[发明专利]基于跟踪轨迹拟合的天线副瓣识别及其自动转主瓣方法

说明书

本发明公开一种基于轨迹拟合的天线副瓣跟踪识别及其自动转主瓣方法，首先利用天线实时闭环跟踪数据与目标理论引导数据，经中心化处理后，得到相对于理论引导的二维跟踪轨迹，然后对轨迹曲线采用圆弧最小二乘拟合的方法获得圆弧曲线的几何中心位置与几何半径参数，再由几何半径的大小判断出主副瓣，由几何中心位置得到电轴相对目标引导数据的方位与俯仰位置偏差，最后在理论引导的基础上对偏差加以修正，自动引导天线电轴对准目标，完成天线自动转主瓣跟踪。解决现有技术中副瓣识别方法的不足以及不能自动转主瓣的问题。

技术领域

本发明提出一种基于跟踪轨迹拟合的天线副瓣识别及其自动转主瓣方法，适用于航天测控、卫星通信、雷达测量等需要进行副瓣跟踪识别的相关工程领域。

背景技术

天线辐射方向图除主瓣外，还存在多个能量较小的副瓣。当天线主瓣对准目标时，接收能量最强，处于跟踪状态时，天线能够跟随目标稳定运行，而当天线副瓣对准目标时，由于其幅相特性发生了变化，天线跟踪将变得不再稳定，不仅跟踪精度下降，更多的是由于副瓣的信号能量低于主瓣，其信噪比较低，造成各种测量数据异常，有时甚至导致目标跟踪丢失。特别是副瓣中信号最强的第一副瓣，因其离主瓣最近，其信号强度较强，给副瓣跟踪识别增加了一定难度。因此，副瓣识别一直是广大工程技术人员研究的热点和难点课题。

在中国专利(CN103207389B)中，针对当前雷达天线不能采用小引导天线进行主副瓣识别以及在应用小引导天线进行主副瓣识别中存在门限设置不合理、目标信号复杂跟踪到副瓣的风险较大的问题，公开了一种基于信号幅相特性的雷达天线副瓣识别算法，根据雷达和差信号在雷达天线主瓣和副瓣时的不同幅相特性，采用支持向量机分类方法对和差信号进行分类，识别出主瓣、副瓣，解决雷达测量中的副瓣识别问题。但在实际工程中,往往一套设备存在多套接链路组合,不同组合间的和差支路幅相特性均存在不同程度的差异,需要采样大量训练样本集，时间消耗非常长，一定程度上增加了工程实现难度。另外，中国专利(CN106772466B)中针对大口径天线主瓣窄，当大动态目标或航天器失去轨道控制变得不可准确预测时，目标的搜索和捕获变得困难这一问题，公开了一种基于形状特征的目标捕获算法，该算法的核心思想是利用天线幅度方向图的特性，判断目标进入天线波瓣的轨迹来获得目标与天线电轴的相对位置，完成目标的自动捕获，可辅助完成天线副瓣识别。然而，当目标处于低仰角时受地杂波以及多径效应影响以及目标信号不稳定时，天线接收到的信号电平起伏较大，一定程度上降低了目标捕获成功率，从而影响了航天测控设备自动化运行效率。

上述现有技术，重点放在了副瓣识别功能上，对识别出副瓣如何转主瓣未提出很好的技术方案。随着我国航天事业的发展，特别是商业航天业务的不断扩展，越来越多的测控天线设备加入到航天发射与测控工程中，其设备处于自动化运行状态，研究解决目标进站受地面干扰影响信号起伏大、目标接收信号异常抖动造成目标丢失后异常重捕等情况造成天线设备副瓣跟踪问题，特别是能够在判断出副瓣跟踪时能够自动完成副瓣转主瓣跟踪，提升设备自动化运行成功率，具有非常大的工程和商业价值。

发明内容

针对上述现有技术存在的不足，本发明提供一种基于跟踪轨迹拟合的天线副瓣识别及其自动转主瓣方法，该方法实时分析天线闭环跟踪轨迹，估算出轨迹的几何参数，获得天线电轴中心位置偏差，自动引导天线电轴对准目标，完成副瓣识别与自动转主瓣跟踪。

本发明的技术方案是：一种基于跟踪轨迹拟合的天线副瓣识别及其自动转主瓣方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)实时获取一定数量的天线闭环跟踪时的方位、俯仰编码器角度以及跟踪目标的方位、俯仰理论引导角度数据；

(2)对所述的数据进行中心化、方位过零以及方位正割反补偿处理后，获得多组横向误差、纵向误差数据；并由此形成二维平面误差曲线；

(3)采用圆弧曲线拟合方法获得所述二维平面误差曲线的几何中心坐标与几何半径；