一种低成本高精度的雷达方位测量方法与流程

本发明属于雷达目标定位领域，具体涉及一种低成本高精度的雷达方位测量方法。

背景技术：

雷达，是英文radar的音译，意思为“无线电探测和测距”，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置；因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备，其发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。

当前雷达中，雷达朝向与目标信号出现的方位之间仅有松散的联系，通常使用零位和转速来估计目标的方位，从而导致雷达成像中目标方位有一定角度的偏差，目标间的距离也会被拉伸或者压缩。从而使得最终获得的探测结果与实际值有较大出入，影响其探测精度。

针对这一问题，现有技术中人们通过改变雷达波长或是增加专用的分析软件对雷达波进行分析处理，以期克服这一问题。

然而，这些解决方案的实现成本和技术复杂度相较于传统雷达是明显增加的，因此并不能得到广泛的应用，仅在一起特定的领域有应用而不能全面推广，对于本领域技术人员来说，开发一种成本低、易推广并且探测精度高的测量方法是亟需解决的实际问题。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种使用简易码盘提高目标方位精度的低成本、高精度的雷达方位测量方法。

为了达到上述目的，本发明所采用的方案是：

一种低成本、高精度的雷达方位测量方法，其特征在于，所述方法包括：

配置光电码盘的步骤，在码盘外缘依次间隔地设置若叶片，各叶片间形成了供光线穿过的窗口；码盘中心与雷达天线转轴同心地固定，以使得码盘与天线同步旋转。并于码盘的上、下方分别配置光源和传感器，使得叶片位于两间之间。

角度配置的步骤，根据码盘的叶片数量确定每一叶片所对应的角度值，码盘分度越细，则精度越高，细分后的角度a为：

a＝360°/n

其中，n为码盘分度，其为叶片数量的两倍。

方位测量的步骤，分别记录目标的出现角度值cin和消失角度值cout，可以认为雷达波束角固定，我们可以使用目标出现和目标消失的角度的中间角来进一步确认目标的精确角度ct，ct为：

ct＝(cin+cout)/2

其中，cin为目标出现角度，cout为目标消失角度。

优选地，角度配置的步骤还进一步包括角度细分的步骤，即在一个码盘分度里多次采样，再一次将角度细分，而将实际的分度值成倍地提高；由于在较短时间内，雷达天线转速变化较小，可以近似的认为这样的细分是均匀的。再次细分后的角度b为：

b＝a/ns

其中，ns为每个a角度内采样次数(即细分值)，其为自然数。

进一步地，所述细分值为2～6。更佳地，所述码盘的分度值为50～150。如此设置的码盘具有较佳的实用性，其实际测量精度可以满足测量需要而设备和计算成本又不至于太高。

优选地，所述码盘为简易码盘。

优选地，所述码盘为带有零位的码盘，其整体上形圆形，圆心与天线转轴固定，而边缘设置有叶片和窗口。

优选地，所述叶片和窗口是均匀分布的，并且叶片和窗口的尺寸是相同的，从而使得码盘所产生的波形具有最佳的分辨效果。

本发明的方法主要通过使用简易码盘来实现方位的测量，其实现成本低，同时，对于方位测量的算法还进行了优化，以提高其测量精度；简而言之，本发明提供的是一种低成本、高精度的雷达方位测量方法。

该方法结合调节雷达转速的简易码盘光电信号，在不增加硬件成本的情况下，减小的方位误差，提高了目标方位精度；从而实现在使用低成本零部件的情况下，也能实现1°甚至更高的角分辨率。并且，还通过码盘分度值和采集细分频次的设置极大地提高了该方法的实测方位精度。相对于传统的方法，本发明的测量方法的硬件成本增加不到5％，但测量精度却可以实现了0.1°的级别。

附图说明

图1是某次测量时目标的实际方位和夹角示意图；

图2针对图1现有方法中出现的带误差显示示意图；

图3是本发明的简易码盘的结构示意图；

图4是本发明通过码盘光电信号细分的角度示意图；

图5是在图4的基础上进一步通过高采样率再次细分角度示意图；

图6是测量时目标出现时的方位示意图；

图7是测量时目标消失时的方位示意图；

图8是本发明方法的步骤示意图。

具体实施方式

为了使本领域技术人员更好地理解本发明，从而对本发明要求保护的范围作出更清楚地限定，下面就本发明的某些具体实施例对本发明进行详细描述。需要说明的是，以下仅是本发明构思的某些具体实施方式仅是本发明的一部分实施例，其中对于相关结构的具体的直接的描述仅是为方便理解本发明，各具体特征并不当然、直接地限定本发明的实施范围。本领域技术人员在本发明构思的指导下所作的常规选择和替换，均应视为在本发明要求保护的范围内。

一种雷达方位精度测量方法，其是使用简易码盘提高目标方位精度的方法，该方法包括：

配置光电码盘的步骤，在码盘外缘依次间隔地设置若叶片，各叶片间形成了供光线穿过的窗口；码盘中心与雷达天线转轴同心地固定，以使得码盘与天线同步旋转。并于码盘的上、下方分别配置光源和传感器，使得叶片位于两间之间。最佳地，所述叶片和窗口是均匀分布的。

角度配置的步骤，根据码盘的叶片数量确定每一叶片所对应的角度值，码盘分度越细，则精度越高，细分后的角度a为：

a＝360°/n

其中，n为码盘分度，其为叶片数量的两倍。

更佳地，所述码盘为带有零位的码盘，通过光电检测时产生的信号波形，我们可以得到当前目标所在的较精确角度范围。

最佳地，角度配置的步骤还进一步包括角度细分的步骤，即在一个码盘分度里多次采样，再一次将角度细分，而将分度值成倍地提高；由于在较短时间内，雷达天线转速变化较小，我们可以近似的认为这样的细分是均匀的。再次细分后的角度b为：

b＝a/ns

其中，ns为每个a角度内采样次数，其为自然数。

方位测量的步骤，分别记录目标的出现角度值cin和消失角度值cout，我们认为雷达波束角固定，我们可以使用目标出现和目标消失的角度的中间角来进一步确认目标的精确角度ct，ct为：

ct＝(cin+cout)/2

其中，cin为目标出现角度，cout为目标消失角度。

本发明的方法主要通过使用简易码盘来实现方位的测量，其实现成本低，同时，对于方位测量的算法还进行了优化，以提高其测量精度；简而言之，本发明提供的是一种低成本、高精度的雷达方位测量方法。

该方法的具体实现过程举例说明如下：

于雷达天线上配置码盘、光源以及光线接收传感器，使得码盘与天线一同转动，并且光源和光线传感器与码盘的叶片相配合，从而码盘通过光电检测器件产生波形的光电信号(如图4所示)。

采用具有零位的码盘，并根据码盘的叶片数量确定其分度值，从而计算得到每一个分度的角度值a，也就是每一个波形所对应的角度值，例如图4所示的每一角度值a为1°的波形。

配置采样时间，将每一分度的角度值a平均分割为若干个采样点，在每一采样点进行一次数据采集，以判断是否有目标信号。这样可以在原有分度值的基础上，将该方法的实际测量分度成倍地提高，从而极大地提升该方法整体的精度。

目标方位计算，对于某一目标，分别记录目标的出现角度值cin和消失角度值cout，并根据以下公式计算目标的精确角度ct，

ct＝(cin+cout)/2

其中，cin为目标出现角度，cout为目标消失角度；更确切地说，cin是雷达扫描宽度尾部的角度值，cout是雷达扫描宽度头部的角度值。

该方法结合调节雷达转速的简易码盘光电信号，在不增加硬件成本的情况下，减小的方位误差，提高了目标方位精度；从而实现在使用低成本零部件的情况下，也能实现1°甚至更高的角分辨率。并且，还通过码盘分度值和采集细分频次的设置极大地提高了该方法的实测方位精度。相对于传统的方法，本发明的测量方法的硬件成本增加不到5％，但测量精度却可以实现了0.1°的级别。