分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度方法及波束调度系统

技术领域

本发明涉及雷达波束调度技术领域，具体地涉及一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度方法及波束调度系统。

背景技术

传统的探测雷达大多都是自发自收工作，微小的方位及仰角上的测量误差反映在较远空间距离上，就是较大的距离变化。目前信号处理系统对于回波处理上的优化算法研究已基本处于瓶颈，如何更进一步的提升雷达的测量精度已成为热门话题。理论上对同一个目标，系统里观察者的数量越多，那么其最终观察精度越高，因此多站协同工作也成为一个提升系统测量精度的可行的方向之一。基于上述，一发多收的多站分布式测量雷达应运而生。

一个传统相控阵雷达系统包含多个分系统，例如微波、显示、波束形成、回波处理、数据处理和波束调度等。而多站分布式的雷达系统包括多套微波、显示、波束形成、回波处理、数据处理和波束调度等，它和传统的相控阵雷达的区别在于，多站分布式系统只有一套雷达微波组件同时具有发射和接收功能，其他雷达的微波组件只具备接收功能。而传统的相控阵雷达系统在波束调度方向都是直接生成并发送自身雷达的时序及控制信息，不适合多站分布式的雷达波束调度系统。

发明内容

本发明实施例的目的是提供一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度方法及波束调度系统，解决了多站下的每个雷达接收时序同步和目标位置统一等问题。

为了实现上述目的，本发明实施例提供一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度方法，所述调度方法包括：

获取各个副站的天线方位角俯仰信息以及雷达站址信息，以得到地心坐标转换矩阵、站心坐标转换矩阵以及阵面坐标转换矩阵；

获取主站TRK的调度请求；

将所述调度请求的主站目标RAE坐标根据所述阵面坐标转换矩阵转换阵面坐标；

所述主站目标RAE坐标根据所述地心坐标转换矩阵转换为地心坐标；

将所述地心坐标发送至各个副站进行观测；

获取每个所述副站反馈观测信息，并根据时序信号整合每个所述观测信息，以得到目标的观测数据。

可选地，主站与各个副站的脉冲时序相同。

可选地，获取各个副站的天线方位角俯仰信息以及雷达站址信息，以得到地心坐标转换矩阵、站心坐标转换矩阵以及阵面坐标转换矩阵，包括：

根据公式(1)至(4)确定主站雷达XYZ坐标，

X

Y

Z

其中，X

可选地，将所述调度请求的主站目标RAE根据所述阵面坐标转换矩阵转换阵面坐标，包括：

根据公式(5)至(12)获取主站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值A

根据公式(13)获取所述主站目标在所述阵面RAE坐标系下的一个坐标值R

R

根据公式(14)获取所述主站目标在所述阵面RAE坐标系下的一个坐标值E

其中，R为所述主站目标在RAE坐标系下的斜距，A为所述主站目标在所述RAE坐标系下的方位角，E为所述主站目标在所述RAE坐标系下的俯仰角，antA、antE分别为主站雷达天线两个方位的俯仰角，A

可选地，所述主站目标RAE坐标根据所述地心坐标转换矩阵转换为地心坐标，包括：

根据公式(15)将所述主站目标RAE坐标转换为所述主站目标ENU坐标，

其中，R为所述主站目标在RAE坐标系下的斜距，A为所述主站目标在所述RAE坐标系下的方位角，E为所述主站目标在所述RAE坐标系下的俯仰角，E

根据公式(16)至(17)将所述主站目标ENU坐标转换为目标地心XYZ坐标，

其中，Lati为所述主站雷达经度，Long为所述主站雷达纬度，X

可选地，获取每个所述副站反馈观测信息，并根据时序信号整合每个所述观测信息，以得到目标的观测数据，包括：

根据公式(18)至(19)将所述目标地心XYZ坐标转换为副站目标ENU坐标，

其中，lati为副站雷达经度，long为所述副站雷达纬度，X

根据公式(20)将所述副站目标ENU坐标转换为副站目标RAE坐标，

其中，r为所述副站目标在所述RAE坐标系下的斜距，a为所述副站目标在所述RAE坐标系下的方位角，e为所述副站目标在所述RAE坐标系下的俯仰角，e

根据公式(21)至(28)获取所述副站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值a

根据公式(29)获取所述副站目标在所述阵面RAE坐标系下的一个坐标值r

r

根据公式(30)获取所述副站目标在所述阵面RAE坐标系下的一个坐标值e

其中，r为所述副站目标在所述RAE坐标系下的斜距，a为所述副站目标在所述RAE坐标系下的方位角，e为所述副站目标在所述RAE坐标系下的俯仰角，antA、antE分别为副站雷达天线两个方位的俯仰角，a

另一方面，本发明提供一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度系统，所述波束调度系统包括主站雷达、多个副站雷达以及地面站，所述主站雷达、多个副站雷达以及地面站相互连接，用于执行如上述任一所述的波束调度方法。

通过上述技术方案，本发明提供一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度方法及波束调度系统，通过获取主站TRK的调度请求，将主站目标RAE坐标分别转换为阵面坐标和目标地心XYZ坐标，其中，阵面坐标用于主站的波束编排，再将目标地心XYZ坐标转换为副站目标RAE坐标再转为阵面坐标，用于副站的波束编排。与现有技术相比，本发明采用时序同步处理确定了脉冲信息的基准，使得主副站在统一的基准下进行波束发射和接收。同时，主站管理所有雷达的控制信息使得系统在同一个控制信号的控制下，避免了多个信号控制需要同步的问题。

本发明实施例的其它特征和优点将在随后的具体实施方式部分予以详细说明。

附图说明

附图是用来提供对本发明实施例的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与下面的具体实施方式一起用于解释本发明实施例，但并不构成对本发明实施例的限制。在附图中：

图1是根据本发明的一个实施方式的波束调度方法的流程图；

图2是根据本发明的一个实施方式的主站目标RAE坐标转换为阵面REA坐标的流程图；

图3是根据本发明的一个实施方式的主站目标RAE坐标转换为目标地心XYZ坐标的流程图；

图4是根据本发明的一个实施方式的目标地心XYZ坐标转换为副站目标阵面RAE坐标的流程图；

图5是根据本发明的一个实施方式的雷达布站的示意图；

图6是根据本发明的一个实施方式的时频控制的流程图；

图7是根据本发明的一个实施方式的波束控制信息传递的流程图；

图8是根据本发明的一个实施方式的任务管理形成模块波束控制信号的流程图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明实施例的具体实施方式进行详细说明。应当理解的是，此处所描述的具体实施方式仅用于说明和解释本发明实施例，并不用于限制本发明实施例。

图1是根据本发明的一个实施方式的波束调度方法的流程图。在图1中，该波束调度方法可以包括以下步骤：

在步骤S10中，获取各个副站的天线方位角俯仰信息以及雷达站址信息，以得到地心坐标转换矩阵、站心坐标转换矩阵以及阵面坐标转换矩阵。对于雷达的数量，可以是本领域人员所知的多个，在本发明的一个示例中，如图5所示，雷达的数量可以为四个，包括一副主雷达和三个副雷达。主副站间距30Km以上，通过光纤通信，主站用来发射和接收电磁波，副站仅用于接收电磁波。

在步骤S20中，获取主站TRK的调度请求。其中，在日常情况下，主站雷达处于搜索模式，当搜索到目标后，主站数据处理模块会向主站任务管理模块发送站TRK的调度请求。

在步骤S30中，将调度请求的主站目标RAE坐标根据阵面坐标转换矩阵转换阵面坐标。

在步骤S40中，主站目标RAE坐标根据地心坐标转换矩阵转换为地心坐标。

在步骤S50中，将地心坐标发送至各个副站进行观测。具体地，如图6、图7和图8所示，主站数据处理模块获取主站TRK的调度请求后，会根据当前搜索到的目标的位置信息形成主副站的波束控制信号，并发送给主站波束形成模块，再由主站波束形成模块向各副站直接传递波束控制信息。

在步骤S60中，获取每个副站反馈观测信息，并根据时序信号整合每个观测信息，以得到目标的观测数据。

在本发明的一个实施方式中，为了保证数据的同步传输，需实现主站副站的脉冲时序统一。对于需要统一的信息，可以为本领域人员所知的多种，在本发明的一个示例中，具体地，可以包括统一波束控制信息和脉冲信号信息。

在本发明的一个实施方式中，在获取各个副站的天线方位角俯仰信息以及雷达站址信息后，还需对该信息进行处理，对于该信息的处理方式，可以是本领域人员所知的多种，在本发明的一个示例中，具体地，可以是根据公式(1)至(4)确定主站雷达XYZ坐标，

X

Y

Z

其中，X

在本发明的一个实施方式中，对于主站波束的编排方式，可以是本领域人员所知的多种，在本发明的一个示例中，可以将调度请求的主站目标RAE根据阵面坐标转换矩阵转换阵面坐标，用于主站的波束编排，具体的步骤可以如图2所示。具体地，在图2中，该波束调度的方法可以包括：

在步骤S31中，根据公式(5)至(12)获取主站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值A

其中，ELSE表示除公式(8)至(11)以外的所有情况。

在步骤S32中，根据公式(13)获取主站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值R

R

在步骤S33中，根据公式(14)获取主站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值E

其中，R为主站目标在RAE坐标系下的斜距，A为主站目标在RAE坐标系下的方位角，E为主站目标在RAE坐标系下的俯仰角，antA、antE分别为主站雷达天线两个方位的俯仰角，A

在本发明的一个实施方式中，对于主站传递目标位置信息的方式，可以是本领域人员所知的多种，在本发明的一个示例中，可以将主站目标RAE坐标根据地心坐标转换矩阵转换为地心坐标。具体地，如图3所示，可以包括以下步骤：

在步骤S41中，根据公式(15)将主站目标RAE坐标转换为主站目标ENU坐标，

其中，R为主站目标在RAE坐标系下的斜距，A为主站目标在RAE坐标系下的方位角，E为主站目标在RAE坐标系下的俯仰角，E

在步骤S42中，根据公式(16)至(17)将主站目标ENU坐标转换为目标地心XYZ坐标，

其中，lati为主站雷达经度，Long为主站雷达纬度，X

在本发明的一个实施方式中，对于副站波束的编排方式，可以是本领域人员所知的多种，在本发明的一个示例中，获取每个副站反馈观测信息，并根据时序信号整合每个观测信息，以得到目标的观测数据。目标地心XYZ坐标转化为各副站目标RAE坐标，并最终转换为副站目标阵面RAE坐标，用于副站的波束编排。具体地，如图4所示，可以包括以下步骤：

在步骤S61中，根据公式(18)至(19)将目标地心XYZ坐标转换为副站目标ENU坐标，

其中，lati为副站雷达经度，long为副站雷达纬度，X

根据公式(20)将副站目标ENU坐标转换为副站目标RAE坐标，

其中，r为副站目标在RAE坐标系下的斜距，a为副站目标在RAE坐标系下的方位角，e为副站目标在RAE坐标系下的俯仰角，e

根据公式(21)至(28)获取副站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值a

其中，ELSE表示除公式(24)至(27)以外的所有情况。

在步骤S64中，根据公式(29)获取副站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值r

r

在步骤S65中，根据公式(30)获取副站目标在阵面RAE坐标系下的一个坐标值e

其中，r为副站目标在RAE坐标系下的斜距，a为副站目标在RAE坐标系下的方位角，antA、antE分别为副站雷达天线两个方位的俯仰角，a

另一方面，本发明提供一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度系统，其特征在于，波束调度系统包括主站雷达、多个副站雷达以及地面站，主站雷达、多个副站雷达以及地面站相互连接，用于执行如上述任一的波束调度方法。

通过上述技术方案，本发明提供一种分布式高精度相控阵测量雷达的波束调度方法及波束调度系统，通过获取主站TRK的调度请求，将主站目标RAE坐标分别转换为阵面坐标和目标地心XYZ坐标，其中，阵面坐标用于主站的波束编排，再将目标地心XYZ坐标转换为副站目标RAE坐标再转为阵面坐标，用于副站的波束编排。与现有技术相比，本发明采用时序同步处理确定了脉冲信息的基准，使得主副站在统一的基准下进行波束发射和接收。同时，主站管理所有雷达的控制信息使得系统在同一个控制信号的控制下，避免了多个信号控制需要同步的问题。

以上结合附图详细描述了本发明例的可选实施方式，但是，本发明实施方式并不限于上述实施方式中的具体细节，在本发明实施方式的技术构思范围内，可以对本发明实施方式的技术方案进行多种简单变型，这些简单变型均属于本发明实施方式的保护范围。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明实施方式对各种可能的组合方式不再另行说明。

本领域技术人员可以理解实现上述实施方式方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一个(可以是单片机，芯片等)或处理器(processor)执行本申请各个实施方式所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器(ROM，Read-OnlyMemory)、随机存取存储器(RAM，Random Access Memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

此外，本发明实施方式的各种不同的实施方式之间也可以进行任意组合，只要其不违背本发明实施方式的思想，其同样应当视为本发明实施方式所公开的内容。