一种机载雷达精度评估分析方法与流程

1.本发明涉及机载雷达精度评估技术领域，特别是涉及一种机载雷达精度评估分析方法。


背景技术：

2.机载雷达是杀伤链或杀伤网的重要组成节点，发挥着为武器系统提供目标距离、方位、径向速度等信息的关键作用，其探测的精度直接决定了杀伤链的完整闭合程度和速度。机载雷达精度的评估是测试机载雷达工作性能的重要手段，如何科学准确、省时省力地开展精度评估是众多从事雷达、火控等工作的研究人员重点关注的热点问题。
3.关于机载雷达精度评估的方法包括理论推导、数字仿真、目标模拟和试飞试验，其中数字仿真、目标模拟的方法均忽视了载机惯导系统自身的测量精度，从而极易导致雷达精度评估结果的不准确，而理论推导方法最终需要试飞试验的支撑验证，因此本发明提出了一种机载雷达精度评估分析方法来解决上述问题。


技术实现要素：

4.针对上述现有技术存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种机载雷达精度评估分析方法。
5.为实现上述目的，本发明提供了一种机载雷达精度评估分析方法，以满足测量精度要求的gps/bd数据为真值，以机载雷达的数据为测量值，通过坐标转换的方式将两者统一到同一坐标系中，进而计算两者之间的误差或均方根误差等来评定雷达探测的精度。
6.优选的，所述测量需要参照坐标系实施，参照不同的坐标系将得出不同的测量结果，在机载雷达精度评估中，参照的坐标系有地心大地坐标系、地心直角坐标系、飞机地理坐标系和飞机机体坐标系，测量会产生误差，误差的大小与精度大小相对应，机载雷达测量误差的大小即表示雷达精度的高低。
7.优选的，所述误差是测量值的真值与其自身的差，其表示方法可为绝对误差，绝对误差＝测量值-真值，根据具体的测试目的和内容统筹考虑，系统误差d、随机误差σ、均方根误差rmse可表示为式(1)、(2)和(3)；
[0008][0009][0010][0011]
式中，xi为每次测量值，为测量值的平均值，ti为每次测量的约定真值，n表示测量次数。
[0012]
优选的，在机载雷达精度评估试验中，gps数据是在wgs-84坐标系中测得，载机雷达数据是在飞机机体坐标系中测得。
[0013]
优选的，所述gps、机载雷达(惯导)的数据存在采样取值时间不一致的问题，利用插值方法使两者的时间对齐，以雷达(惯导)测量值产生的时刻为基础，通过线性插值求取gps在该时刻的理论测量值，假设雷达(惯导)的测量值产生时刻为ti，gps采样间隔为t，在nt、(n+1)t时刻gps产生了测量值ξn、ξ
n+1
，且nt《ti《(n+1)t，gps在ti时刻的测量值ξ
t
可表示为：
[0014][0015]
即可实现gps的数据按照时间外推至雷达测量值产生的时刻，从而得出更精确的对比结果。
[0016]
优选的，机载雷达精度评估试验数据分析软件的设计包括两个主要模块，一是用户界面(u i)的设计，包括界面窗口的样式、初始画面、功能及流程显示、文件导入、关键参数定位和计算，结果的显示及输出，二是算法的实现，包括数据时间对齐、坐标转换和误差计算，u i界面的设计较为复杂，需要综合考虑精度处理及数据分析的全过程，同时提供算法的实现与用户需求之间的接口，尽可能减少用户在算法层面的参与。
[0017]
优选的，所述u i的设计首先是界面窗口的显示，一是初始界面，即软件刚启动时的显示界面，该界面的主要元素包括图片与文字，图片的选取较为随意，文字则为使用软件过程中的注意事项，通过设计一定的时延，使初始界面显示一段时间后自行关闭并切换至操作界面，二是操作界面，其在初始界面后显示，操作界面需包含几个关键元素，如文件的导入、软件功能及操作流程的显示、关键参数的定位和精度计算及结果的显示输出。
[0018]
优选的，精度的计算及结果的显示输出需设计几个按钮元素配合相应的显示绘图界面完成，其中精度的计算分为两个步骤，第一步实现坐标的转换和误差(测量值-真值)的计算，第二步实现系统误差、随机误差和均方根误差的计算，基于此，结果的显示同样也分为两个界面，一个是目标距离、位置、径向速度的真值、测量值、误差的显示，另一个是三类误差值计算结果的显示，对于第一个界面显示的误差结果，将会自动地输出至exce l文件中，方便后续的查看。
[0019]
优选的，所述u i设计和算法实现都完成后，进行软件的测试工作，测试主要进行两方面的内容，一是验证软件设计逻辑是否正确，计算流程能否正常完成，二是验证软件计算结果是否正确，为了方便测试，创建四个相关文件，并根据一定条件写入一定量的数据，载机和目标的gps数据经度、纬度、东北天速度均相同，仅在高度上不同，载机惯导的三个姿态角均取1
°
，机载雷达测量值根据gps的数据适当上下波动，执行软件精度处理及数据分析的流程。
[0020]
优选的，机载雷达精度的评估贯穿雷达使用的全过程，当雷达投入使用后，为了避免无效飞行架次，一般在每次使用完成后，都会对其精度进行评估，这就会产生较多的支撑精度评估的数据，包括测量目标的距离、位置和径向速度的误差、系统误差、随机误差和均方根误差。
[0021]
与现有技术相比，本发明的有益效果是：
[0022]
1、本发明机载雷达精度评估试验涉及大量的数据处理与分析工作，通过对数据处
理分析过程中的数学模型(坐标转换、数据插值与时间对齐、误差计算等)进行研究，设计了相关数据处理分析的软件并完成简单测试，利用matlab对涉及的算法进行了实现，为机载雷达精度评估提供了量化支撑，同时借助图形用户界面极大地提升了数据处理和分析的效率；
[0023]
2、本发明机基于上述算法利用matlab设计了机载雷达精度评估试验数据分析软件，极大缩短了试验过程中数据处理的时间，提升了数据分析的效率；
[0024]
3、本发明机机载雷达精度评估是雷达研制和鉴定中比较复杂和费时的工作，精度的好坏直接影响着雷达的后续使用，在开展试飞试验时，数据的处理和分析结果是机载雷达精度评估的量化体现，本发明以差分gps的数据为真值，以机载雷达的数据为测量值，通过坐标转换和误差计算的数学模型得出机载雷达的误差、系统误差、随机误差和均方根误差，为精度的评估提供了数据支撑，并利用matlab设计了机载雷达精度评估试验数据分析软件，对上述算法进行了实现，提升了数据处理的效率，同时设计了图形用户界面，方便数据的处理与分析。
附图说明
[0025]
为了更清楚地说明本发明中的方案，下面将对本发明实施例描述中所需要使用的附图作一个简单介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
[0026]
图1是本发明提供的坐标转换流程图；
[0027]
图2是本发明提供的ui设计和算法实现模块交互关系图；
[0028]
图3是本发明提供的数据分析软件界面设计图；
[0029]
图4是本发明提供的真值、测量值、误差值显示界面图；
[0030]
图5是本发明提供的三类误差计算结果显示界面图；
[0031]
图6是本发明提供的距离误差显示界面图。
具体实施方式
[0032]
下面结合附图对本发明的较佳实施例进行详细阐述，以使本发明的优点和特征能更易于被本领域技术人员理解，从而对本发明的保护范围做出更为清楚明确的界定。显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。
[0033]
本发明的说明书和权利要求书及上述附图说明中的术语“包括”和“具有”以及它们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含。本发明的说明书和权利要求书或上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别不同对象，而不是用于描述特定顺序。
[0034]
请参阅图1-6，一种机载雷达精度评估分析方法，以满足测量精度要求的gps/bd数据为真值，以机载雷达的数据为测量值，通过坐标转换的方式将两者统一到同一坐标系中，进而计算两者之间的误差或均方根误差等来评定雷达探测的精度。
[0035]
作为上述技术方案的改进，测量需要参照坐标系实施，参照不同的坐标系将得出不同的测量结果，在机载雷达精度评估中，参照的坐标系有地心大地坐标系、地心直角坐标
系、飞机地理坐标系和飞机机体坐标系，测量会产生误差，误差的大小与精度大小相对应，机载雷达测量误差的大小即表示雷达精度的高低。
[0036]
作为上述技术方案的改进，误差是测量值的真值与其自身的差，其表示方法可为绝对误差，绝对误差＝测量值-真值，根据具体的测试目的和内容统筹考虑，系统误差d、随机误差σ、均方根误差rmse可表示为式(1)、(2)和(3)；
[0037][0038][0039][0040]
式中，xi为每次测量值，为测量值的平均值，ti为每次测量的约定真值，n表示测量次数。
[0041]
作为上述技术方案的改进，在机载雷达精度评估试验中，gps数据是在wgs-84坐标系中测得，载机雷达数据是在飞机机体坐标系中测得，转换过程如图1所示。
[0042]
作为上述技术方案的改进，gps、机载雷达(惯导)的数据存在采样取值时间不一致的问题，利用插值方法使两者的时间对齐，以雷达(惯导)测量值产生的时刻为基础，通过线性插值求取gps在该时刻的理论测量值，假设雷达(惯导)的测量值产生时刻为ti，gps采样间隔为t，在nt、(n+1)t时刻gps产生了测量值ξn、ξ
n+1
，且nt《ti《(n+1)t，gps在ti时刻的测量值ξ
t
可表示为：
[0043][0044]
即可实现gps的数据按照时间外推至雷达测量值产生的时刻，从而得出更精确的对比结果，实现数据插值与时间对齐的关键是查找雷达观测值的产生时刻在gps数据中的时间区间，因而此过程涉及查找算法。当前，查找算法包括顺序查找、二分查找、插值查找、斐波那契查找、树表查找、分块查找、哈希查找等，本文暂定使用顺序查找算法，顺序查找属于无序查找算法，实现较为简单，不需要进行任何的处理或排序，但相比其他算法时间复杂度高，查找速度较慢。顺序查找算法的实现过程为将待查找值顺序与数列中的值进行比较，当选定值与数列中的值相等时，结束此次查找，继续选定下一个需查找的值重复以上操作，若遍历完数列所有值仍无与之相等的值，则查找失败，结束此次查找，同时继续下一次的查找，直至所有待查找值全部比较完，查找过程结束
[0045]
作为上述技术方案的改进，机载雷达精度评估试验数据分析软件的设计包括两个主要模块，一是用户界面(u i)的设计，包括界面窗口的样式、初始画面、功能及流程显示、文件导入、关键参数定位和计算，结果的显示及输出，二是算法的实现，包括数据时间对齐、坐标转换和误差计算，u i界面的设计较为复杂，需要综合考虑精度处理及数据分析的全过程，同时提供算法的实现与用户需求之间的接口，尽可能减少用户在算法层面的参与，u i的设计与算法的实现存在交互关系，如图2所示。
[0046]
作为上述技术方案的改进，u i的设计首先是界面窗口的显示，一是初始界面，即软件刚启动时的显示界面，该界面的主要元素包括图片与文字，图片的选取较为随意，文字则为使用软件过程中的注意事项，通过设计一定的时延，使初始界面显示一段时间后自行关闭并切换至操作界面，初始界面如图3(a)所示，二是操作界面，其在初始界面后显示，操作界面需包含几个关键元素，如文件的导入、软件功能及操作流程的显示、关键参数的定位和精度计算及结果的显示输出，如图3(b)所示。文件的导入与关键参数的定位是算法实现模块的输入，因而，需导入的必要文件共有四个，即载机gps、目标gps、载机惯导数据和载机雷达数据。关键参数主要包括上述文件中的载机/目标gps中的经纬高、东北天速度，载机惯导的姿态角(横滚角、纵摇角和偏航角)和载机雷达测量的目标距离、位置(方位角、俯仰角)、径向速度。在导入的四个文件中，不仅包含关键参数，还会记录许多其他参数，有些参数列的命名甚至还会重复，关键参数的定位就是将算法实现模块所需的参数定位出来使其参与后续的计算过程。关键参数定位界面如图3(c)所示
[0047]
作为上述技术方案的改进，精度的计算及结果的显示输出需设计几个按钮元素配合相应的显示绘图界面完成，其中精度的计算分为两个步骤，第一步实现坐标的转换和误差(测量值-真值)的计算，第二步实现系统误差、随机误差和均方根误差的计算。基于此，结果的显示同样也分为两个界面，一个是目标距离、位置、径向速度的真值、测量值、误差的显示，如图4所示，另一个是三类误差值计算结果的显示，如图5所示。对于第一个界面显示的误差结果，将会自动地输出至exce l文件中，方便后续的查看。
[0048]
作为上述技术方案的改进，ui设计和算法实现都完成后，进行软件的测试工作，测试主要进行两方面的内容，一是验证软件设计逻辑是否正确，计算流程能否正常完成，二是验证软件计算结果是否正确，为了方便测试，创建四个相关文件，并根据一定条件写入一定量的数据，载机和目标的gps数据经度、纬度、东北天速度均相同，仅在高度上不同，载机惯导的三个姿态角均取1
°
，机载雷达测量值根据gps的数据适当上下波动，执行软件精度处理及数据分析的流程，最终得出的显示及结果如图6所示，其与人为计算的结果一致，因此，我们初步认定软件的设计是成功的。
[0049]
作为上述技术方案的改进，机载雷达精度的评估贯穿雷达使用的全过程，当雷达投入使用后，为了避免无效飞行架次，一般在每次使用完成后，都会对其精度进行评估，这就会产生较多的支撑精度评估的数据，包括测量目标的距离、位置和径向速度的误差、系统误差、随机误差和均方根误差。
[0050]
本发明的工作原理和使用方法：
[0051]
本发明机载雷达精度评估试验涉及大量的数据处理与分析工作，通过对数据处理分析过程中的数学模型(坐标转换、数据插值与时间对齐、误差计算等)进行研究，设计了相关数据处理分析的软件并完成简单测试，利用matlab对涉及的算法进行了实现，为机载雷达精度评估提供了量化支撑，同时借助图形用户界面极大地提升了数据处理和分析的效率，精度评估试验涉及的坐标转换的数学模型，同时采用插值方法解决了gps、机载惯导和雷达数据时间对齐的问题，基于上述算法利用matlab设计了机载雷达精度评估试验数据分析软件，极大缩短了试验过程中数据处理的时间，提升了数据分析的效率；本发明机机载雷达精度评估是雷达研制和鉴定中比较复杂和费时的工作，精度的好坏直接影响着雷达的后续使用，在开展试飞试验时，数据的处理和分析结果是机载雷达精度评估的量化体现，本发
明以差分gps的数据为真值，以机载雷达的数据为测量值，通过坐标转换和误差计算的数学模型得出机载雷达的误差、系统误差、随机误差和均方根误差，为精度的评估提供了数据支撑，并利用matlab设计了机载雷达精度评估试验数据分析软件，对上述算法进行了实现，提升了数据处理的效率，同时设计了图形用户界面，方便数据的处理与分析。
[0052]
以上所述仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；凡是利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构或等效流程变换，或直接或间接运用在其他相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

技术特征：
1.一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于，以满足测量精度要求的gps/bd数据为真值，以机载雷达的数据为测量值，通过坐标转换的方式将两者统一到同一坐标系中，进而计算两者之间的误差或均方根误差等来评定雷达探测的精度。2.根据权利要求1所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：所述测量需要参照坐标系实施，参照不同的坐标系将得出不同的测量结果，在机载雷达精度评估中，参照的坐标系有地心大地坐标系、地心直角坐标系、飞机地理坐标系和飞机机体坐标系，测量会产生误差，误差的大小与精度大小相对应，机载雷达测量误差的大小即表示雷达精度的高低。3.根据权利要求2所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：所述误差是测量值的真值与其自身的差，其表示方法可为绝对误差，绝对误差＝测量值-真值，根据具体的测试目的和内容统筹考虑，系统误差d、随机误差σ、均方根误差rmse可表示为式(1)、(2)和(3)；和(3)；和(3)；式中，x
i
为每次测量值，为测量值的平均值，t
i
为每次测量的约定真值，n表示测量次数。4.根据权利要求3所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：在机载雷达精度评估试验中，gps数据是在wgs-84坐标系中测得，载机雷达数据是在飞机机体坐标系中测得。5.根据权利要求4所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：所述gps、机载雷达(惯导)的数据存在采样取值时间不一致的问题，利用插值方法使两者的时间对齐，以雷达(惯导)测量值产生的时刻为基础，通过线性插值求取gps在该时刻的理论测量值，假设雷达(惯导)的测量值产生时刻为t
i
，gps采样间隔为t，在nt、(n+1)t时刻gps产生了测量值ξ
n
、ξ
n+1
，且nt<t
i
<(n+1)t，gps在t
i
时刻的测量值ξ
t
可表示为：即可实现gps的数据按照时间外推至雷达测量值产生的时刻，从而得出更精确的对比结果。6.根据权利要求5所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：机载雷达精度评估试验数据分析软件的设计包括两个主要模块，一是用户界面(ui)的设计，包括界面窗口的样式、初始画面、功能及流程显示、文件导入、关键参数定位和计算，结果的显示及输出，二是算法的实现，包括数据时间对齐、坐标转换和误差计算，ui界面的设计较为复杂，需要综合考虑精度处理及数据分析的全过程，同时提供算法的实现与用户需求之间的接口，
尽可能减少用户在算法层面的参与。7.根据权利要求6所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：所述ui的设计首先是界面窗口的显示，一是初始界面，即软件刚启动时的显示界面，该界面的主要元素包括图片与文字，图片的选取较为随意，文字则为使用软件过程中的注意事项，通过设计一定的时延，使初始界面显示一段时间后自行关闭并切换至操作界面，二是操作界面，其在初始界面后显示，操作界面需包含几个关键元素，如文件的导入、软件功能及操作流程的显示、关键参数的定位和精度计算及结果的显示输出。8.根据权利要求7所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：精度的计算及结果的显示输出需设计几个按钮元素配合相应的显示绘图界面完成，其中精度的计算分为两个步骤，第一步实现坐标的转换和误差(测量值-真值)的计算，第二步实现系统误差、随机误差和均方根误差的计算，基于此，结果的显示同样也分为两个界面，一个是目标距离、位置、径向速度的真值、测量值、误差的显示，另一个是三类误差值计算结果的显示，对于第一个界面显示的误差结果，将会自动地输出至excel文件中，方便后续的查看。9.根据权利要求8所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：所述ui设计和算法实现都完成后，进行软件的测试工作，测试主要进行两方面的内容，一是验证软件设计逻辑是否正确，计算流程能否正常完成，二是验证软件计算结果是否正确，为了方便测试，创建四个相关文件，并根据一定条件写入一定量的数据，载机和目标的gps数据经度、纬度、东北天速度均相同，仅在高度上不同，载机惯导的三个姿态角均取1
°
，机载雷达测量值根据gps的数据适当上下波动，执行软件精度处理及数据分析的流程。10.根据权利要求9所述的一种机载雷达精度评估分析方法，其特征在于：机载雷达精度的评估贯穿雷达使用的全过程，当雷达投入使用后，为了避免无效飞行架次，一般在每次使用完成后，都会对其精度进行评估，这就会产生较多的支撑精度评估的数据，包括测量目标的距离、位置和径向速度的误差、系统误差、随机误差和均方根误差。

技术总结
本发明公开了一种机载雷达精度评估分析方法，以满足测量精度要求的GPS/BD数据为真值，以机载雷达的数据为测量值，通过坐标转换的方式将两者统一到同一坐标系中，进而计算两者之间的误差或均方根误差等来评定雷达探测的精度，通过对数据处理分析过程中的数学模型(坐标转换、数据插值与时间对齐、误差计算等)进行研究，设计了相关数据处理分析的软件并完成简单测试，利用MATLAB对涉及的算法进行了实现，为机载雷达精度评估提供了量化支撑，同时借助图形用户界面极大地提升了数据处理和分析的效率；基于上述算法利用MATLAB设计了机载雷达精度评估试验数据分析软件，极大缩短了试验过程中数据处理的时间，提升了数据分析的效率。率。率。


技术研发人员：李兴华 胡海鹏 吴培根 陈超 郑文鹏 于永生 王斌 杜少华 贺喜 夏祥童 谢彤 李权辉 范晓凯 左炜 毛雷明 贾奥奇 芦毅 谢朝政 唐强 孙洁
受保护的技术使用者：中国人民解放军95930部队
技术研发日：2023.06.20
技术公布日：2023/9/22