高极化隔离度的双极化校准天线及其校准方法、装置

1.本技术涉及极化雷达校准技术领域，特别涉及一种高极化隔离度的双极化校准天线及其校准方法、装置、电子设备及存储介质。


背景技术：

2.双极化雷达是一种具有发射垂直极化和水平极化脉冲，并接收垂直极化和水平极化回波的雷达。它既记录了相干回波信号的振幅变化，又记录了不同极化回波间的相位变化(相位差)，包括每种极化状态的雷达分辨单元的后向回波散射振幅和相位差。
3.极化隔离度是不同极化的隔离程度，特指垂直和水平两种交叉极化的隔离程度或者是相互耦合程度。极化隔离度是极化雷达的重要指标，确定极化隔离度的方法一般如下：在满足要求的测试场地，发射指定极化的信号，双极化雷达同时接收同极化和交叉极化的信号，通过两种极化分量的幅度和相位对比分析，确定双极化雷达的两个极化通道之间的耦合程度。
4.在测量双极化雷达性能过程中，对极化隔离度有严格的要求。当极化隔离度很差，通道之间耦合严重，双极化雷达无法获得准确的目标极化信息。在双极化雷达的测量中，通常采用一个双极化天线作为回波天线。单个双极化天线的极化隔离度有限，一般不超过30db，无法满足双极化雷达指标测试的要求。


技术实现要素：

5.本技术提供一种高极化隔离度的双极化校准天线及其校准方法、装置、电子设备及存储介质，以解决采用一个双极化天线引起的极化隔离度测量不准的问题。
6.本技术第一方面实施例提供一种高极化隔离度的双极化校准天线，包括：第一三元天线组、第二三元天线组和雷达回波信号模拟器。
7.所述雷达回波信号模拟器的输入端与双极化雷达相连，以接收所述双极化雷达的垂直极化发射信号和水平极化发射信号，并基于所述垂直极化发射信号和水平极化发射信号分别生成垂直极化回波信号和水平极化回波信号；
8.所述雷达回波信号模拟器的第一输出端与所述第一三元天线组相连，所述雷达回波信号模拟器的第二输出端与所述第二三元天线组相连，以将所述垂直极化回波信号和水平极化回波信号进行幅度和相位处理后分别输出至所述第一三元天线组和所述第二三元天线组。
9.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第一三元天线组包括多个垂直极化天线，所述第二三元天线组包括多个水平极化天线，其中，所述多个垂直极化天线和所述多个水平极化天线均分布在同心圆上。
10.可选地，在本技术的一个实施例中，所述多个垂直极化天线包括第一至第三垂直极化天线，所述多个水平极化天线包括第一至第三水平极化天线，其中，所述第一至第三垂直极化天线和所述第一至第三水平极化天线位置间的连接线构成等边三角形。
11.可选地，在本技术的一个实施例中，所述雷达回波信号模拟器进一步用于对三路垂直极化回波信号和三路水平极化回波信号分别进行幅度加权和相位加权处理，以使所述第一至第三垂直极化天线的垂直极化信号合成波束和所述第一至第三水平极化天线的水平极化信号合成波束的中心一致。
12.可选地，在本技术的一个实施例中，所述第一至第三垂直极化天线的垂直极化信号合成波束和所述第一至第三水平极化天线的水平极化信号合成波束中心角度为：
[0013][0014][0015]
其中，为合成波束的方位角，θ为合成波束的俯仰角，a1、a2和a3分别为三个天线信号的幅度，和分别为三个天线的方位角，θ1、θ2和θ3分别为三个天线的俯仰角。
[0016]
本技术第二方面实施例提供一种高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法，包括以下步骤：
[0017]
根据所述双极化雷达的垂直极化发射信号生成第一目标回波信号，根据所述第一目标回波信号得到第一水平极化回波信号和第一垂直极化回波信号，将所述第一水平极化回波信号和所述第一垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到所述双极化雷达在任一工作频点下的垂直极化隔离度；
[0018]
根据所述双极化雷达的水平极化发射信号生成第二目标回波信号，根据所述第二目标回波信号得到第二水平极化回波信号和第二垂直极化回波信号，将所述第二水平极化回波信号和所述第二垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到所述双极化雷达在任一工作频点下的水平极化隔离度；以及
[0019]
根据所述双极化雷达全部工作频点下的垂直极化隔离度和水平极化隔离度进行所述双极化雷达校准。
[0020]
本技术第三方面实施例提供一种高极化隔离度的双极化校准天线的校准装置，包括：
[0021]
垂直极化信号处理模块，用于根据所述双极化雷达的垂直极化发射信号生成第一目标回波信号，根据所述第一目标回波信号得到第一水平极化回波信号和第一垂直极化回波信号，将所述第一水平极化回波信号和所述第一垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到所述双极化雷达在任一工作频点下的垂直极化隔离度；
[0022]
水平极化信号处理模块，用于根据所述双极化雷达的水平极化发射信号生成第二目标回波信号，根据所述第二目标回波信号得到第二水平极化回波信号和第二垂直极化回波信号，将所述第二水平极化回波信号和所述第二垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到所述双极化雷达在任一工作频点下的水平极化隔离度；以及
[0023]
校准模块，用于根据所述双极化雷达全部工作频点下的垂直极化隔离度和水平极化隔离度进行所述双极化雷达校准。
[0024]
本技术第四方面实施例提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序，以执行如上述
实施例所述的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法。
[0025]
本技术第五方面实施例提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行，以执行如上述实施例所述的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法。
[0026]
本技术实施例的雷达回波信号模拟器的输入端与双极化雷达相连，以接收双极化雷达的垂直极化发射信号和水平极化发射信号，并基于垂直极化发射信号和水平极化发射信号分别生成垂直极化回波信号和水平极化回波信号；雷达回波信号模拟器的第一输出端与第一三元天线组相连，雷达回波信号模拟器的第二输出端与第二三元天线组相连，以将垂直极化回波信号和水平极化回波信号进行幅度和相位处理后分别输出至第一三元天线组和第二三元天线组。由此，通过两个三元天线组合成空间波束，具有校准精确、使用方便的优点，解决了由于单个双极化天线本身的极化隔离度有限，且双极化雷达具有灵敏度高，采用单个双极化天线回放雷达回波信号，无法有效测量双极化雷达的极化隔离度的问题。
[0027]
本技术附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本技术的实践了解到。
附图说明
[0028]
本技术上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
[0029]
图1为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的结构示意图；
[0030]
图2为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的具体结构示意图；
[0031]
图3为根据本技术实施例提供的高极化隔离度的双极化校准天线连接示意图；
[0032]
图4为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法流程图；
[0033]
图5为根据本技术实施例提供的双极化雷达极化校准的暗室测试系统示意图；
[0034]
图6为根据本技术实施例提供的双极化雷达校准的回波信号的幅度、相位控制示意图；
[0035]
图7为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的校准装置结构示意图；
[0036]
图8为申请实施例提供的电子设备的结构示意图。
具体实施方式
[0037]
下面详细描述本技术的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本技术，而不能理解为对本技术的限制。
[0038]
下面参考附图描述本技术实施例的高极化隔离度的双极化校准天线及其校准方法、装置、电子设备及存储介质。针对上述背景技术中心提到的采用一个双极化天线引起的极化隔离度测量不准的问题，本技术提供了一种高极化隔离度的双极化校准天线，通过两
个三元天线组合成空间波束，具有校准精确、使用方便的优点，解决了由于单个双极化天线本身的极化隔离度有限，且双极化雷达具有灵敏度高，采用单个双极化天线回放雷达回波信号，无法有效测量双极化雷达的极化隔离度的问题。
[0039]
具体而言，图1为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的结构示意图。
[0040]
如图1所示，该高极化隔离度的双极化校准天线10包括：第一三元天线组100、第二三元天线组200和雷达回波信号模拟器300。
[0041]
雷达回波信号模拟器300的输入端与双极化雷达相连，以接收双极化雷达的垂直极化发射信号和水平极化发射信号，并基于垂直极化发射信号和水平极化发射信号分别生成垂直极化回波信号和水平极化回波信号；
[0042]
雷达回波信号模拟器300的第一输出端与第一三元天线组100相连，雷达回波信号模拟器的第二输出端与第二三元天线组200相连，以将垂直极化回波信号和水平极化回波信号进行幅度和相位处理后分别输出至第一三元天线组100和第二三元天线组200。
[0043]
可选地，在本技术的一个实施例中，第一三元天线组包括多个垂直极化天线，第二三元天线组包括多个水平极化天线，其中，多个垂直极化天线和多个水平极化天线均分布在同心圆上。
[0044]
如图2所示，包括六个单极化天线，天线1-天线6，所有的单极化天线均分布在一个同心圆形的安装面上。将六个天线分为两组第一三元天线组和第二三元天线组，其中一组天线采用垂直极化，另外一组天线采用水平极化，每一个单极化天线分别连接雷达回波信号模拟器的一个输出端。
[0045]
可选地，在本技术的一个实施例中，多个垂直极化天线包括第一至第三垂直极化天线，多个水平极化天线包括第一至第三水平极化天线，其中，第一至第三垂直极化天线和第一至第三水平极化天线位置间的连接线构成等边三角形。
[0046]
如图2和图3所示，垂直极化天线包括天线2、天线4和天线6，水平极化天线包括天线1、天线3和天线5。天线2、天线4和天线6位置间的连接线组成一个等边三角形，天线1、天线3和天线5位置间的连接线组成一个等边三角形。
[0047]
可选地，在本技术的一个实施例中，雷达回波信号模拟器进一步用于对三路垂直极化回波信号和三路水平极化回波信号分别进行幅度加权和相位加权处理，以使第一至第三垂直极化天线的垂直极化信号合成波束和第一至第三水平极化天线的水平极化信号合成波束的中心一致。
[0048]
可选地，在本技术的一个实施例中，第一至第三垂直极化天线的垂直极化信号合成波束和第一至第三水平极化天线的水平极化信号合成波束中心角度为：
[0049][0050][0051]
其中，为合成波束的方位角，θ为合成波束的俯仰角，a1、a2和a3分别为三个天线信号的幅度，和分别为三个天线的方位角，θ1、θ2和θ3分别为三个天线的俯仰角。
[0052]
如图2和图3所示，两组天线分别连接雷达回波信号模拟器的3个垂直极化信号输出和3个水平极化信号输出，通过控制雷达回波信号模拟器输出信号的幅度和相位，保证3个垂直极化信号合成波束与3个水平极化信号合成波束的一致性，产生高隔离度的双极化信号，对双极化雷达进行精确校准。
[0053]
根据本技术实施例提出的高极化隔离度的双极化校准天线，通过两个三元天线组合成空间波束，具有校准精确、使用方便的优点，解决了由于单个双极化天线本身的极化隔离度有限，且双极化雷达具有灵敏度高，采用单个双极化天线回放雷达回波信号，无法有效测量双极化雷达的极化隔离度的问题。
[0054]
其次参照附图描述根据本技术实施例提出的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法。
[0055]
图4为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法流程图。
[0056]
如图4所示，该高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法包括以下步骤：
[0057]
步骤s101，根据双极化雷达的垂直极化发射信号生成第一目标回波信号，根据第一目标回波信号得到第一水平极化回波信号和第一垂直极化回波信号，将第一水平极化回波信号和第一垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到双极化雷达在任一工作频点下的垂直极化隔离度。
[0058]
步骤s102，根据双极化雷达的水平极化发射信号生成第二目标回波信号，根据第二目标回波信号得到第二水平极化回波信号和第二垂直极化回波信号，将第二水平极化回波信号和第二垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到双极化雷达在任一工作频点下的水平极化隔离度。
[0059]
步骤s103，根据双极化雷达全部工作频点下的垂直极化隔离度和水平极化隔离度进行双极化雷达校准。
[0060]
具体地，可以按照以下步骤实施双极化雷达校准工作：
[0061]
第一步，将雷达回波信号模拟器的3个垂直极化回波信号电缆和3个水平极化回波信号电缆，连接到双极化回波阵列天线的垂直极化三元天线组和水平极化三元天线组，如图5所示。
[0062]
第二步，将被测双极化雷达按照使用要求架设在测试场区中，并将雷达天线相位中心与双极化回波阵列天线相位中心对准，且二者之间的距离r满足远场条件，完成辐射信号视在角度位置的校准、各通路辐射信号幅相一致性校准、辐射信号极化平面的校准，以及阵列馈电系统各支路移相器、衰减器标定。
[0063]
第三步，将双极化雷达的垂直极化发射信号和水平极化发射信号连接到雷达回波信号模拟器，由后者根据前者信号产生双极化雷达回波信号，对双极化雷达进行校准和测量，如图5所示。
[0064]
第四步，双极化雷达开机工作，输出垂直极化发射信号和水平极化发射信号，雷达回波信号模拟器根据设定的参数，产生双极化回波信号，包括3路垂直极化回波信号和3路水平极化回波信号。
[0065]
第五步，对产生的3路垂直极化回波信号和3路水平极化回波信号分别进行幅度加权和相位加权，如图6所示，保证垂直极化回波合成信号中心和水平极化回波合成信号中心
一致。在远场条件下，合成中心角度采用下式计算得到。
[0066][0067][0068]
第六步，雷达回波信号模拟器根据双极化雷达发射信号产生垂直极化信号，双极化雷达接收目标回波信号，经过信号处理，获得水平极化和垂直极化的处理结果，对比二者的幅度、相位，获得双极化雷达在设定工作频点下的垂直极化隔离度。
[0069]
第七步，雷达回波信号模拟器根据双极化雷达发射信号产生水平极化信号，双极化雷达接收目标回波信号，经过信号处理，获得水平极化和垂直极化的处理结果，对比二者的幅度、相位，获得双极化雷达在设定工作频点下的水平极化隔离度。
[0070]
第八步，更换双极化雷达的工作频点，重复第六步和第七步，完成双极化雷达全部工作频点的极化隔离度测量。
[0071]
根据本技术实施例提出的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法，通过两个三元天线组合成空间波束，具有校准精确、使用方便的优点，解决了由于单个双极化天线本身的极化隔离度有限，且双极化雷达具有灵敏度高，采用单个双极化天线回放雷达回波信号，无法有效测量双极化雷达的极化隔离度的问题。
[0072]
其次参照附图描述根据本技术实施例提出的高极化隔离度的双极化校准天线的校准装置。
[0073]
图7为根据本技术实施例提供的一种高极化隔离度的双极化校准天线的校准装置结构示意图。
[0074]
如图7所示，该高极化隔离度的双极化校准天线的校准装置20包括：垂直极化信号处理模块701、水平极化信号处理模块702和校准模块703。
[0075]
垂直极化信号处理模块701，用于根据双极化雷达的垂直极化发射信号生成第一目标回波信号，根据第一目标回波信号得到第一水平极化回波信号和第一垂直极化回波信号，将第一水平极化回波信号和第一垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到双极化雷达在任一工作频点下的垂直极化隔离度。
[0076]
水平极化信号处理模块702，用于根据双极化雷达的水平极化发射信号生成第二目标回波信号，根据第二目标回波信号得到第二水平极化回波信号和第二垂直极化回波信号，将第二水平极化回波信号和第二垂直极化回波信号的幅度和相位进行比较，得到双极化雷达在任一工作频点下的水平极化隔离度。
[0077]
校准模块703，用于根据双极化雷达全部工作频点下的垂直极化隔离度和水平极化隔离度进行双极化雷达校准。
[0078]
需要说明的是，前述对高极化隔离度的双极化校准天线实施例的解释说明也适用于该实施例的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法和装置，此处不再赘述。
[0079]
根据本技术实施例提出的高极化隔离度的双极化校准天线的校准装置，通过两个三元天线组合成空间波束，具有校准精确、使用方便的优点，解决了由于单个双极化天线本身的极化隔离度有限，且双极化雷达具有灵敏度高，采用单个双极化天线回放雷达回波信号，无法有效测量双极化雷达的极化隔离度的问题。
[0080]
图8为本技术实施例提供的电子设备的结构示意图。该电子设备可以包括：
[0081]
存储器801、处理器802及存储在存储器801上并可在处理器802上运行的计算机程序。
[0082]
处理器802执行程序时实现上述实施例中提供的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法。
[0083]
进一步地，电子设备还包括：
[0084]
通信接口803，用于存储器801和处理器802之间的通信。
[0085]
存储器801，用于存放可在处理器802上运行的计算机程序。
[0086]
存储器801可能包含高速ram存储器，也可能还包括非易失性存储器(non-volatile memory)，例如至少一个磁盘存储器。
[0087]
如果存储器801、处理器802和通信接口803独立实现，则通信接口803、存储器801和处理器802可以通过总线相互连接并完成相互间的通信。总线可以是工业标准体系结构(industry standard architecture，简称为isa)总线、外部设备互连(peripheral component，简称为pci)总线或扩展工业标准体系结构(extended industry standard architecture，简称为eisa)总线等。总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图8中仅用一条粗线表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
[0088]
可选的，在具体实现上，如果存储器801、处理器802及通信接口803，集成在一块芯片上实现，则存储器801、处理器802及通信接口803可以通过内部接口完成相互间的通信。
[0089]
处理器802可能是一个中央处理器(central processing unit，简称为cpu)，或者是特定集成电路(application specific integrated circuit，简称为asic)，或者是被配置成实施本技术实施例的一个或多个集成电路。
[0090]
本实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现如上的高极化隔离度的双极化校准天线的校准方法。
[0091]
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本技术的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或n个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
[0092]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本技术的描述中，“n个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
[0093]
流程图中或在此以其他方式描述的任何过程或方法描述可以被理解为，表示包括一个或更n个用于实现定制逻辑功能或过程的步骤的可执行指令的代码的模块、片段或部分，并且本技术的优选实施方式的范围包括另外的实现，其中可以不按所示出或讨论的顺序，包括根据所涉及的功能按基本同时的方式或按相反的顺序，来执行功能，这应被本技术的实施例所属技术领域的技术人员所理解。
[0094]
应当理解，本技术的各部分可以用硬件、软件、固件或它们的组合来实现。在上述实施方式中，n个步骤或方法可以用存储在存储器中且由合适的指令执行系统执行的软件或固件来实现。如，如果用硬件来实现和在另一实施方式中一样，可用本领域公知的下列技术中的任一项或他们的组合来实现：具有用于对数据信号实现逻辑功能的逻辑门电路的离散逻辑电路，具有合适的组合逻辑门电路的专用集成电路，可编程门阵列(pga)，现场可编程门阵列(fpga)等。
[0095]
本技术领域的普通技术人员可以理解实现上述实施例方法携带的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件完成，所述的程序可以存储于一种计算机可读存储介质中，该程序在执行时，包括方法实施例的步骤之一或其组合。