导致探测目标不连续，系统性能大幅下降。因此，如何估计出当前天线发射增益的变化，提高船用固态导航雷达的探测准确性及稳定性成为亟待解决的关键问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术的不足，提供一种基于MEMS的船用固态导航雷达目标检测的补偿方法，该方法首先将MEMS惯性测量单元安装于船用固态导航雷达的横杆天线的旋转中心上，对MEMS惯性测量单元初始化，并建立误差模型进行补正，将采集到的MEMS三轴数据转换为角速度分量；根据角速度分量计算雷达平台相对于载体所处的当地水平坐标系的三轴旋转角；通过三轴旋转角以及船用固态导航雷达天线增益的主瓣分布，调整横杆天线发射增益，将横杆天线发射增益及有效峰值发射功率通过卡尔曼滤波补偿到船用固态导航雷达输入端接收的信号的信噪比，利用恒虚警率计算检测门限电压V_T，最后将截取的检测目标信号结果输出。本发明充分利用MEMS惯性测量单元的特性，可以在自身船舶起伏不定的情况下，维持船用固态导航雷达目标检测的精准性与稳定性。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种基于MEMS的船用固态导航雷达目标检测的补偿方法，包含以下步骤：

步骤一：将MEMS惯性测量单元安装于船用固态导航雷达的横杆天线的旋转中心，对 MEMS惯性测量单元初始化，采集零点输出值，建立误差模型进行修正；

步骤二：将船用固态导航雷达开机，带动横杆天线和MEMS惯性测量单元旋转，采集MEMS惯性测量单元输出的载体相对于雷达平台坐标系的旋转角速度在载体坐标系上的角速度分量

步骤三：将角速度分量结合四元数Q，通过解算四阶龙格库塔法微分方程更新四元数Q，计算雷达平台相对于载体所处的当地水平坐标系的三轴旋转角；