一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法及系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】公開了一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法，包括：在目標(biāo)的飛行區(qū)域下的第一平面內(nèi)按預(yù)設(shè)的分布策略布置N個(gè)探測單元，每個(gè)探測單元由聲音傳感器、無線電多普勒傳感器復(fù)合而成；對于每個(gè)探測單元，記錄目標(biāo)距聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻ti、以及目標(biāo)距無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t′i，i＝1,2,…N；根據(jù)ti計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第一估計(jì)值α1，根據(jù)t′i計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第二估計(jì)值α2；根據(jù)α1、α2確定目標(biāo)在第一平面的航向角α。其中，所述目標(biāo)做勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。本發(fā)明的方法能夠簡便、快捷地對低空慢速小目標(biāo)進(jìn)行探測，探測成本較低、易于推廣。本發(fā)明還公開了一種探測系統(tǒng)，其能實(shí)現(xiàn)探測方法的所有有益效果。
【專利說明】
一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法及系統(tǒng)
技術(shù)領(lǐng)域
[0001 ]本發(fā)明涉及目標(biāo)探測領(lǐng)域，尤其涉及一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法及系 統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0002] 低空慢速小目標(biāo)，是對在低空或超低空下飛行、速度較慢、有效探測面積較小的各 種小型航空器和空中漂浮物的統(tǒng)稱。一般而言，飛行高度在100米~1000米之間稱為低空， 飛行高度低于1〇〇米稱為超低空。由于具有飛行高速低、速度慢、散射強(qiáng)度弱等特點(diǎn)，低空慢 速小目標(biāo)的探測工作非常困難。通常，我們很難利用單一的探測手段對其進(jìn)行全天時(shí)、全天 候的有效探測與監(jiān)控。
[0003] 近年來，雖然傳統(tǒng)的目標(biāo)探測方法日臻完善，但是低空慢速小目標(biāo)的探測與監(jiān)控 仍然是國際范圍內(nèi)的技術(shù)難題之一。隨著我國低空空域的開放，對低空慢速小目標(biāo)的監(jiān)管 與防范更是成為亟待解決的技術(shù)難題。
[0004] 在現(xiàn)有技術(shù)中，可基于一種由紅外光學(xué)傳感器和雷達(dá)組成的探測系統(tǒng)對低空慢速 小目標(biāo)進(jìn)行探測。但是，該探測系統(tǒng)的成本較高，難以大面積使用。鑒于此，亟需一種低成 本、可大范圍推廣使用的低空慢速小目標(biāo)探測方法與探測系統(tǒng)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明的目的在于提出一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法及系統(tǒng)，以對低空小 目標(biāo)進(jìn)行有效探測，同時(shí)降低探測成本，提高探測系統(tǒng)的可推廣性。
[0006] 本發(fā)明公開了一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法，包括以下步驟：
[0007] S1、在目標(biāo)的飛行區(qū)域下方布設(shè)N個(gè)探測單元，所述N個(gè)探測單元按照預(yù)設(shè)的分布 策略設(shè)置在第一平面內(nèi)、且N個(gè)探測單元不完全共線;每個(gè)探測單元由聲音傳感器、無線電 多普勒傳感器復(fù)合而成；
[0008] S2、對于每個(gè)探測單元，記錄所述目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻U、以及所述 目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻V :，i = 1，2，…N;
[0009] S3、根據(jù)目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻U計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第 一估計(jì)值^，根據(jù)目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻V :計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航 向角的第二估計(jì)值a2 ;
[0010] S4、根據(jù)第一估計(jì)值~、第二估計(jì)值叱確定目標(biāo)在第一平面的航向角a;
[0012]其中，所述目標(biāo)做勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。
[0013]優(yōu)選的，在步驟S1中，N = 4,所述預(yù)設(shè)的分布策略具體為:第一至第四探測單元依 次排列在正方形陣列的四個(gè)頂點(diǎn)上。
[0014]優(yōu)選的，在步驟S3之前，所述方法還包括以下步驟：以第一探測單元指向第二探測 單元的方向?yàn)閄軸正向，以第一探測單元指向第四探測單元的方向?yàn)閥軸正向，構(gòu)建xoy坐標(biāo) 系，以目標(biāo)運(yùn)動軌跡在第一平面的投影與x軸的夾角作為航向角a。
[0015]優(yōu)選的，根據(jù)公式2計(jì)算航向角的第一估計(jì)值a1;
[0017]式中，為目標(biāo)距離第一探測單元中的聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t2為目標(biāo)距離第 二探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t3為目標(biāo)距離第三探測單元中聲音傳感器的最近 點(diǎn)時(shí)刻，t4為目標(biāo)距離第四探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻；
[0018]以及，根據(jù)公式3計(jì)算航向角的第二估計(jì)值w;
[0020] 式中，為目標(biāo)距離第一探測單元中的無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，為 目標(biāo)距離第二探測單元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 3為目標(biāo)距離第三探測單 元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 4為目標(biāo)距離第四探測單元中無線電多普勒傳 感器的最近點(diǎn)時(shí)刻。
[0021] 優(yōu)選的，在步驟S1中，N = 3,所述預(yù)設(shè)的分布策略具體為:第一至第三探測單元順 次排列在正三角形陣列的三個(gè)頂點(diǎn)上。
[0022] 優(yōu)選的，在步驟S3之前，所述方法還包括以下步驟:在第一平面內(nèi)，以第一探測單 元指向第二探測單元的方向?yàn)閤軸正向，以與第一、二探測單元所在直線垂直的直線為y軸， 構(gòu)建xoy坐標(biāo)系，以目標(biāo)運(yùn)動軌跡在第一平面的投影與x軸的夾角作為航向角a。
[0023] 優(yōu)選的，根據(jù)公式4計(jì)算航向角的第一估計(jì)值a1;
[0025]式中，為目標(biāo)距離第一探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，^為目標(biāo)距離第二 探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t3為目標(biāo)距離第三探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn) 時(shí)刻，I I為絕對值運(yùn)算符；
[0026]以及，根據(jù)公式5計(jì)算航向角的第二估計(jì)值a2;
[0028]式中，V :為目標(biāo)距離第一探測單元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 2為目 標(biāo)距離第二探測單元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 3為目標(biāo)距離第三探測單元 中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，I I為絕對值運(yùn)算符。
[0029] 優(yōu)選的，在步驟S3之后，所述方法還包括以下步驟:計(jì)算目標(biāo)距離每個(gè)探測單元的 最近點(diǎn)距離di，i = 1，2，'"N;
[0031]式中，T為探測時(shí)的大氣溫度。
[0032]優(yōu)選的，步驟S2具體為:對于聲音傳感器，監(jiān)測其在100~1000Hz頻段的噪聲頻譜， 并將出現(xiàn)噪聲峰值點(diǎn)的時(shí)刻記為目標(biāo)距離該傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t1;對于無線電多普勒傳 感器，監(jiān)測其產(chǎn)生的回波頻譜，并將出現(xiàn)無頻移點(diǎn)的時(shí)刻記為目標(biāo)距離該傳感器的最近點(diǎn) 時(shí)刻t^。
[0033]本發(fā)明還提供了一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測系統(tǒng)，所述系統(tǒng)包括:探測模塊、 航向角計(jì)算模塊；
[0034]所述探測模塊由布設(shè)在目標(biāo)飛行區(qū)域下方的N個(gè)探測單元構(gòu)成，所述N個(gè)探測單元 按照預(yù)設(shè)的分布策略設(shè)置在第一平面內(nèi)、且N個(gè)探測單元不完全共線;每個(gè)探測單元由聲音 傳感器、無線電多普勒傳感器復(fù)合而成；
[0035]所述探測模塊用于探測目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻。、以及目標(biāo)距離無線 電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻〖\，1 = 1，2,…N;
[0036]所述航向角計(jì)算模塊用于根據(jù)^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第一估計(jì)值ai， 根據(jù)V 3十算目標(biāo)在第一平面的航向角的第二估計(jì)值a2;以及，根據(jù)ai、a2確定目標(biāo)在第一平 面的航向角a;
[0038]其中，所述目標(biāo)做勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。
[0039]優(yōu)選的，所述系統(tǒng)還包括:最近點(diǎn)計(jì)算模塊;所述最近點(diǎn)計(jì)算模塊用于計(jì)算目標(biāo)距 離每個(gè)探測單元的最近點(diǎn)距離di，i = 1，2，…N;
[0041 ]式中，T為探測時(shí)的大氣溫度。
[0042] 在本發(fā)明中，低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法包括以下步驟:在目標(biāo)的飛行區(qū)域 下的第一平面內(nèi)按預(yù)設(shè)的分布策略布置N個(gè)探測單元，每個(gè)探測單元由聲音傳感器、無線電 多普勒傳感器復(fù)合而成;對于每個(gè)探測單元，記錄目標(biāo)距聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t、以及 目標(biāo)距無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t、;根據(jù)^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第一 估計(jì)值W，根據(jù)V 3十算目標(biāo)在第一平面的航向角的第二估計(jì)值a2;根據(jù)ai、a2確定目標(biāo)在第 一平面的航向角a。本發(fā)明通過以上方法能夠簡單、快捷的測算目標(biāo)的飛行角度。與傳統(tǒng)的 基于紅外光學(xué)傳感器、雷達(dá)的探測方法相比，本發(fā)明的探測方法由于采用低成本的聲音傳 感器、無線電多普勒傳感器，降低了探測成本，便于大范圍推廣使用。進(jìn)一步的，本發(fā)明通過 聲音傳感器、無線電多普勒傳感器進(jìn)行復(fù)合探測，實(shí)現(xiàn)了聲探測技術(shù)與無線電探測技術(shù)的 結(jié)合，被動探測與主動探測的結(jié)合。通過聲音傳感器與無線電多普勒傳感器的協(xié)同互補(bǔ)，實(shí) 現(xiàn)了低空慢速小目標(biāo)探測的低虛警率、低漏警率。
【附圖說明】
[0043] 通過以下參照附圖而提供的【具體實(shí)施方式】部分，本發(fā)明的特征和優(yōu)點(diǎn)將變得更加 容易理解，在附圖中：
[0044] 圖1是本發(fā)明的低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法的流程示意圖；
[0045] 圖2是具體實(shí)施例一中航向角的第一估計(jì)值計(jì)算示意圖；
[0046] 圖3是具體實(shí)施例二中航向角的第一估計(jì)值的計(jì)算示意圖；
[0047] 圖4是本發(fā)明的低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0048] 下面參照附圖對本發(fā)明的示例性實(shí)施方式進(jìn)行詳細(xì)描述。對示例性實(shí)施方式的描 述僅僅是出于示范目的，而絕不是對本發(fā)明及其應(yīng)用或用法的限制。
[0049] 目前，低空慢速小目標(biāo)的探測與監(jiān)控仍然是國際范圍內(nèi)的技術(shù)難題之一。在現(xiàn)有 技術(shù)中，主要通過紅外光學(xué)傳感器和雷達(dá)組成的探測系統(tǒng)對低空慢速小目標(biāo)進(jìn)行探測。但 是，該探測系統(tǒng)的成本較高、難以大范圍地推廣使用。
[0050] 鑒于此，本申請的發(fā)明人提出了一種針對低空慢速小目標(biāo)的新的探測方法及探測 系統(tǒng)。本發(fā)明的探測方法的主要思路是:首先，根據(jù)預(yù)定策略布置多個(gè)探測單元;其中，每個(gè) 探測單元由聲音傳感器、無線電多普勒傳感器構(gòu)成;然后，獲取目標(biāo)距離聲音傳感器的最近 點(diǎn)時(shí)刻^、以及目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t、;接下來，根據(jù)t計(jì)算航向角 的第一估計(jì)值，根據(jù)計(jì)算航向角的第二估計(jì)值;最后，對第一、二估計(jì)值取平均，以確定 航向角的值。本發(fā)明通過聲音傳感器、無線電多普勒傳感器進(jìn)行復(fù)合探測，實(shí)現(xiàn)了聲探測技 術(shù)與無線電探測技術(shù)的結(jié)合，被動探測與主動探測的結(jié)合。通過聲音傳感器與無線電多普 勒傳感器的協(xié)同互補(bǔ)，實(shí)現(xiàn)了低空慢速小目標(biāo)探測的低虛警率、低漏警率。進(jìn)一步地，由于 選用低成本的聲音傳感器及無線電多普勒傳感器，大大降低了探測成本。
[0051] 下面結(jié)合附圖及具體實(shí)施例對本發(fā)明的技術(shù)方案進(jìn)行詳細(xì)說明。圖1為本發(fā)明中 低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法的流程圖。從圖1可見，該方法包括以下步驟：
[0052] 步驟S1、在目標(biāo)的飛行區(qū)域下方布設(shè)N個(gè)探測單元，所述N個(gè)探測單元按照預(yù)設(shè)的 分布策略設(shè)置在第一平面內(nèi)、且N個(gè)探測單元不完全共線;每個(gè)探測單元由聲音傳感器、無 線電多普勒傳感器復(fù)合而成。其中，所述目標(biāo)做勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。
[0053] 在具體實(shí)施時(shí)，可以將所述N個(gè)探測單元按照預(yù)設(shè)的分布策略設(shè)置在各種建筑， 和/或，路燈等物體上，以組成探測網(wǎng)絡(luò)。在一個(gè)探測網(wǎng)絡(luò)中，探測單元的個(gè)數(shù)、設(shè)置間隔可 根據(jù)實(shí)際情況確定。比如，探測單元的個(gè)數(shù)為3個(gè)，相鄰探測單元的設(shè)置間隔為1000米。 [0054]其中，所述預(yù)設(shè)的分布策略可以有多種。例如，設(shè)置四個(gè)探測單元，并使其呈正方 形陣列分布?；蛘撸O(shè)置三個(gè)探測單元，并使其呈正三角形陣列分布。需要指出的是，所述預(yù) 設(shè)的分布策略并不限于以上兩種方式。只要不影響本發(fā)明的實(shí)施，任何預(yù)設(shè)的分布策略都 在本發(fā)明的保護(hù)范圍內(nèi)。
[0055] 步驟S2、對于每個(gè)探測單元，記錄所述目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t、以及 所述目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻V :，i = 1，2，…N。
[0056] 本申請的發(fā)明人考慮到，目標(biāo)在飛行過程中會由于多種因素向外輻射噪聲，比如 發(fā)動機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)、機(jī)體與空氣摩擦、噴流與空氣相互作用、槳葉拍打空氣等等。由于產(chǎn)生機(jī)理不 同，不同目標(biāo)的噪聲頻譜會表現(xiàn)出很大差異。根據(jù)噪聲頻譜的不同，我們可以將目標(biāo)分為兩 大類:寬譜目標(biāo)和線譜目標(biāo)。其中，小型飛行目標(biāo)的聲譜主要集中在1〇〇~1000Hz，而車輛的 聲譜主要集中在50Hz以下。鑒于此，可通過聲音傳感器對100~1000Hz頻段的噪聲進(jìn)行監(jiān) 測。在通過聲音傳感器監(jiān)測100~1000Hz頻段的噪聲頻譜過程中，當(dāng)接收的噪聲的幅值達(dá)到 最大時(shí)，即可認(rèn)為該時(shí)刻目標(biāo)距離聲音傳感器最近，即最近點(diǎn)時(shí)刻ti。
[0057]此外，當(dāng)目標(biāo)從接近到遠(yuǎn)離無線電多普勒傳感器時(shí)，目標(biāo)與無線電多普勒傳感器 的相對速度會發(fā)生變化，即由正的相對速度、零相對速度到負(fù)的相對速度。相應(yīng)的，無線電 多普勒傳感器的回波會出現(xiàn)"藍(lán)移一無頻移一紅移"的變化。當(dāng)回波頻譜出現(xiàn)無頻移點(diǎn)時(shí)， 即可認(rèn)為該時(shí)刻目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器最近，即最近點(diǎn)時(shí)刻V :。
[0058]步驟S3、根據(jù)目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角 的第一估計(jì)值W，根據(jù)目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻V :計(jì)算目標(biāo)在第一平面 的航向角的第二估計(jì)值a2。
[0059]步驟S4、計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角a。
[0061]此外，由于聲音的傳播速度遠(yuǎn)小于無線電的傳播速度，因此在一個(gè)探測單元中， V i早于U，因此可將:近似看作噪聲從目標(biāo)最近點(diǎn)傳播到聲音傳感器所用的時(shí)間。這 樣一來，在步驟S3或者步驟S4之后，還可根據(jù)以下公式計(jì)算目標(biāo)距離探測單元的最近點(diǎn)距 離di，i = l，2，."N;
[0063]式中，T為探測時(shí)的大氣溫度。
[0064] 在本發(fā)明的技術(shù)方案中，通過聲音傳感器、無線電多普勒傳感器進(jìn)行復(fù)合探測，能 夠?qū)Φ涂章傩∧繕?biāo)的飛行角度、最近點(diǎn)距離進(jìn)行準(zhǔn)確探測。進(jìn)一步地，通過選用低成本的 聲音傳感器及無線電多普勒傳感器，大大降低了探測成本。
[0065] 下面通過具體實(shí)施例一、二對本發(fā)明的探測方法進(jìn)行更為詳盡的說明。
[0066]在具體實(shí)施例一中，N = 4,所述預(yù)設(shè)的的分布策略為：四個(gè)探測單元，即第一至第 四探測單元，依次排列在正方形的四個(gè)頂點(diǎn)上。其中，每個(gè)探測單元由一個(gè)聲音傳感器和一 個(gè)B波段無線電無線電多普勒傳感器構(gòu)成。
[0067]可選的，在計(jì)算航向角之前，可先構(gòu)建坐標(biāo)系。在該實(shí)施例中，以第一探測單元指 向第二探測單元的方向?yàn)閤軸正向，以第一探測單元指向第四探測單元的方向?yàn)閥軸正向， 構(gòu)建xoy坐標(biāo)系。并且，將目標(biāo)軌跡投影與x軸的夾角作為航向角a。
[0068]圖2為具體實(shí)施例一中航向角的第一估計(jì)值的計(jì)算原理圖。在圖2中，以O(shè)^O^Os、 〇4代表第一至第四探測單元中聲音傳感器的幾何中心，目標(biāo)飛行軌跡在第一平面內(nèi)的投影 為直線48^11 21314代表目標(biāo)投影六8距離第一至第四探測單元中的聲音傳感器的最近 點(diǎn)，并且目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻為
[0069]由于四個(gè)聲音傳感器在第一平面上的分布位置不同，目標(biāo)距離各個(gè)聲音傳感器的 最近點(diǎn)時(shí)刻也不同。因此，可根據(jù)多個(gè)聲音傳感器確定的最近點(diǎn)時(shí)刻計(jì)算航向角的第一估 計(jì)值ai。具體的，第一估計(jì)值 ai的計(jì)算公式為：
[0071] 式中，為目標(biāo)距離第一聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t2為目標(biāo)距離第二聲音傳感器 的最近點(diǎn)時(shí)刻，t3為目標(biāo)距離第三聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t 4為目標(biāo)距離第四聲音傳感器 的最近點(diǎn)時(shí)刻。
[0072] 接下來，與第一估計(jì)值^的計(jì)算方法類似，可通過無線電多普勒傳感器計(jì)算航向 角的第二估計(jì)值a2。具體的，第二估計(jì)值的計(jì)算公式為：
[0074]式中，V i為目標(biāo)距離第一無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 2為目標(biāo)距離第二 無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 3為目標(biāo)距離第三無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí) 刻，4為目標(biāo)距離第四無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻。
[0075]在得到第一、二估計(jì)值以后，對ai、a2取平均，即可得到目標(biāo)在第一平面的航向角a。 [0076]在具體實(shí)施例二中，N = 3,所述預(yù)設(shè)的的分布策略為:三個(gè)探測單元，即第一至第 三探測單元，依次排列在正三角形的三個(gè)頂點(diǎn)上。其中，每個(gè)探測單元由一個(gè)聲音傳感器和 一個(gè)B波段無線電無線電多普勒傳感器構(gòu)成。與具體實(shí)施例一類似，在計(jì)算航向角之前，可 先構(gòu)建坐標(biāo)系。具體地，在第一平面內(nèi)，以第一探測單元指向第二探測單元的方向?yàn)閤軸正 向，以與第一、二探測單元所在直線垂直的直線為y軸，構(gòu)建x〇y坐標(biāo)系。并且，將目標(biāo)運(yùn)動軌 跡在第一平面的投影與x軸的夾角作為航向角a。
[0077]圖3為具體實(shí)施例二中航向角第一估計(jì)值的計(jì)算原理圖。在圖3中，以&U3代表 第一至第三探測單元中聲音傳感器的幾何中心，以直線AB代表目標(biāo)飛行軌跡在第一平面的 投影，以施《3代表直線AB距第一至第三聲音傳感器的最近點(diǎn)，并且，以直線AB與x軸的夾 角作為航向角a。根據(jù)聲音傳感器的位置關(guān)系、最近點(diǎn)時(shí)刻可計(jì)算航向角的第一估計(jì)值 具體為：
[0079]式中，t為目標(biāo)距離第一聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t2為目標(biāo)距離第二聲音傳感器 的最近點(diǎn)時(shí)刻，t3為目標(biāo)距離第三聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，| |為絕對值運(yùn)算符。
[0080]接下來，與第一估計(jì)值^的計(jì)算方法類似，可通過無線電多普勒傳感器計(jì)算航向 角的第二估計(jì)值a2。具體的，第二估計(jì)值的計(jì)算公式為：
[0082]式中，V i為目標(biāo)距離第一無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 2為目標(biāo)距離第二 無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 3為目標(biāo)距離第三無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí) 亥lj，| I為絕對值運(yùn)算符。
[0083]然后，在得到第一、二估計(jì)值以后，對ai、a2取平均，即可得到目標(biāo)在第一平面的航 向角a。
[0084] 從具體實(shí)施例一、二可看出，本發(fā)明的方法可對低空慢速小目標(biāo)的飛行角度進(jìn)行 準(zhǔn)確探測。進(jìn)一步的，通過合理布設(shè)探測單元的位置，不僅減少了所需探測單元的個(gè)數(shù)，而 且有利于簡化航向角的計(jì)算過程。
[0085] 以本發(fā)明的探測方法為基礎(chǔ)，本發(fā)明還提出了一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測系 統(tǒng)。圖4示出了該探測系統(tǒng)的結(jié)構(gòu)示意圖。從圖4可見，該探測系統(tǒng)具體包括:探測模塊1、航 向角計(jì)算模塊2。
[0086] 探測模塊1由布設(shè)在目標(biāo)飛行區(qū)域下方的N個(gè)探測單元構(gòu)成，所述N個(gè)探測單元按 照預(yù)設(shè)的分布策略設(shè)置在第一平面內(nèi)、且N個(gè)探測單元不完全共線;每個(gè)探測單元由聲音傳 感器、無線電多普勒傳感器復(fù)合而成。探測模塊1用于探測目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí) 亥Ijt、以及目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻…N。其中，所述目標(biāo)做 勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。
[0087] 航向角計(jì)算模塊2用于根據(jù)。計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第一估計(jì)值^，根據(jù) 七^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第二估計(jì)值a 2;以及，根據(jù)(^、(^確定目標(biāo)在第一平面的 航向角a;
[0089]可選的，所述探測系統(tǒng)還包括:最近點(diǎn)計(jì)算模塊3。最近點(diǎn)計(jì)算模塊3用于計(jì)算目標(biāo) 距離每個(gè)探測單元的最近點(diǎn)距離cU，i = 1，2，…N;
[0091] 式中，T為探測時(shí)的大氣溫度。
[0092] 在本發(fā)明的探測系統(tǒng)中，通過探測模塊可實(shí)現(xiàn)對低空慢速小目標(biāo)的識別，進(jìn)而確 定目標(biāo)距離聲音傳感器、無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻;通過航向角計(jì)算模塊可實(shí)現(xiàn) 對目標(biāo)飛行角度的精確探測;通過最近點(diǎn)計(jì)算模塊能夠?qū)δ繕?biāo)與探測單元的最近點(diǎn)距離進(jìn) 行探測。進(jìn)一步的，通過選用低成本的聲音傳感器、無線電多普勒傳感器，降低了探測成本， 便于探測系統(tǒng)的大面積推廣使用。
[0093] 雖然參照示例性實(shí)施方式對本發(fā)明進(jìn)行了描述，但是應(yīng)當(dāng)理解，本發(fā)明并不局限 于文中詳細(xì)描述和示出的【具體實(shí)施方式】，在不偏離權(quán)利要求書所限定的范圍的情況下，本 領(lǐng)域技術(shù)人員可以對所述示例性實(shí)施方式做出各種改變。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 在目標(biāo)的飛行區(qū)域下方布設(shè)N個(gè)探測單元，所述N個(gè)探測單元按照預(yù)設(shè)的分布策略 設(shè)置在第一平面內(nèi)、且N個(gè)探測單元不完全共線;每個(gè)探測單元由聲音傳感器、無線電多普 勒傳感器復(fù)合而成； 52、 對于每個(gè)探測單元，記錄所述目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t、以及所述目標(biāo) 距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻V :，i = 1，2，…N; 53、 根據(jù)目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻t計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第一估 計(jì)值W，根據(jù)目標(biāo)距離無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻〖^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角 的第二估計(jì)值a 2; 54、 根據(jù)第一估計(jì)值^、第二估計(jì)值<!2確定目標(biāo)在第一平面的航向角a;其中，所述目標(biāo)做勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。2. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟S1中，N = 4,所述預(yù)設(shè)的分布策略具體為:第 一至第四探測單元依次排列在正方形陣列的四個(gè)頂點(diǎn)上。3. 如權(quán)利要求2所述的方法，其中，在步驟S3之前，所述方法還包括以下步驟： 以第一探測單元指向第二探測單元的方向?yàn)閤軸正向，以第一探測單元指向第四探測 單元的方向?yàn)閥軸正向，構(gòu)建xoy坐標(biāo)系，以目標(biāo)運(yùn)動軌跡在第一平面的投影與x軸的夾角作 為航向角a。4. 如權(quán)利要求3所述的方法，其中，根據(jù)公式2計(jì)算航向角的第一估計(jì)值ai;式中，為目標(biāo)距離第一探測單元中的聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t2為目標(biāo)距離第二探 測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t3為目標(biāo)距離第三探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí) 亥IJ，t4為目標(biāo)距離第四探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻； 根據(jù)公式3計(jì)算航向角的第二估計(jì)值ai;式中，V i為目標(biāo)距離第一探測單元中的無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 2為目標(biāo) 距離第二探測單元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 3為目標(biāo)距離第三探測單元中 無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 4為目標(biāo)距離第四探測單元中無線電多普勒傳感器 的最近點(diǎn)時(shí)刻。5. 如權(quán)利要求1所述的方法，在步驟S1中，N = 3,所述預(yù)設(shè)的分布策略具體為:第一至第 三探測單元順次排列在正三角形陣列的三個(gè)頂點(diǎn)上。6. 如權(quán)利要求5所述的方法，其中，在步驟S3之前，所述方法還包括以下步驟： 在第一平面內(nèi)，以第一探測單元指向第二探測單元的方向?yàn)閤軸正向，以與第一、二探 測單元所在直線垂直的直線為y軸，構(gòu)建xoy坐標(biāo)系，以目標(biāo)運(yùn)動軌跡在第一平面的投影與x 軸的夾角作為航向角a。7. 如權(quán)利要求6所述的方法，根據(jù)公式4計(jì)算航向角的第一估計(jì)值ai;式中，為目標(biāo)距離第一探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t2為目標(biāo)距離第二探測 單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，t3為目標(biāo)距離第三探測單元中聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí) 刻，I I為絕對值運(yùn)算符； 根據(jù)公式5計(jì)算航向角的第二估計(jì)值CI2 ;式中，V :為目標(biāo)距離第一探測單元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 2為目標(biāo)距 離第二探測單元中無線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，V 3為目標(biāo)距離第三探測單元中無 線電多普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻，I I為絕對值運(yùn)算符。8. 如權(quán)利要求1所述的方法，其中，在步驟S3之后，所述方法還包括以下步驟： 計(jì)算目標(biāo)距離每個(gè)探測單元的最近點(diǎn)距離cU，i = 1，2，…N;式中，T為探測時(shí)的大氣溫度。9. 一種低空慢速小目標(biāo)的復(fù)合探測系統(tǒng)，其特征在于，所述系統(tǒng)包括:探測模塊、航向 角計(jì)算模塊； 所述探測模塊由布設(shè)在目標(biāo)飛行區(qū)域下方的N個(gè)探測單元構(gòu)成，所述N個(gè)探測單元按照 預(yù)設(shè)的分布策略設(shè)置在第一平面內(nèi)、且N個(gè)探測單元不完全共線;每個(gè)探測單元由聲音傳感 器、無線電多普勒傳感器復(fù)合而成； 所述探測模塊用于探測目標(biāo)距離聲音傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻。、以及目標(biāo)距離無線電多 普勒傳感器的最近點(diǎn)時(shí)刻V i，i = l，2，~N; 所述航向角計(jì)算模塊用于根據(jù)^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第一估計(jì)值^，根據(jù) 七^計(jì)算目標(biāo)在第一平面的航向角的第二估計(jì)值a2;以及，根據(jù)(^、(^確定目標(biāo)在第一平面的 航向角a;其中，所述目標(biāo)做勻速直線飛行，N為大于等于3的整數(shù)。10. 如權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中，所述系統(tǒng)還包括:最近點(diǎn)計(jì)算模塊； 所述最近點(diǎn)計(jì)算模塊用于計(jì)算目標(biāo)距離每個(gè)探測單元的最近點(diǎn)距離cU，i = 1，2，…N;式中，T為探測時(shí)的大氣溫度。
【文檔編號】G01S13/86GK106054175SQ201610473756
【公開日】2016年10月26日
【申請日】2016年6月24日
【發(fā)明人】高潔
【申請人】北京環(huán)境特性研究所