一种机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法与流程

本发明涉及机场跑道异物检测系统。更具体地，涉及一种机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法。

背景技术：

机场跑道异物检测系统对机场跑道进行异物检测时，系统中的各检测点等间隔交替分布在跑道两侧，每个检测点都有指定的成像区域。为了实现对指定成像区域内的异物检测，转台控制天线由预定的起始位置扫描到预定的终止位置，此时，即完成一次异物检测扫描，在每次的扫描过程中天线的俯仰角度不发生变化。当机场跑道异物检测系统在跑道两侧搭建完成后，需要对各检测点的天线的发射方向图俯仰角进行校准，校准完成后在很长一段时间内将不再改变。由于天线发射方向图的俯仰角与目标回波信号的大小直接相关，需要设计有效的校准方法来确保天线辐射方向图覆盖指定成像区域，且在成像区域内天线辐射强度尽量一致，所以机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准是机场跑道异物检测系统组网成像过程中的关键技术。

目前，现有技术中还没有对机场跑道异物检测系统中天线辐射方向图俯仰角进行校准的研究。因此，需要提供一种保证天线方向图能够有效地覆盖成像范围，并且对整个成像区域的辐射强度能够尽量一致的机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法，以实现在机场跑道异物检测系统搭建完成后实现对天线辐射方向图俯仰角的校准，进而实现保证机场跑道异物检测系统中各检测点的天线辐射方向图能够均匀、有效地覆盖指定成像区域。

为达到上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法，包括如下步骤：

S1、通过机场跑道异物检测系统中各检测点的位置以及指定成像区域的范围确定三个角锥反射器的设置位置，设置角锥反射器；

S2、通过转台系统控制天线扫描完成角锥反射器在频率方向、水平角度方向和俯仰角度方向的三维频域数据采集，得到角锥反射器的三维频域采样数据；

S3、将三维频域采样数据变换为三维时域数据后，沿天线俯仰角度方向分析角锥反射器的时域回波幅度，完成检测点的天线辐射方向图俯仰角的校准。

优选地，步骤S1中通过机场跑道异物检测系统中各检测点的位置以及指定成像区域的范围确定三个角锥反射器的设置位置的方法为：

根据检测点的天线辐射方向图在扫描过程中覆盖指定的成像区域的扫描圆环的内径和外径确定三个角锥反射器的设置位置，设置角锥反射器。

优选地，步骤S2进一步包括如下子步骤：

S2.1、设置检测点的天线辐射方向图的俯仰角初始值为φ₀，步进值为Δφ，终止值为φ_N；

S2.2、通过转台系统控制天线扫描完成角锥反射器在频率方向、水平角度方向的二维数据采集；

S2.3、将检测点的天线辐射方向图俯仰角增大Δφ：当增大后的天线辐射方向图俯仰角小于终止值φ_N时，转入步骤S2.2；当增大后的天线辐射方向图俯仰角大于等于终止值φ_N时，转台系统控制天线停止扫描，得到角锥反射器的三维频域采样数据。

优选地，步骤S3进一步包括如下子步骤：

S3.1、对角锥反射器的三维频域采样数据沿频率方向进行逆傅立叶变换，得到角锥反射器的三维时域数据；

S3.2、沿俯仰角度方向提取出三个角锥反射器的时域回波幅度，将满足三个角锥反射器的时域回波幅度均为最大且三个角锥反射器的时域回波幅度相等时的检测点的天线辐射方向图俯仰角作为校准后的检测点的天线辐射方向图俯仰角。

本发明的有益效果如下：

本发明所述技术方案利用三个雷达散射截面(RCS)相同的角锥反射器作为校准目标，简化了机场跑道异物检测系统天线俯仰角校准过程，且本发明所述技术方案能够保证机场跑道异物检测系统中各检测点的天线辐射方向图均匀、有效地覆盖指定成像区域。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明。

图1示出机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法的流程图。

图2示出机场跑道异物检测系统和角锥反射器的示意图。

附图标号：1、机场跑道异物检测系统的检测点；2、机场跑道；3、指定成像区域；4、角锥反射器。

具体实施方式

为了更清楚地说明本发明，下面结合优选实施例和附图对本发明做进一步的说明。附图中相似的部件以相同的附图标记进行表示。本领域技术人员应当理解，下面所具体描述的内容是说明性的而非限制性的，不应以此限制本发明的保护范围。

本发明公开的一种机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法利用三个RCS相同的角锥反射器作为校准目标，在不同的俯仰角下得到校准目标的回波信号幅度，通过对校准目标幅度的判断实现天线辐射方向图俯仰角的校准。

如图1所示，本发明公开的一种机场跑道异物检测系统天线俯仰角的校准方法包括如下步骤：

S1、通过机场跑道异物检测系统中各检测点的位置以及指定成像区域的范围确定三个角锥反射器的设置位置，设置角锥反射器，角锥反射器的作用是作为校准目标；

S2、通过转台系统控制天线扫描完成角锥反射器在频率方向、水平角度方向和俯仰角度方向的三维频域数据采集，得到角锥反射器的三维频域采样数据；

S3、将三维频域采样数据变换为三维时域数据后，沿天线俯仰角度方向分析角锥反射器的时域回波幅度，完成检测点的天线辐射方向图俯仰角的校准。

本方案中，步骤S1中通过机场跑道异物检测系统中各检测点的位置以及指定成像区域的范围确定三个角锥反射器的设置位置的方法为：

根据检测点的天线辐射方向图在扫描过程中覆盖指定的成像区域的扫描圆环的内径和外径确定三个角锥反射器的设置位置，设置角锥反射器。

本方案中，步骤S2的具体过程为：

S2.1、设置检测点的天线辐射方向图的俯仰角初始值为φ₀，步进值为Δφ，终止值为φ_N；

S2.2、通过转台系统控制天线扫描完成角锥反射器在频率方向、水平角度方向的二维数据采集；

S2.3、将检测点的天线辐射方向图俯仰角增大Δφ：当增大后的天线辐射方向图俯仰角小于终止值φ_N时，转入步骤S2.2；当增大后的天线辐射方向图俯仰角大于等于终止值φ_N时，转台系统控制天线停止扫描，得到角锥反射器的三维频域采样数据S(ω_i,θ_n,φ_k)，其中，ω_i为频率方向的第i个采样点的频率，θ_n为水平角度方向的第n个采样点的水平角度，φ_k为俯仰角度方向第k个采样点的俯仰角度。

本方案中，步骤S3的具体过程为：

S3.1、对角锥反射器的三维频域采样数据S(ω_i,θ_n,φ_k)沿频率方向进行逆傅立叶变换，得到角锥反射器的三维时域数据s(t_i,θ_n,φ_k)；

S3.2、沿俯仰角度方向提取出三个角锥反射器的时域回波幅度A₁(φ_k)＝|s(t_m1,θ_p1,φ_k)|、A₂(φ_k)＝|s(t_m2,θ_p2,φ_k)|和A₃(φ_k)＝|s(t_m3,θ_p3,φ_k)|；将满足三个角锥反射器的时域回波幅度均为最大且三个角锥反射器的时域回波幅度相等时的检测点的天线辐射方向图俯仰角作为校准后的检测点的天线辐射方向图俯仰角，即将满足如下条件的检测点的天线辐射方向图俯仰角φ_q1作为校准后的检测点的天线辐射方向图俯仰角：

A₁(φ_q1)≈max(A₁(φ_k)) (1)

A₂(φ_q1)≈max(A₂(φ_k)) (2)

A₃(φ_q1)≈max(A₃(φ_k)) (3)

A₁(φ_q1)≈A₂(φ_q1)≈A₃(φ_q1) (4)。

下面代入具体的机场跑道和机场跑道异物检测系统对本方案中的步骤S1中的根据检测点的天线辐射方向图在扫描过程中覆盖指定的成像区域的扫描圆环的内径和外径确定三个角锥反射器的设置位置的具体过程作进一步说明：

如图2所示，机场跑道2的宽度为45米，搭建完成后的机场跑道异物检测系统的检测点1之间的间距为60米，机场跑道异物检测系统的检测点1等间距交错分布跑道两侧，机场跑道异物检测系统的检测点1距离机场跑道2的直线距离为10米。机场跑道异物检测系统的检测点1的天线辐射方向图在扫描过程中以圆环的方式来覆盖指定的成像区域3，此时，可以确定圆环的内径和外径分别为10米和60.6米，由此，可以确定三个角锥反射器4的摆放位置，如图2。

显然，本发明的上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定，对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动，这里无法对所有的实施方式予以穷举，凡是属于本发明的技术方案所引伸出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之列。