用于估计和补偿极化校准二面角反射器双站散射影响的方法
【技术领域】
[0001] 本发明涉及通信和雷达的技术领域，具体涉及一种用于估计和补偿极化校准二面 角反射器双站散射影响的方法。
【背景技术】
[0002] 在雷达目标极化散射矩阵测量中，需要通过极化校准技术消除测量系统不理想造 成的测量误差。在极化校准技术中，金属二面角反射器是一种常用的无源校准体。通常测 量其绕雷达视线旋转的2种不同角度下的回波作为校准信号，再配合其他校准体（如金属 球，金属平板等）的测量信号，可提取出相关极化校准参数，进而完成极化校准[参见文献 1]。二面角反射器绕雷达视线旋转角度的示意图如图1所示。
[0003] 图1(a)中，XY平面为水平面，雷达视线方向为X轴负方向。二面角反射器两个面 夹角为90°，两个面的交线与水平面垂直，即沿Z轴放置，两个面的角平分面与XZ平面重 合。两个面均为宽度为《，高度为h的矩形。当二面角反射器绕雷达视线旋转时，即二面角 反射器绕X轴旋转。从雷达视线看去，不妨定义从图1(a)中的姿态顺时针旋转到任意姿态 时的旋转角度为二面角反射器的旋转角度。则图1(a)中二面角反射器旋转角度为0°，图 1(b)中二面角反射器旋转角度为30°，即此时二面角反射器两个面的交线与Z轴夹角为 30°。由于二面角反射器的对称性，二面角反射器旋转至180°时与二面角反射器旋转0° 时姿态相同，均可以用图1(a)表不。
[0004] 图1中所说的雷达视线方向即指雷达系统发射天线方向和接收天线方向，图中将 发射天线和接收天线视为位于相同的空间位置上，即单站情况。但是在实际的测量系统中， 发射天线和接收天线通常位于空间上的不同位置，即双站情况。单、双站散射情况如图2所 不O
[0005] 图2(a)中单站情况为正入射情况，图2(b)的双站情况中，不妨假设发射天线在 右侧，接收天线在左侧。为了便于后文中单、双站雷达散射截面等效关系[参见文献2]的 说明和应用，在此假设双站测量时发射、接收天线与单站情况满足对称关系，即入射角度为 a，观察角度为-a，此时双站角为2a。二面角反射器在不同双站角的情况下有着不同的 散射特性。通常在微波暗室中，由于室内空间有限，测量距离较短，当测量雷达采用双天线 分别完成信号发射和接收时，即存在一个较大的双站角，导致极化校准误差。
[0006] 与本发明相关的现有技术-1分析如下：
[0007] 1)现有技术-1的技术方案
[0008] 尽管实际测量中常常采用收、发分开的双天线来完成，在关于无源极化校准技术 的国内外公开文献中[参见文献3]，均采用单站情况下的二面角反射器极化散射矩阵理论 值进行分析和计算，没有考虑上述双站情况给极化校准带来的影响。根据单、双站RCS等效 关系，当双站角较小时，双站角为2a的双站RCS可以用在双站角平分线处和在实际测量 频率的cosa倍处测量的单站RCS来近似。即将图2中所示的测量频率为f的双站RCS近 似等于测量频率为fc〇Sa时的单站RCS。当双站角不大时，测量频率的改变很小，例如：根 据计算有COS(2° ) ~ 0.99939。对于图1所示的金属二面角反射器，物理光学（Physical Optics，PO)法的RCS计算公式为[参见文献4]:
【主权项】
1. 一种用于估计和补偿极化校准二面角反射器双站散射影响的方法，其特征在于：该 方法的步骤如下： 步骤-1 :测量二面角反射器，得到其双站情况下极化散射矩阵的测量结果，得到水 平-水平（HH)极化分量Mffiibis，水平-垂直（HV)极化分量Ma0is，垂直-水平（VH)极化分 量M mbis，垂直-垂直（VV)极化分量Mvv，bis; 步骤-2 :记录测量过程中的双站角2 α，可通过发射天线和接收天线间距，二面角反射 器测量距离通过计算得到，有
，其中L为发射和接收天线之间的距离，R为二 面角反射器到发射、接收天线连线中点处的距离； 步骤-3 :根据二面角反射器绕雷达视线的旋转角β，计算出对应的双站入射角 a cos β ； 步骤-4 :根据二面角反射器几何尺寸、测量频率等其他测量参数，由式（5)计算双站误 差 IpsM ( a cos β );
其中，W为二面角反射器每个面的宽度，
为波数，λ为电磁波波长； 步骤-5 :对二面角反射器测量值进行双站误差补偿，得到HH极化分量补偿后结果
，HV极化分量补偿后结果
，VH极化分量补偿后结
VV极化分量补偿后结果
步骤-6 :如此，可得到经过补偿处理后的极化散射矩阵4个分量的测量值 Mhh, Mhv, MVH，Mvv，并将这4个量用于后续的极化校准处理。
2. -种用于估计和补偿极化校准二面角反射器双站散射影响的方法，其特征在于：该 方法的步骤如下： 步骤-1:测量绕雷达视线旋转的二面角反射器，旋转角度Θ为从〇°至360°，角度间 隔Γ，得到其双站情况下极化散射矩阵的测量结果，得到HH极化分量Mffitbis ( Θ )，HV极化 分量 MHV，bis ( Θ )，VH 极化分量 Mmbis ( Θ )，VV 极化分量 Mvv，bis ( Θ ); 步骤-2 :记录测量过程中的双站角2 α，可通过发射天线和接收天线间距，二面角反射 器测量距离通过计算得到，有
I其中L为发射和接收天线之间的距离，R为二 面角反射器到发射、接收天线连线中点处的距离； 步骤-3 :根据二面角反射器绕雷达视线的旋转周期，从测量结果中提取出各极化分量 相应的二阶傅立叶级数，HH极化、HV极化、VH极化、VV极化分别为：
步骤-4 :根据二面角反射器几何尺寸、测量频率等其他测量参数，由式（5)计算双站误 差 IpsM ( a )，IpsM ( a c〇s45 );
其中，W为二面角反射器每个面的宽度，
为波数，λ为电磁波波长； 步骤-5 :对二面角反射器测量值进行双站误差补偿，得到HH极化分量补偿后结果
^ HV极化分量补偿后结果
VH极化分量
补偿后结果
^ VV极化分量补偿后结果 步骤-6 :如此，可得到经过补偿处理后的极化散射矩阵4个分量的测量值 Mhh ( Θ )，Mhv ( Θ )，Mvh ( Θ )，Mvv ( Θ )，并将这4个量用于后续的极化校准处理。
【专利摘要】本发明公开了一种用于估计和补偿极化校准二面角反射器双站散射影响的方法，该方法通过分析二面角反射器的散射机理，估算出双站散射条件对二面角反射器散射场造成的影响。并依据估算公式，对二面角反射器测量结果中的双站散射影响进行补偿，提高后续极化校准精度。该方法具有很强的适用性，可估算绕雷达视线旋转不同角度的二面角反射器的双站散射影响。该方法成功地估计和补偿了双站散射对二面角反射器散射特性测量的影响，提高极化校准精度。
【IPC分类】G01S7-40
【公开号】CN104678370
【申请号】CN201510098001
【发明人】吴鹏飞, 许小剑
【申请人】北京航空航天大学
【公开日】2015年6月3日
【申请日】2015年3月5日