一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法技术方案

本发明专利技术公开了一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法，标定系统包含光学跟瞄系统；微波天线、环形器、和差器；发射机；接收机；数字信号处理机，其连接光学跟瞄系统、接收机和发射机；机构控制器、二维指向机构。本发明专利技术依靠复合跟瞄雷达产品自身配套的光学跟瞄系统实现微波天线机械轴指向的在轨标定。这种标定系统和标定方法只需依靠产品配套硬件，不需增加额外硬件设备，易于工程实现，非常适合在空间重量资源有限的平台上使用。

On orbit calibration system and method for spaceborne microwave optical composite following radar

The invention discloses a spaceborne microwave optical composite tracking radar calibration system and method, the calibration system includes optical tracking system; microwave antenna, circulator, and differential device; transmitter; receiver; digital signal processor, the connection of the optical tracking system, transmitter and receiver; mechanism controller, two-dimensional pointing mechanism. The invention realizes the on orbit calibration of the mechanical axis of the microwave antenna on the basis of the optical pointing and tracking system which is matched with the composite aiming radar product. The calibration system and calibration method only need to rely on the hardware of the product, do not need to add additional hardware equipment, and is easy to implement.

【技术实现步骤摘要】

本专利技术涉及空间精确跟瞄载荷在轨测试
，特别涉及一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法。
技术介绍
现有星载微波跟瞄雷达主要为空间平台提供非合作目标的距离、速度、角度等高精度的测量信息。星载雷达为保证雷达测量坐标系与航天器本体坐标系中获得目标信息的一致性，需要通过安装在雷达和航天器本体上的立方镜来实现。精确标定雷达测量坐标系与立方镜坐标系之间的旋转关系，才能保证星载雷达给航天器提供精确、可靠的目标信息。为达到此目的，必须在地面采用特定的标定系统和标定方法标定雷达天线和驱动机构的安装精度、雷达电轴与天线机械轴的一致性。雷达电轴定义为雷达天线差波瓣零值点指向；天线机械轴定义为通过天线口径平面中心并垂直口径平面的轴线；微波光学复合跟瞄雷达在轨标定指的是天线机械轴指向在轨标定。但是微波跟瞄雷达随空间平台经地面发射、入轨剧烈振动和入轨后的热变形等因素，天线机械轴指向将会发生变化，从而带来测角精度下降。随着空间平台对测角精度的要求越来越高，有必要实现天线机械轴指向在轨标定技术。现有技术的检索数据(需含有专利检索内容)：专利有《相机标定》201510132990.9、《一种星载微波跟瞄雷达的电轴光学标定系统及其标定方法》201310414744.3、《一种测角精度标定系统》201521065056.1；文献包括《空间交会对接微波雷达测量系统地面校准技术研究》(“宇航计测技术”，Vol.31No.6，Dec.2011)和《基于全站仪自由设站法的机载雷达标定及精度估算》(江苏省测绘学会2011年学术年会)。与本技术方案相比较，上述专利和文献的标定系统和标定方法，均需要增加测量标定辅助硬件，操作方法复杂，不易空间远程控制实现，不适合在轨低功耗、轻量化和结构紧凑的平台上应用。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法，依靠复合跟瞄雷达产品自身配套的光学跟瞄系统实现微波天线机械轴指向的在轨标定。这种标定系统和标定方法只需依靠产品配套硬件，不需增加额外硬件设备，易于工程实现，非常适合在空间重量资源有限的平台上使用。为了实现以上目的，本专利技术是通过以下技术方案实现的：一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统，其特点是，包含：光学跟瞄系统，用于将光信号转换为电信号并输出数字图像，并将数字图像进行目标提取、内插细分定位、坐标换算及目标识别；微波天线、环形器、和差器，所述的微波天线将来自环形器的发射信号辐射出去，接收来自目标反射回来的回波信号经过和差器分别形成和路、方位和俯仰信号；发射机，用于发射主振射频信号和本振射频信号；接收机，其接收环形器的和路信号、微波天线的方位和俯仰信号；数字信号处理机，其连接光学跟瞄系统、接收机和发射机，用于跟瞄雷达的目标信息检测提取、流程控制、时序控制、对外通信与数据传输；机构控制器、二维指向机构，所述的机构控制器驱动控制二维指向机构并提取其角度信息，所述的二维指向机构根据目标回收信号测量输出的角误差信息，驱动微波天线对目标的角度跟踪。所述的光学跟瞄系统包含：光学镜头、图像传感器，所述的图像传感器将光学镜头的光信号转换为电信号并输出数字图像；控制数据处理机，其输入端连接图像传感器，用于星图信息的提取、识别、建立观测模型、解算参数输出天线机械轴真实指向。所述的数字信号处理机包含一天线机械轴指向在轨标定角度查找表模块，其用于存放光学解算天线机械轴真实指向角度和对应的二维指向机构的角敏感器反馈的角度信息。所述的数字信号处理机包含一天线机械轴指向实时计算模块，用于根据标定的角度信息和插值算法实时计算天线机械轴。一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定方法，其特点是，该方法包含如下步骤：S1，光学跟瞄系统，用于将光信号转换为电信号并输出数字图像，并将数字图像进行目标提取、内插细分定位、坐标换算及目标识别；S2，微波天线将来自环形器的发射信号辐射出去，接收来自目标反射回来的回波信号经过和差器分别形成和路、方位和俯仰通道；S3，发射机发射主振射频信号和本振射频信号；S4，二维指向天线根据目标回收信号测量输出的角误差信息，驱动微波天线对目标的角度跟踪；S5，数字信号处理机跟瞄雷达的目标信息检测提取、流程控制、时序控制、对外通信与数据传输。所述的步骤S1具体包含：S1.1，图像传感器将光学镜头的光信号转换为电信号并输出数字图像；S1.2，控制数据处理机对星图信息的提取、识别、建立观测模型、解算参数，并输出天线机械轴真实指向。所述的步骤S5包含：S5.1，天线机械轴指向在轨标定角度查找表模块存放光学解算天线机械轴真实指向角度和对应的二维指向机构的角敏感器反馈的角度信息；S5.2，天线机械轴指向实时计算模块根据标定的角度信息和插值算法实时计算天线机械轴。本专利技术与现有技术相比，具有以下优点：本专利技术依靠复合跟瞄雷达产品自身配套的光学跟瞄系统实现微波天线机械轴指向的在轨标定。这种标定系统和标定方法只需依靠产品配套硬件，不需增加额外硬件设备，易于工程实现，非常适合在空间重量资源有限的平台上使用。附图说明图1为本专利技术一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统的框图；图2为本专利技术步骤S1.2的具体流程图；图3为本专利技术光学跟瞄系统坐标系图；图4为本专利技术步骤S1.2中的天球坐标系图；图5为本专利技术光学系统坐标系与天球坐标系合并的简化坐标系；图6为本专利技术的天线机械轴指向在轨标定角度查找表模块的计算处理流程图；图7是表示本专利技术的天线机械轴指向实时计算模块的处理流程图。图8、图9是表示本专利技术的天线机械轴指向实时计算模块中计算方法的图形式示意说明图。具体实施方式以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本专利技术做进一步阐述。如图1所示，一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统，包含：光学跟瞄系统，用于将光信号转换为电信号并输出数字图像，并将数字图像进行目标提取、内插细分定位、坐标换算及目标识别；微波天线、环形器、和差器，所述的微波天线将来自环形器的发射信号辐射出去，接收来自目标反射回来的回波信号经过和差器分别形成和路、方位和俯仰信号，其中和路信号通过环形器进入接收机，方位和俯仰信号直连到接收机；发射机，用于发射主振射频信号和本振射频信号；接收机，其接收环形器的和路信号、微波天线的方位和俯仰信号；数字信号处理机，其连接光学跟瞄系统、接收机和发射机，用于跟瞄雷达的目标信息检测提取、流程控制、时序控制、对外通信与数据传输；机构控制器、二维指向机构，所述的机构控制器驱动控制二维指向机构并提取其角度信息，所述的二维指向天线根据目标回收信号测量输出的角误差信息，驱动微波天线对目标的角度跟踪。环形器将发射机输出的高功率信号与高灵敏度的接收机隔离起来，防止烧毁接收机。接收机分别接收来自环形器的和路信号、天线的俯仰和方位信号，对微波信号进行下变频，通过多级放大、隔离输出中频信号，同时控制信号增益和低通滤波处理，使输出信号具有合适的电平和带宽供数字信号处理机中的A/D采样。A/D转换器将中频模拟信号转换成可供DSP(DigitalSignalProcessor：数字信号处理器)或者FPGA(FieldProgrammableGateArray：现场可编程门阵列)处理的数字量。数字信号处理机负责跟瞄雷达的目标信本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统，其特征在于，包含：光学跟瞄系统，用于将光信号转换为电信号并输出数字图像，并将数字图像进行目标提取、内插细分定位、坐标换算及目标识别；微波天线、环形器、和差器，所述的微波天线将来自环形器的发射信号辐射出去，接收来自目标反射回来的回波信号经过和差器分别形成和路、方位和俯仰信号；发射机，用于发射主振射频信号和本振射频信号；接收机，其接收环形器的和路信号、微波天线的方位和俯仰信号；数字信号处理机，其连接光学跟瞄系统、接收机和发射机，用于跟瞄雷达的目标信息检测提取、流程控制、时序控制、对外通信与数据传输；机构控制器、二维指向机构，所述的机构控制器驱动控制二维指向机构并提取其角度信息，所述的二维指向机构根据目标回收信号测量输出的角误差信息，驱动微波天线对目标的角度跟踪。

【技术特征摘要】
1.一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统，其特征在于，包含：光学跟瞄系统，用于将光信号转换为电信号并输出数字图像，并将数字图像进行目标提取、内插细分定位、坐标换算及目标识别；微波天线、环形器、和差器，所述的微波天线将来自环形器的发射信号辐射出去，接收来自目标反射回来的回波信号经过和差器分别形成和路、方位和俯仰信号；发射机，用于发射主振射频信号和本振射频信号；接收机，其接收环形器的和路信号、微波天线的方位和俯仰信号；数字信号处理机，其连接光学跟瞄系统、接收机和发射机，用于跟瞄雷达的目标信息检测提取、流程控制、时序控制、对外通信与数据传输；机构控制器、二维指向机构，所述的机构控制器驱动控制二维指向机构并提取其角度信息，所述的二维指向机构根据目标回收信号测量输出的角误差信息，驱动微波天线对目标的角度跟踪。2.如权利要求1所述的星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统，其特征在于，所述的光学跟瞄系统包含：光学镜头、图像传感器，所述的图像传感器将光学镜头的光信号转换为电信号并输出数字图像；控制数据处理机，其输入端连接图像传感器，用于星图信息的提取、识别、建立观测模型、解算参数输出天线机械轴真实指向。3.如权利要求1所述的星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统，其特征在于，所述的数字信号处理机包含一天线机械轴指向在轨标定角度查找表模块，其用于存放光学解算天线机械轴真实指向角度和对应的二维指向机构的角敏感器反馈的角度信息。4.如权利要求1所述的...

【专利技术属性】
技术研发人员：高媛，王凤姣，邹波，衡燕，周郁，蔡昆，张衡，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海;31