搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法和系统

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术领域，具体地，涉及一种搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法和系统。

背景技术

搜跟一体雷达不仅具备对不同目标的快速检测能力，更要具备高精度的跟踪能力。无论哪种情况，都对搜跟一体雷达的目标检测精度提出了很高的要求。而测角精度是目标检测精度中重要的组成部分。

单脉冲测角体制可以得到较好的测角精度，成为现代雷达普遍采用的测角方法，并已经由早期的俯仰单脉冲测角、方位端点估值法测角改变为方位、俯仰双轴单脉冲测角。

实际应用中，为了减少天线测试的工作量，提高雷达调试进度，在测试时往往仅测量有限个波束指向的天线方向图。

发明内容

针对现有技术中的缺陷，本发明的目的是提供一种搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法和系统。

第一方面，本申请实施例提供一种搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法，包括：

步骤1：根据实测天线方向图绘制俯仰S曲线和方位S曲线，所述俯仰S曲线为各个测试频点、测试角度及波束号下的，俯仰差和比—角误差曲线，所述方位S曲线为方位差和比—角误差曲线；

步骤2：选择测试频点和波束号，固定方位测试角为n

步骤3：根据俯仰S曲线样本随俯仰角的变化规律，选择插值方式，得到M个俯仰S曲线，根据方位S曲线样本随俯仰角的变化规律，选择插值方式，得到M个方位S曲线；其中，M为天线方向图的俯仰扫描角个数，应有5≤m≤M；

步骤4：固定俯仰角为M

步骤5：根据俯仰S曲线样本随方位角的变化规律，选择插值方式，得到N个俯仰S曲线，根据方位S曲线样本随方位角的变化规律，选择插值方式，得到N个方位S曲线；其中，N为天线方向图的方位扫描角个数，应有5≤n≤N；

步骤6：判断是否已遍历所有波束号，若否，则改变波束号，返回执行步骤2；若是，则判断是否已遍历所有的测试频点，若否，则改变测试频点P

步骤7：根据俯仰S曲线样本随测试频点的变化规律，选择插值方式，得到P

步骤8：将插值得到的所有曲线，依照预设格式存储为二维角误差数据表。

可选地，所述步骤1中根据实测天线方向图绘制俯仰S曲线，包括：

步骤A1：提取和方向图及俯仰差方向图波束中心为Δθ范围内的天线方向图数据；

步骤A2：计算俯仰差方向图与方向图的幅度比，得到波束中心约Δθ范围内俯仰差和比数据；

步骤A3：以扫描角为横坐标，俯仰差和比为纵坐标建立俯仰差和S曲线坐标系，使波束中心为横坐标零点，对小于0°内的俯仰差和比数据取反；

步骤A4：截取±r范围内的差和比放大R倍，其中R由最终存储地址的空间决定，以1为间隔利用多项式拟合的方式对原始数据进行插值，得到±r范围内差和比一一对应的2r×R个量化数；

步骤A5：取角误差的量化精度为θ

可选地，所述步骤1中根据实测天线方向图绘制方位S曲线，包括：

步骤B1：提取和方向图及方位差方向图波束中心为Δθ范围内的天线方向图数据；

步骤B2：计算方位差方向图与方向图的幅度比，得到波束中心约Δθ范围内方向差和比数据；

步骤B3：以扫描角为横坐标，方向差和比为纵坐标建立方向差和S曲线坐标系，使波束中心为横坐标零点，对小于0°内的方向差和比数据取反；

步骤B4：截取±r范围内的差和比放大R倍，其中R由最终存储地址的空间决定，以1为间隔利用多项式拟合的方式对原始数据进行插值，得到±r范围内差和比一一对应的2r×R个量化数；

步骤B5：取角误差的量化精度为θ

可选地，所述步骤3中根据俯仰S曲线样本随俯仰角的变化规律，选择插值方式，得到M个俯仰S曲线，包括：

选取固定方位角下，m个俯仰测试角对应的S曲线样本；

对比这组S曲线样本，观察相同差和比位置的角误差值随俯仰角的变化趋势，依据变化趋势选取插值方式如下：

若角误差随俯仰角的变化具备明显的规律性，则根据变化规律，使用多项式拟合的方式进行插值拟合；

若角误差随俯仰角的变化不具备明显的规律性，且不同俯仰测试角、相同差和比下的角误差数值相差大于3个量化单位，则插值方式选择近似法，先确定相邻两个俯仰测试角的中值，令相邻两个中值内的俯仰角对应的俯仰S曲线与范围内已知测试角的俯仰S曲线相同；

若角误差随俯仰角的变化不具备明显的规律性，且不同俯仰测试角、相同差和比下的角误差数值相差不大于3个量化单位，则插值方式选择平均法，即计算不同俯仰测试角、相同差和比下的角误差均值，形成均值俯仰S曲线，令其他俯仰角的S曲线与该均值俯仰S曲线相同。

可选地，所述步骤3中根据方位S曲线样本随俯仰角的变化规律，选择插值方式，得到M个方位S曲线，包括：

选取固定方位角下，m个方位测试角对应的S曲线样本；

对比这组S曲线样本，观察相同差和比位置的角误差值随俯仰角的变化趋势，依据变化趋势选取插值方式如下：

若角误差随俯仰角的变化具备明显的规律性，则根据变化规律，使用多项式拟合的方式进行插值拟合；

若角误差随俯仰角的变化不具备明显的规律性，且不同方位测试角、相同差和比下的角误差数值相差大于3个量化单位，则插值方式选择近似法，先确定相邻两个方位测试角的中值，令相邻两个中值内的俯仰角对应的方位S曲线与范围内已知测试角的方位S曲线相同；

若角误差随俯仰角的变化不具备明显的规律性，且不同方位测试角、相同差和比下的角误差数值相差不大于3个量化单位，则插值方式选择平均法，即计算不同方位测试角、相同差和比下的角误差均值，形成均值方位S曲线，并令其他俯仰角的S曲线与均值方位S曲线相同。

可选地，所述步骤8中二维角误差数据表的预设格式与存储器中的地址分配向对应，包含波束号、方位S曲线(或俯仰S曲线)、频点、俯仰扫描角、方位扫描角以及差和比6类信息。

可选地，所述步骤8中二维角误差数据表中存储的数据是各个差和比对应的角误差值。

第二方面，本申请实施例提供一种搜跟一体雷达高精度S曲线拟合系统，包括：处理器和存储器，所述存储器中存储有可执行的程序指令，所述处理器调用所述存储器中的程序指令时，所述处理器用于：

执行如第一方面中任一项所述的搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法的步骤。

第三方面，本申请实施例提供一种计算机可读存储介质，用于存储程序，所述程序被执行时实现如第一方面中任一项所述的搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法的步骤。

与现有技术相比，本发明具有如下的有益效果：

本申请提供的搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法，适用于两维搜索、跟踪一体化雷达，也可适用于两维搜索雷达或两维跟踪雷达，该方法为单脉冲测角且实测天线方向图数据有限时，提供角误差补偿数据。在已知有限个实测数据时，通过二维插值形成所有方位角和所有俯仰角下的S曲线，生成二维角误差数据表。这样既保证了测量精度，又提高了工作效率。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1为本申请实施例提供的搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法的流程图；

图2(a)为本申请一实施例中已知的天线方向图(方位)；

图2(b)为本申请一实施例中已知的天线方向图(俯仰)；

图3为本申请一实施例中截取波束中心附近的和方向图、差方向图；

图4为本申请一实施例中差和比数据取相反后的角误差—差和比曲线示意图；

图5为本申请一实施例中差和比放大，角误差未量化的角误差—差和比曲线示意图；

图6为本申请一实施例中角误差量化及坐标转换后的差和比—角误差曲线示意图；

图7为本申请实施例提供的选取插值方式流程图；

图8(a)为固定方位角时不同俯仰角下的ΔA/∑S曲线样本示意图一；

图8(b)为固定方位角时不同俯仰角下的ΔA/∑S曲线样本示意图二；

图9(a)为固定方位角时不同俯仰角下的ΔE/∑S曲线样本示意图一；

图9(b)为固定方位角时不同俯仰角下的ΔE/∑S曲线样本示意图二；

图10(a)为固定俯仰角时不同方位角下的ΔA/∑S曲线样本示意图一；

图10(b)为固定俯仰角时不同方位角下的ΔA/∑S曲线样本示意图二；

图11(a)为固定俯仰角时不同方位角下的ΔE/∑S曲线样本示意图一；

图11(b)为固定俯仰角时不同方位角下的ΔE/∑S曲线样本示意图二。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

需要说明的是，当组件被称为“固定于”另一个组件，它可以直接在另一个组件上或者也可以存在居中的组件。当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本申请的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本申请的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本申请。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”、“第三”、“第四”等(如果存在)是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例，例如能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、系统、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

下面以具体地实施例对本发明的技术方案以及本申请的技术方案如何解决上述技术问题进行详细说明。下面这几个具体的实施例可以相互结合，对于相同或相似的概念或过程可能在某些实施例中不再赘述。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

图1为本申请实施例提供的搜跟一体雷达高精度S曲线拟合方法的流程图，如图1所示，本实施例中的方法可以包括如下步骤：

步骤1：根据实测天线方向图绘制俯仰S曲线和方位S曲线，所述俯仰S曲线为各个测试频点、测试角度及波束号下的，俯仰差和比—角误差曲线，所述方位S曲线为方位差和比—角误差曲线。

本实施例中，根据实测天线方向图绘制俯仰S曲线，包括：

步骤A1：提取和方向图及俯仰差方向图波束中心为Δθ范围内的天线方向图数据；

步骤A2：计算俯仰差方向图与方向图的幅度比，得到波束中心约Δθ范围内俯仰差和比数据；

步骤A3：以扫描角为横坐标，俯仰差和比为纵坐标建立俯仰差和S曲线坐标系，使波束中心为横坐标零点，对小于0°内的俯仰差和比数据取反；

步骤A4：截取±r范围内的差和比放大R倍，其中R由最终存储地址的空间决定，以1为间隔利用多项式拟合的方式对原始数据进行插值，得到±r范围内差和比一一对应的2r×R个量化数；

步骤A5：取角误差的量化精度为θ

本实施例中，根据实测天线方向图绘制方位S曲线，包括：

步骤B1：提取和方向图及方位差方向图波束中心为Δθ范围内的天线方向图数据；

步骤B2：计算方位差方向图与方向图的幅度比，得到波束中心约Δθ范围内方向差和比数据；

步骤B3：以扫描角为横坐标，方向差和比为纵坐标建立方向差和S曲线坐标系，使波束中心为横坐标零点，对小于0°内的方向差和比数据取反；

步骤B4：截取±r范围内的差和比放大R倍，其中R由最终存储地址的空间决定，以1为间隔利用多项式拟合的方式对原始数据进行插值，得到±r范围内差和比一一对应的2r×R个量化数；

步骤B5：取角误差的量化精度为θ

步骤2：选择测试频点和波束号，固定方位测试角为n

步骤3：根据俯仰S曲线样本随俯仰角的变化规律，选择插值方式，得到M个俯仰S曲线，根据方位S曲线样本随俯仰角的变化规律，选择插值方式，得到M个方位S曲线。

本实施例中，选取固定方位角下，m个俯仰测试角对应的S曲线样本；对比这组S曲线样本，观察相同差和比位置的角误差值随俯仰角的变化趋势，依据变化趋势选取插值方式。

示例性的，如图7所示，对比这组S曲线样本中，相同差和比位置的角误差值随俯仰角的变化趋势，依据变化趋势选取插值方式。其中，插值方式包括三次多项式拟合法、近似法和平均法：若角误差随俯仰角的变化具有明显规律性，则以俯仰测试角为横坐标，以角误差为纵坐标，选择三次多项式拟合的方式进行插值，由于差和比由2048个量化值，因此需要2048次插值；若角误差随俯仰角的变化无明显规律性，且不同俯仰测试角、相同差和比下的角误差数值相差大于3个量化单位，则插值方式选择近似法，先确定相邻两个俯仰测试角的中值，令相邻两个中值内的俯仰角对应的俯仰S曲线与范围内已知测试角的俯仰S曲线相同；若角误差随俯仰角的变化无明显规律性，且不同俯仰测试角、相同差和比下的角误差数值相差不大于3个量化单位，则插值方式选择平均法，即计算不同俯仰测试角、相同差和比下的角误差均值，形成均值俯仰S曲线，令其他俯仰角的S曲线与该均值俯仰S曲线相同。

示例性的，以低波束方位角为0°为例，此时不同俯仰角下的ΔA/∑S曲线样本如图8(a)、图8(b)所示。可以发现，ΔA/∑的S曲线随俯仰角的变化无明显规律性，且不同俯仰角的角误差相差最大为2个量化单位，因此选择平均法。

当低波束方位角为0°时，不同俯仰角下的ΔE/∑S曲线样本如图9(a)、图9(b)所示。可以发现，ΔE/∑的S曲线随俯仰角的变化具有规律性，因此选择三次多项式拟合法。

步骤4：固定俯仰角为M

本实施例中，以低波束俯仰角为0.85°为例，此时不同方位角下的ΔA/∑S曲线样本如图10(a)、图10(b)所示。可以发现，ΔA/∑的S曲线随方位角的变化具有规律性，因此选择三次多项式拟合进行插值。低波束俯仰角为0.85°时，不同方位角下的ΔE/∑S曲线样本如图11(a)、图11(b)所示。可以发现，ΔE/∑的S曲线随方位角的变化无明显规律性，且不同方位角的角误差数值相差最大有4个量化，因此选择近似法进行插值。

步骤5：根据俯仰S曲线样本随方位角的变化规律，选择插值方式，得到N个俯仰S曲线，根据方位S曲线样本随方位角的变化规律，选择插值方式，得到N个方位S曲线；其中，N为天线方向图的方位扫描角个数，n为方位测试角个数，5≤n≤N。

步骤6：判断是否已遍历所有波束号，若否，则改变波束号，返回执行步骤2；若是，则判断是否已遍历所有的测试频点，若否，则改变测试频点P

步骤7：根据俯仰S曲线样本随测试频点的变化规律，选择插值方式，得到P

本实施例中，选择插值方式参见上述步骤3相关的描述，此处不再赘述。其中，近似法具体按以下方式：令中心频点上下约各15个频点与中心频点处的S曲线数据一致；此范围以外的低频点与测试低频点处的S曲线数据一致，高频点与测试高频点处的S曲线数据一致。

步骤8：将插值得到的所有曲线，依照预设格式存储为二维角误差数据表。

本实施例中，步骤8中二维角误差数据表的预设格式与存储器中的地址分配向对应，包含波束号、方位S曲线(或俯仰S曲线)、频点、俯仰扫描角、方位扫描角以及差和比6类信息。

示例性的，两维数据存储格式示例如表1所示。

表1

具体说明如下：

1)地址共27位，从低到高用D0～D26表示，因此，形成的最高地址用十六进制数可表示为7ffffff；

2)地址最高位D26：二进制无符号数1位，数值为0或1，分别代表低波束或高波束；

3)D25：二进制无符号数1位，数值为0或1，分别代表方位或俯仰面；

4)D24～D22：二进制无符号数3位，代表频点号，用FW表示，对应十进制表示范围为0～7，每个数值代表8个频点，共代表0到64号频点；

5)D21～D16：二进制有符号数6位，代表俯仰扫描角，用EDEC表示，对应十进制表示范围为-32～31，对应表示扫描角范围为[-90°，90°]，即将-90°～90°量化为[-32:31]，扫描角量化精度：180/64＝2.8125°

6)D15～D11：二进制有符号数5位，代表方位扫描角，用AMO表示，对应十进制表示范围为-16～15，对应表示扫描角范围为[-60°，60°]，扫描角量化精度见“方位角AMO查表地址映射关系表”。

7)D10～D0：二进制有符号数11位，用D/S表示，对应十进制表示范围为-1024～1023，对应表示差和比值范围为[-4,4]，即将差和比值放大256倍。

示例性的，步骤8中二维角误差数据表中存储的数据是各个差和比对应的角误差值。

本实施例中，存储的是8位有符号位的角误差值，表示范围：-128～127，角误差量化精度为：360/8192＝0.0439°，角误差范围为：-5.625°～5811°。

本实施例，适用于两维搜索、跟踪一体化雷达，也可适用于两维搜索雷达或两维跟踪雷达，该方法为单脉冲测角且实测天线方向图数据有限时，提供角误差补偿数据。在已知有限个方位扫描角及俯仰扫描角下的实测天线方向图数据时，首先将实测数据转换成S曲线(横坐标为差和比，纵坐标为角误差)；再通过二维插值的方式形成雷达探测范围内的方位扫描角、俯仰扫描角下的S曲线；最后，以波束号、方位/俯仰维、频率、俯仰扫描角、方位扫描角以及差和比这六个要素形成存储地址，按照约定地址存储角误差数据，形成二维角误差数据表。只要目标落入天线和波束、差波束的主波束有效范围，雷达能够正常检测到目标回波，即可根据六个要素形成的索引地址，读取二维角误差数据，将波束中心指向角叠加角误差补偿值，最终获得雷达的测角值。高精度S曲线拟合方法可有效的提高角误差数据的准确性，尤其是在目标偏离波束中心较大时，通过二维查找也能够精确的查找到角误差数据，从而大幅提高两维搜索、跟踪雷达的测角精度。

需要说明的是，所属技术领域的技术人员能够理解，本发明的各个方面可以实现为系统、方法或程序产品。因此，本发明的各个方面可以具体实现为以下形式，即：完全的硬件实施方式、完全的软件实施方式(包括固件、微代码等)，或硬件和软件方面结合的实施方式，这里可以统称为“电路”、“模块”或“平台”。

此外，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，计算机可读存储介质中存储有计算机执行指令，当用户设备的至少一个处理器执行该计算机执行指令时，用户设备执行上述各种可能的方法。其中，计算机可读介质包括计算机存储介质和通信介质，其中通信介质包括便于从一个地方向另一个地方传送计算机程序的任何介质。存储介质可以是通用或专用计算机能够存取的任何可用介质。一种示例性的存储介质耦合至处理器，从而使处理器能够从该存储介质读取信息，且可向该存储介质写入信息。当然，存储介质也可以是处理器的组成部分。处理器和存储介质可以位于ASIC中。另外，该ASIC可以位于用户设备中。当然，处理器和存储介质也可以作为分立组件存在于通信设备中。

本申请还提供一种程序产品，程序产品包括计算机程序，计算机程序存储在可读存储介质中，服务器的至少一个处理器可以从可读存储介质读取计算机程序，至少一个处理器执行计算机程序使得服务器实施上述本发明实施例任一的方法。

程序产品可以采用一个或多个可读介质的任意组合。可读介质可以是可读信号介质或者可读存储介质。可读存储介质例如可以为但不限于电、磁、光、电磁、红外线、或半导体的系统、装置或器件，或者任意以上的组合。可读存储介质的更具体的例子(非穷举的列表)包括：具有一个或多个导线的电连接、便携式盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、可擦式可编程只读存储器(EPROM或闪存)、光纤、便携式紧凑盘只读存储器(CD-ROM)、光存储器件、磁存储器件、或者上述的任意合适的组合。

以上对本发明的具体实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，本领域技术人员可以在权利要求的范围内做出各种变形或修改，这并不影响本发明的实质内容。