[发明专利]基于旋翼无人直升机的三坐标雷达高度动态标定设备及其方法

说明书

技术领域

本发明属于一种雷达标定设备，特别涉及基于旋翼无人直升机的三坐标雷达高度动态标定设备及其方法，可以解决雷达仰角精度的标定问题。

背景技术

目前，国内舰载雷达标定研究主要集中在两坐标雷达方向，赵馨等提出采用基于差分GPS、CCD、激光经纬仪等技术结合的零位标定方法，标校系统的位置精度优于50cm，角度精度优于0.05mrad；姚景顺等提出采用GPS技术对舰载雷达进行动态标定，目标位置精度达到1m；段静玄等提出采用GPS RTK技术对三坐标雷达动态标定法，距离标定误差不大于4cm。

三坐标雷达除了可以测定目标的方位和距离值外，还可以测量出目标的高度值。和所有测量装置一样，雷达的高度测量值会存在误差，误差会严重影响雷达的使用，需要进行校准，以确保测量数值的准确。但是，国内尚无专门的科研机构对舰载现役三坐标雷达仰角标定方法进行系统的研究，雷达仰角标定方法主要延用建标定塔、动态标定时可选的合作目标包括军用飞机、气球、民航飞机、专用直升机等。采用军用飞机的申请程序复杂，特别是针对修后的标定，申请比较难、成本高，军用飞机上的GPS据提取困难；采用放气球利用气球作为标定目标的优点是可以检验0～10000m各种高度上的探测精度，可以获得足够的数据，在经济性上使用气球也优于使用军用飞机。但用气球作为标定目标需要进行航管申请，气球放飞后一般无法回收，且也存在安全隐患。利用民航飞机的缺点是目标为非合作目标，容易出现挂错号的现象，由于航路不可控会导致数据量非常少，更重要的是民航飞机的自带的真值定位设备精度低，达不到精度要求。

本发明以旋翼无人直升机作为实时动态标定合作目标，挂载本套设备的便携式双插分实时三维坐标位置记录设备，对直升机航迹精确分析处理。通过时间同步设计、差分技术、录取和处理雷达测量数据、系统消噪及野值剔除、数据误差分析，最终得出雷达三维测量精度误差。

发明内容

本发明解决了现有舰载三坐标雷达标定方法的技术缺陷，提供了一种舰载三坐标雷达标定设备，能够对包括仰角在内的雷达三维探测精度进行便捷高效、安全高精度的标定作业方法。

本发明的技术方案是：

一种基于旋翼无人直升机的三坐标雷达高度动态标定设备，包括三个北斗接收机、舰载三坐标雷达、飞行控制系统和解算分系统，系统组成见图1。三个北斗接收机终端分别是安装在码头的基准点上作为基准站的北斗接收机一、安装在舰艇等效位置中心的北斗接收机二和安装在旋翼无人直升机的北斗接收机三，见图2。舰载三坐标雷达录取数据，飞行控制系统控制旋翼无人直升机的飞行，解算分系统进行真实高度数据的解算。

该三坐标雷达高度动态标定方法，是通过在旋翼无人直升机和舰艇上加装北斗设备，记录旋翼无人直升机和舰艇物理位置变化，同时同步利用舰艇雷达录取数据；在进行一系列的飞行动作之后，将旋翼无人直升机上记录的真值数据和舰艇雷达的录取数据进行误差处理分析，最终得出雷达仰角误差值。具体步骤如下：

1、测量真实高度数据

三台北斗接收机同步接收4颗以上卫星，并实时记录原始数据。标定结束后，按照数据处理和误差分析流程进行数据处理，得到舰艇和旋翼无人直升机精确的位置信息。如果北斗系统实时定位误差为1m，则归算到雷达坐标系中的方向角和仰角误差在0.002°之内，斜距误差在1m之内，高于雷达定位精度数倍。如果三坐标雷达仰角精度为0.5°，真实高度数据设备的单点定位精度在5m之内完全满足要求，目前载波相位型北斗的单点精度完全可以达到，也可以不做差分处理。

2、解算真实高度数据

由于北斗的坐标系统采用的是WGS-84大地坐标，使用时必须将目标的位置转换到以雷达为原点的站心球坐标系中，换算得到距离、方位角和仰角值。首先要将北斗测得的大地坐标转换为空间大地直角坐标，然后将空间直角坐标转换为站心直角坐标，最后再将站心直角坐标转换为站心球坐标，得到距离、方位角和仰角真实高度数据。

3、时间统一

在动态标定中，必须对测量值和真实高度数据进行时间统一，这是测量点迹与真实高度数据点迹比对得出误差分析结果的前提条件。真实高度数据采用北斗设备提供，数据本身带有UTC时间。雷达测量值录取设备录取位置信息采用舰艇时统设备的高稳定原子钟作为振荡源，与真实高度数据位置信息基准时间误差小于100ms，满足时间统一要求。

目前采用的标校手段主要有建标定塔、放气球或者与民航ADS-B系统合作等方式，但是这些方法存在很多不足，与本发明标校手段性能比较见表：