一種基于雷達組網的雷達標校方法

陳宇祺 李飛

（中國兵器工業第二〇六研究所 陜西省西安市 710100）

1 引言

雷達組網后，每部雷達不再是獨立的站點，而是組網中的一個節點，為聯系各個節點協調工作，各部雷達必須在時域、空域等方面協調一致工作。每部雷達天線的掃描通常是完全異步的，需采用統一的時間標準，因此在雷達組網時，時間基準信號的嚴格統一是雷達組網的前提條件，本文采用站間授時結合站內守時的方法完成時間基準的嚴格統一[1]。雷達網中各站的精確定位和空間幾何標校是對目標定位的基礎，由于地球曲率的影響，在坐標轉換中如果誤差過大，將形成系統誤差對后端雷達數據融合帶來影響。本方法采用衛星定位獲得各站精確地理位置并統一進行地物指北角標定實現空間幾何標校[2]。

2 站間時間同步的實現

雷達在對空中目標進行搜索跟蹤時，需要外接衛星定位系統完成自身獨立授時，衛星定位系統以高數據更新率向雷達中心控制計算機發送時間信息，包含時、分、秒以及毫秒信息。中心控制計算機在收到時間信息后，對自身內部時間實時更新，完成自身時間同步。

在某防空雷達演示驗證項目中，時間基準信息由指控系統通過網絡UDP 數據包發送。受限于指控系統授時信息內容，只能得到指控系統自身的時、分、秒信息，其時間源無法給出毫秒級時間信息，因此雷達站點需要在接收其時間基準信息后通過自身守時裝置保證上報空情內容中時間信息的準確性。由于雷達中心控制計算機自身軟件計時會存在誤差以及時間漂移現象，該時間漂移現象隨時間積累不斷發散，將會給上報給指控系統的空情位置信息引入誤差，因此需要采用雷達自身攜帶衛的星定位系統高穩定性始終來完成時間同步[3]，其原理如圖1。

指控系統發送時間基準信息至雷達網絡接收端口，雷達中心控制計算機根據雙方網絡數據協議解算出時間基準信息，設接收到的時間基準信息為時（hour），分（min），秒（second），雷達中心控制計算機在獲得指控系統時間后，用指控系統時間基準信息中的時、分、秒、毫秒（默認接收毫秒信息為0）信息減去從自身外接衛星定位系統得到的時間信息（時（Hour）、分Min）、秒（Seond）、毫秒（Misecond）），將兩者之間的差值補償給雷達中心控制計算機由外接衛星定位系統接收到的當前時刻時、分、毫秒信息中，接下來將補償后得到的時間信息設置為雷達中心控制計算機內部時間。

3 雷達標校及數據輸出

在對雷達進行空間幾何標校時，獲得雷達自身準確的指北角對于雷達精確輸出目標位置而言十分重要，因此各雷達需對同一大型固定地物進行航向角標定這里采用差分GPS 對雷達航向角進行標校[4]。假定雷達站點所處經緯度為A（LAT1，LON1）；大型固定地物（鐵塔）所處點位經緯度為B（LAT2，LON2），要求B 點相對A 點的方位角，即求二面角∠C-OA-B。

如圖2 所示，∠AOE=LAT1，∠BOF=LAT2，∠EOF=LON2-LON1。

先求∠AOB，由三面角余弦定理可得；

圖1：雷達指控系統時間統一示意圖

圖2：兩點經緯度與方位角坐標轉換示意圖

圖3：距離精度對比圖

圖4：方位精度對比圖

圖5：俯仰精度對比圖

由半倍角公式sin^2（∠AOB/2）=（1-cos（∠AOB））有；

由sin（∠AOB）=sqrt（1-cos^2（∠AOB））及球面正弦公式可得：

表1：精度統計表

由此可得：

∠C-OA-B 即為固定地物相對于雷達站位的方位角，設為Azi1，由于雷達零位與正北指向之間存在偏差角度，因此需要通過采集雷達對固定地物的回波數據計算出固定地物在大地坐標系中的方位角。假定根據雷達回波數據計算出的固定地物在大地坐標系中的方位角為Azi2，雷達站點自身的指北角為Course，則：

在得到雷達站位準確的指北角后，我們通過坐標變換將目標位置信息中的距離、方位角、俯仰角轉化為經度緯度高度信息并輸出給指控系統。

4 雷達精度分析

組網雷達在完成時空統一-站位標定后，即可開展目標探測任務。在采集到雷達站點存儲的目標位置數據和自帶衛星定位系統的目標位置真值數據后，對比兩種數據并統計雷達探測精度。畫出兩種數據（雷達探測數據和目標真值數據）的對比圖如圖3、圖4、圖5 所示。

經統計其精度如表1 所示。

5 結論

本文所討論的基于雷達組網的時空統一-站位標定方法已在某雷達演示驗證項目中得到應用，完全滿足指控系統對雷達探測精度的要求。這一方法在指控系統時間基準信息內容受限的情況下，采用現有設備，完成了雷達組網、時空統一以及雷達站位標定的要求，提高了試驗效率。