雷达测量误差模型的容错检验算法

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1、8中国空间科学技术2011年12月ChineseSpaceScienceandTechn0109y第6期雷达测量误差模型的容错检验算法胡绍林1’2余慧1王晓峰2楼琳1(1西安卫星测控中心宇航动力学国家重点实验室，西安710043)(2西安理工大学自动化学院，西安7l0048)摘要空间飞行器导航定位的精度及可靠性很大程度上取决于雷达误差修正模型准确与否。以脉冲雷达为研究对象，采用统计假设检验理论，对雷达测量数据有无野值等不同情形，分别建立了误差模型拟合优度F一检验与容错F-检验、模型分量显著性T一检验和容错T一检验算法，并且利用雷达跟

2、踪飞行器的实测数据对算法进行了验证。结果显示，模型拟合优度检验与模型分量显著性检验等系列算法具有良好的容错性和适应性，可用于诊断雷达误差模型是否正确有效。关键词脉冲雷达假设检验模型诊断客错导航跟踪DoI：10．3780／i．issn-1000一758X．2011．06．0021引言雷达是目标探测和空间导航的重要工具，可通过发射无线电波发现目标，并测定其在空间位置及变化情况[1。2]。通常，脉冲雷达可以获取空间目标在任意时刻相对于雷达设备旋转中心的径向距离R。(t)、方位角A。(f)和俯仰角E。(￡)。从理论上看，利用雷达测量数据(R

3、。(￡)，A。(￡)，Ec(￡))可以单点解算出目标在被跟踪时刻的位置。但是，由于机械、环境和操作的原因，雷达跟踪测量过程中不可避免地包含有误差。由于误差的存在，影响目标定位与测速结果的可信性及精度。在雷达数据处理领域，能否精确描述和有效修复雷达测量误差，这是一个长期以来备受关注的技术难题。为了分析雷达误差模型和鉴定雷达测量精度，工程领域常用方法可分为两大类：一是标校验证(如飞机校飞、拍星鉴定和校准星等)，二是基于多源数据融合的自校准。20世纪60年代Brown博士提出雷测误差与定位结果联合自校准思想和误差模型最佳弹道估计(EMBE

4、T)算法，文献[3]中为克服EMBET算法涉及的高阶稀疏矩阵引起设计矩阵病态问题建立了递推EMBET算法。但是，无论是校飞、标校还是EMBET算法，都没有从根本上解决雷达测不准的问题。事实上，在跟踪高动态毪行目标过程中，无论是校飞标校后的雷达测量数据，还是采用EMBET自校准后的雷达测量数据，都或多或少留有难以消除的非随机时变偏差。由于这些非预期的偏差的存在，有理由怀疑雷达误差修正模型的正确性、完备性、合理性和有效性，必须构造合适的方法或算法验证现有雷达误差修正模型的可用与否。本文采用雷达数据处理领域广泛采用的“加性”(additi

5、ve)假定，建立雷达测量数据的误差分解模型；研究和构造模型拟合效果的假设检验与容错假设检验算法；建立可用于检验雷达测量过程中各已知误差项显著性的容错检验算法；并利用实测数据验证文中方法和算法的有效性。国家自然科学基金(11026224，61074077)资助项目收稿日期：2011一01_28。收修改稿日期：2011一04—182011年12月中国空间科学技术2雷达测量数据误差分解与数学建模文献[2]详细分析了雷达跟踪空间飞行目标过程中可能出现的各种误差，按误差表现形式分为系统误差、随机误差和过失误差；按环节或来源分为设备误差、动态误

6、差、环境误差、折射误差、参数误差、动态滞后和时间延迟误差；按测量数据的不同又可分为测距误差、测角误差、测速误差等。不同误差的产生机理不同、表现形式不同、作用后果不同、统计性质也不同。不是所有的误差都可以解析表示，也不是所有误差都可以静态标校或动态测定。在雷达数据处理过程中，通行做法是抓主要矛盾，解决其中影响大的主要误差项，例如，设备零值(8R。，她。，艿E。)、轴系误差(光轴与机械轴不正交、光轴与电轴不正交、大盘倾斜)、折射误差(敞。，M。，占E。)、动态滞后误差(涨d，Md，8Ed)等【2]。本节以脉冲雷达跟踪测鼍过程的测量数据为

7、例，简要给出雷达测距、测角的误差分解模型[2]，并且实现模型表达形式的统一化。1)测距误差线性分解模型：△R(￡i)些R。(￡f)一Ro(f；)一敞。+涨。(￡f)+涨d(￡f)+涨升￡R(fi)(1)式中￡。=￡。+i^为采样时刻，^为采样时间间隔；R。为测距的真值；6Rr为应答时延引入的差值；e。为测距随机误差、过失误差与各种非模型误差、误差模型残余量的综合影响。2)方位角误差线性分解模型：△A(￡；)些A。(￡i)一Ao(岛)=她o+艿A。(￡i)+Md(￡。)+艿Ax(￡i)+eA(￡f)1⋯8A^(￡i)一($in(A。(

8、￡f)一AM)+y)tanE。(￡i)+(A】+A2)(secE。(￡f)一1)J式中A。为方位角的真值；卢为大盘倾斜度；AM为大盘倾斜方向角；y为俯仰轴与方位轴不正交量；A，为光机不正交量；．=I。为光电不正交方位分量；eA为方位角