一种雷达辅助红外传感器的目标探测系统及探测方法技术方案

本发明专利技术公开了一种雷达辅助红外目标探测系统，主要包括红外独立跟踪模块，红外/雷达协同跟踪模块、雷达辐射控制模块、跟踪模式选择及切换模块。本发明专利技术系统针对性提出辐射开关策略，有效地解决了间歇辐射中的何时辐射何时停止的难题，在确保作战飞机对目标进行精确攻击的前提下，有效地减少了雷达的辐射时间，在飞机隐身性和目标探测效果上取得了平衡。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达辅助红外传感器的目标探测系统及探测方法
本专利技术涉及航空电子
,具体涉及一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，适用于新一代隐身战斗机使用雷达/红外传感器协同探测目标。
技术介绍
雷达传感器通过对外辐射能量方式来探测目标，但是对外辐射使其需要面对反辐射导弹的威胁，因此，作战飞机飞向目标区时，为了隐蔽接敌，机载航电系统主要使用红外传感器，减少使用雷达传感器。红外传感器可获取目标的角度信息，但缺少目标距离信息。为了补充目标信息的维度，雷达传感器猝发辐射测距，在不破坏飞机隐身性的前提下，可实现接敌阶段对目标的精确跟踪。雷达辅助红外传感器目标探测是基于雷达传感器猝发辐射辅助红外传感器，利用雷达传感器提供的目标距离信息和红外传感器高分辨率的角度信息，实现对目标精确跟踪的技术。这种技术的关键是制定雷达传感器的辐射控制策略，在精确探测目标和减少辐射时间上取得平衡。在多传感器协同跟踪与辐射控制策略方面，国内外学者开展了大量的研究，Baud等人提出了一种基于跟踪质量的辐射控制方法，跟踪质量用目标残差范数来判断，这种方法对于机动目标具有较强的鲁棒性，但是跟踪发散时，距离维度会比目标残差范数更早超过门限，跟踪质量方法对距离维度关注不够。程咏梅等人则是在极坐标系下，利用singer模型对目标距离、方位、俯仰分别进行跟踪，通过距离预测协方差来确定雷达开关机，这种方法充分利用距离通道信息，但在辐射停止期间目标出现机动，跟踪会出现问题。
技术实现思路
针对已有技术存在的不足，本专利技术的目的在于提供一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，是作战飞机利用雷达传感器和红外传感器的信息互补性能，在不破坏飞机隐身性的条件下，合理进行雷达设备的辐射控制，根据获得的红外传感器连续的角度信息和雷达传感器间歇的距离信息，采用滤波算法实现对目标的高精度跟踪。在大幅度降低飞机被敌发现概率下，使飞机具备对敌方目标精确打击的能力。本专利技术另一目的在于提供利用该系统进行探测的方法。本专利技术的专利技术目的是通过如下技术方案实现的。本专利技术的雷达辅助红外目标探测系统，其结构如图1所示，包括红外独立跟踪模块，红外/雷达协同跟踪模块、雷达辐射控制模块、跟踪模式选择及切换模块，先由红外传感器对空域进行扫描，雷达传感器处于不辐射状态,一旦发现目标，雷达辐射控制模块允许雷达传感器进行辐射，由跟踪模式选择及切换模块切换到红外/雷达协同模块,在雷达传感器和红外传感器同时对目标进行连续若干拍扫描后，红外/雷达协同跟踪模块根据雷达和红外的数据进行滤波跟踪,给出高精度的目标数据,雷达辐射控制模块控制雷达停止辐射，利用红外的角度信息维持目标的跟踪，在雷达辐射控制模块中，根据航迹质量检验和距离、角度的精度进行判断，决定是否需要雷达辐射支持。雷达处于间歇工作状态，红外始终处于工作状态中,雷达的辐射与停止由雷达辐射控制模块来决定。本专利技术系统采用singer模型对目标距离、方位、俯仰分别进行跟踪。雷达辐射时，距离通道滤波更新，角度通道先融合后滤波更新；停止辐射，距离通道预测，角度通道滤波更新。雷达辅助红外传感器目标探测系统进行探测的方法，包括如下步骤：1)在雷达和红外同时对目标进行连续若干拍扫描后，停止雷达辐射，进入雷达辅助红外探测阶段，由雷达辐射控制模块来进行辐射判决；2)雷达停止辐射后，利用滤波信息进行距离预测，依据红外的角度信息维持目标的跟踪；3)在雷达辐射控制模块中，根据航迹质量检验和距离、角度的相关参数进行判断，决定是否需要雷达辐射支持；4)在跟踪模式选择与切换中，根据雷达辐射标识完成两种跟踪模式的切换。系统利用雷达传感器的距离、径向速度、方位角、俯仰角数据，结合红外传感器的方位角、俯仰角，经过Kalman滤波，实现对目标的跟踪。具体如下：雷达辐射时：系统收到红外和雷达传感器数据后，以雷达传感器的距离和径向速度为量测，进行距离通道滤波，得到目标的距离、速度和加速度以及各参数的协方差；将雷达传感器和红外传感器的方位角、俯仰角进行融合，融合结果作为量测，进行方位、俯仰两个通道滤波，滤波后的获得目标的方位角、俯仰角、方位角变化率、俯仰角变化率以及各参数的协方差。停止辐射时：系统只收到红外传感器的方位角、俯仰角，将其作为两个通道的量测，进行滤波；对距离通道进行预测，得到目标的距离、速度、加速度预测值和预测方差。从上述描述中可见，雷达辐射时，距离通道滤波更新，角度通道先融合后滤波更新；停止辐射，距离通道预测，角度通道滤波更新。进行雷达辐射的条件是：1)红外传感器探测到新目标，需要雷达辐射，雷达/红外协同跟踪，进行新目标的航迹起始，直到滤波收敛，跟踪达到攻击所需的精度；2)进行目标航迹质量检验，根据距离通道残差向量范数和角度通道的角度变化率进行机动检测，目标出现机动，进行雷达辐射；3)在距离通道预测时，距离预测协方差和预测时间分别与各自对应的阈值进行比较，有一项超过阈值就进行雷达辐射；4)根据目标加速度进行判断，大于阈值，则需要雷达辐射。停止辐射条件为：1)距离通道协方差小于某个阈值，雷达停止辐射；2)连续辐射时间超过某个阈值，强制停止辐射若干拍。本专利技术系统是一种雷达辐射控制新策略,当红外传感器探测到新目标，需要进行雷达辐射，在距离信息辅助下完成新目标的航迹起始；对目标航迹质量进行检验，判断目标的距离残差向量范数和目标的角度变化率，超过门限，目标出现机动，进行雷达辐射；对目标距离预测时，距离预测协方差或预测时间超过门限，进行雷达辐射，防止目标跟丢；加速度是目标机动最直接的体现，判断目标加速度进行雷达辐射决策；当距离协方差小于某个门限，停止辐射；雷达传感器连续辐射时间超过某个门限，停止辐射若干拍。本专利技术与现有技术相比，其优点和有益效果是：1)在目标跟踪过程中针对目标机动问题，充分考虑了目标机动的特点，既没有盲目进行辐射，也没有对机动目标置之不理，而是针对性提出辐射开关策略，有效地解决了间歇辐射中的何时辐射何时停止的难题；2)在确保作战飞机对目标进行精确攻击的前提下，有效地降低了雷达设备的辐射时间，在飞机隐身性和目标探测效果上取得了平衡。附图说明图1是本专利技术的雷达/红外传感器探测系统原理框图；图2是本专利技术的雷达传感器开始/停止辐射效果图；图3是本专利技术的目标的距离跟踪效果图；图4是本专利技术的目标的方位跟踪效果图；图5是本专利技术的目标的俯仰跟踪效果图。具体实施方式以下将结合附图和实施例对本专利技术作进一步的说明。实施例本专利技术的雷达辅助红外目标探测系统，其结构如图1所示。系统主要包括红外独立跟踪模块，红外/雷达协同跟踪模块、雷达辐射控制模块、跟踪模式选择及切换模块。飞机从坐标原点，作匀速直线运动，速度为(150，100，30)m/s，目标作水平匀速圆周运动，圆心坐标为(30，40，0.6)km，运动半径为5km，角速度为0.08rad/s。采样间隔为50ms，采样4000拍，雷达传感器为雷达，红外传感器为红外，雷达与红外采样时间同步，系统收到的雷达、红外数据性能指标如表1所示：距离(m)径向速度(m/s)方位角(mrad)俯仰角(mrad)雷达1％R151010红外//1.160.93表1传感器性能指标采用的雷达辐射控制策略。雷达辐射有：1)雷达距离通道滤波收敛，距离精度未达到0.2％R；2)雷达距离预测协方本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，包括红外独立跟踪模块，红外/雷达协同跟踪模块、雷达辐射控制模块、跟踪模式选择及切换模块，其特征在于：红外传感器对空域进行扫描，雷达传感器处于不辐射状态,一旦发现目标，雷达辐射控制模块允许雷达传感器进行辐射，由跟踪模式选择及切换模块切换到红外/雷达协同模块,在雷达传感器和红外传感器同时对目标进行连续若干拍扫描后，红外/雷达协同跟踪模块根据雷达和红外的数据进行滤波跟踪,并给出高精度的目标数据,然后雷达辐射控制模块控制雷达停止辐射，利用红外的角度信息维持目标的跟踪，在所述雷达辐射控制模块中，根据航迹质量检验和距离及角度的精度进行判断，决定是否需要雷达辐射支持。

【技术特征摘要】
1.一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，包括红外独立跟踪模块，红外/雷达协同跟踪模块、雷达辐射控制模块、跟踪模式选择及切换模块，其特征在于：红外传感器对空域进行扫描，雷达传感器处于不辐射状态,一旦发现目标，雷达辐射控制模块允许雷达传感器进行辐射，由跟踪模式选择及切换模块切换到红外/雷达协同模块,在雷达传感器和红外传感器同时对目标进行连续若干拍扫描后，红外/雷达协同跟踪模块根据雷达和红外的数据进行滤波跟踪,并给出高精度的目标数据,然后雷达辐射控制模块控制雷达停止辐射，利用红外的角度信息维持目标的跟踪，在所述雷达辐射控制模块中，根据航迹质量检验和距离及角度的精度进行判断，决定是否需要雷达辐射支持；其中，进行雷达辐射的条件是：红外传感器探测到新目标，需要雷达辐射；或者，进行目标航迹质量检验，根据距离通道残差向量范数和角度通道的角度变化率进行机动检测，目标出现机动，进行雷达辐射；或者，在距离通道预测时，距离预测协方差和预测时间分别与各自对应的阈值进行比较，有一项超过阈值就进行雷达辐射；或者，根据目标加速度进行判断，大于阈值，则需要雷达辐射。2.根据权利要求1所述的一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，其特征在于，雷达处于间歇工作状态，红外始终处于工作状态中,雷达的辐射与停止由雷达辐射控制模块来决定。3.根据权利要求1所述的一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，其特征在于，利用singer模型对目标进行跟踪。4.根据权利要求1所述的一种雷达辅助红外传感器目标探测系统，其特征在于，雷达辐射时，距离通道滤波更新，角度通道先融合后滤波更新；停止辐射，距离通道预测，角度通道滤波更新。5.根据权利要求1-4任一所述的雷达辅助红外传感器目标探测系统的探测方法，其特征在于，包括如下步骤：1)在雷达和红外同时对目标进行连续若...

【专利技术属性】
技术研发人员：赵军，
申请(专利权)人：中国航空无线电电子研究所，
类型：发明
国别省市：