利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法及装置与流程

1.本发明涉及雷达测量标定技术领域，尤其涉及一种利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法及装置。


背景技术：

2.机载下视测量能够获取位于地面或者海面的目标，在不同方位的电磁散射特性数据，该测量方法也适用于大擦地角的条件，因此受到越来越广泛的关注；对地对海精确打击武器的大量应用使得机载下视测量在地海目标特性研究中所起的作用越来越突出。
3.标定是机载下视测量中一项必不可少的步骤，它的精度直接关系到测量目标数据的精度。目前，机载下视测量大多采用多个无源标准体进行标定，受背景杂波干扰比较严重，而目标特性的深入研究要求下视测量数据的精度越来越高，受背景杂波干扰的无源标准体标定方法已无法满足下视测量对定标数据的精度要求。
4.因此，针对以上不足，需要提供一种利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法及装置，解决以往机载下视测量标定采用无源标准体带来的背景杂波干扰问题。


技术实现要素：

5.本发明要解决的技术问题在于机载下视测量标定采用无源标准体带来的背景杂波干扰，针对现有技术中的缺陷，提供一种利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法及装置。
6.为了解决上述技术问题，本发明提供了一种利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法，包括以下步骤：分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标；确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间；根据雷达方程确定有源校准设备链路增益和无源标准体rcs值之间的换算关系；根据雷达方程，应用相对比较法确定测量数据的rcs。
7.优选地，分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，包括以下步骤：测量飞机飞行高度、飞行速度、机载雷达天线波束宽度、雷达天线的波束指向与地面的夹角、雷达工作参数、发射功率、天线增益、天线的主副瓣比。
8.优选地，确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间，包括以下步骤：根据机载下视测量标定工作场景，计算到达有源标校设备的测量雷达主瓣最远距离及最近距离，计算出有源标校设备接收功率范围；根据接收功率指标、设备等效无源标准体量级，确定有源标校设备的链路增益；根据测量雷达标定工作场景中主瓣内杂波回波长度确定延迟时间。
9.优选地，根据雷达方程确定有源校准设备链路增益和无源标准体rcs值之间的换算关系，包括以下步骤：机载雷达的发射功率为p
t
，天线发射增益为g
t
，天线接收有效面积为a
e
，假设无源标准体rcs为σ，雷达天线到目标的距离为r，雷达发射信号照射到无源标准体上反射回，则雷达接收功率p
r1
为：
[0010][0011]
使用有源校准设备替换无源标准体，雷达波长为λ，天线增益为g
d
，有源校准设备天线接收有效面积为a
d
：
[0012][0013]
实际链路整体增益为g
n
，雷达发射信号照射到有源校准设备上反射回波，则雷达接收功率p
r2
为：
[0014][0015]
令p
r1
＝p
r2
，则有：
[0016][0017]
进而得到：
[0018][0019]
进行对数运算，得到：
[0020]
(σ)
dbsm
＝(g
n
)
db
+20log(λ)
‑
10log(4π)。
[0021]
优选地，根据雷达方程，应用相对比较法确定测量数据的rcs，包括以下步骤：根据雷达方程，雷达接收目标回波功率可以表示为目标rcs、发射系数、接收系统和传播路径若干参数的函数，机载下视测量时，后向散射rcs定义为：
[0022][0023]
其中，p
r
是接收的雷达目标回波功率，p
t
是雷达发射功率，g是目标方向的天线增益，λ是雷达波长，l
t
是发射系统损耗因子，l
r
是接收系统损耗因子，l
p
是极化损耗因子，l
m
是传播路径上的损耗因子，r是雷达天线到目标的距离；令：
[0024][0025]
则可得到：
[0026][0027]
应用rcs为(σ)
dbsm
的有源校准设备对机载测量系统进行标定，令(σ)
dbsm
＝σ0，则有：
[0028]
[0029]
式中，k0为有源校准设备的常数k，p
r0
为接收有源校准设备的回波功率；r0为雷达天线到有源校准设备的距离；l
m0
为当时传播路径上的损耗因子；被测目标的rcs用下式计算：
[0030][0031]
以接收机输出电压形式表示为：
[0032][0033]
优选地，分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，具体包括：针对测量雷达发射信号进行主瓣信号与副瓣信号的区分，在主瓣信号照射时发射定标信号，其他时刻关闭输出通道功能需求。
[0034]
优选地，分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，具体包括：在有源标校设备接收链路中，增加功率检波，并根据检波的结果进行判断；大于输入门槛信号，认为是接收的主瓣信号，设备正常工作；小于输入门槛信号，认为是雷达的旁瓣照射到设备，则通过控制模块关闭功放模块，同时关闭接收链路与发射链路的开关。
[0035]
优选地，确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间，具体包括：梳理测量雷达工作时序，分析雷达系统主瓣内杂波回波的长度，延迟时间大于雷达脉冲宽度与杂波展宽之和。
[0036]
另一方面，本发明提供了一种利用有源校准设备进行机载下视测量标定的装置，包括：分析测量模块，分析测量模块用于分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标；确定模块，确定模块用于确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间；换算模块，换算模块用于根据雷达方程确定有源校准设备链路增益和无源标准体rcs值之间的换算关系；rcs确定模块，换算模块用于根据雷达方程，应用相对比较法确定测量数据的rcs。
[0037]
优选地，分析测量模块用于针对测量雷达发射信号进行主瓣信号与副瓣信号的区分，在主瓣信号照射时发射定标信号，其他时刻关闭输出通道功能需求；确定模块用于梳理测量雷达工作时序，分析雷达系统主瓣内杂波回波的长度，延迟时间大于雷达脉冲宽度与杂波展宽之和。
[0038]
实施本发明的一种利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法和装置，具有以下有益效果：本发明通过分析机载下视测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，设计出有源校准设备来代替无源标准体，明确了有源校准设备具体指标及链路增益和无源标准体rcs值之间的对应关系，可抑制标定时的背景杂波，提高了机载下视测量数据的精度，且同一有源校准设备可替代多种规格的无源标准体，外场应用轻备灵活，具有重要的工程应用价值。
附图说明
[0039]
图1是机载下视测量标定示意图；
[0040]
图2是本发明利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法的流程图。
具体实施方式
[0041]
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0042]
图1是机载下视测量标定示意图；图2是本发明利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法的流程图。如图1和2所示，本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的一个实施例，包括以下步骤：
[0043]
步骤s01：分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标；
[0044]
步骤s02：确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间；
[0045]
步骤s03：根据雷达方程确定有源校准设备链路增益和无源标准体rcs值之间的换算关系；
[0046]
步骤s04：根据雷达方程，应用相对比较法确定测量数据的rcs。
[0047]
确定有源标校设备在测量雷达主瓣内反射回波，防止测量雷达副瓣检测出目标，引起测量误差；使有源标校设备在雷达主瓣内的回波和杂波能够在距离、功率上有效的区分开，从而抑制杂波，提高标定精度。
[0048]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，包括以下步骤：测量飞机飞行高度、飞行速度、机载雷达天线波束宽度、雷达天线的波束指向与地面的夹角、雷达工作参数、发射功率、天线增益、天线的主副瓣比。
[0049]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间，包括以下步骤：根据机载下视测量标定工作场景，计算到达有源标校设备的测量雷达主瓣最远距离及最近距离，计算出有源标校设备接收功率范围；根据接收功率指标、设备等效无源标准体量级，确定有源标校设备的链路增益；根据测量雷达标定工作场景中主瓣内杂波回波长度确定延迟时间。
[0050]
有源标校设备接收功率与测量雷达的发射功率p
t
、发射天线增益g、空间传输损耗los有关，
[0051]
los＝32.44+20*log(d)+20*log(f)；
[0052]
其中：d为传输距离，单位m；f为工作频率，单位ghz；根据机载下视测量标定工作场景，计算出到达有源标校设备的测量雷达主瓣最远及最近距离d，从而计算出有源标校设备接收功率pin范围：pin＝p
t
+g
‑
los。根据有源校准设备接收功率指标、等效无源标准体rcs值大小，确定有源标校设备的链路增益。根据测量雷达定标工作场景中主瓣内杂波回波长度确定信号延迟时间。
[0053]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，根据雷达方程确定有源校准设备链路增益和无源标准体rcs值之间的换算关系，包括以下步骤：机载雷达的发射功率为p
t
，天线发射增益为g
t
，天线接收有效面积为a
e
，假设无源标准体rcs为σ，雷达天线到目标的距离为r，雷达发射信号照射到无源标准体上反射回，则雷达接收功率p
r1
为：
[0054][0055]
使用有源校准设备替换无源标准体，雷达波长为λ，天线增益为g
d
，有源校准设备天线接收有效面积为a
d
：
[0056][0057]
实际链路整体增益为g
n
，雷达发射信号照射到有源校准设备上反射回波，则雷达接收功率p
r2
为：
[0058][0059]
令p
r1
＝p
r2
，则有：
[0060][0061]
进而得到：
[0062][0063]
进行对数运算，得到：
[0064]
(σ)
dbsm
＝(g
n
)
db
+20log(λ)
‑
10log(4π)；
[0065]
至此，确定了有源校准设备的技术指标。因有源校准设备和无源标准体工作场景相同，可令机载雷达发射信号照射到无源标准体和反射回波功率和照射到有源校准设备上的回波功率相同，计算得到有源校准设备的rcs值(σ)
dbsm
和设备链路增益(g
n
)
db
以及波长λ之间的关系。
[0066]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，根据雷达方程，应用相对比较法确定测量数据的rcs，包括以下步骤：根据雷达方程，雷达接收目标回波功率可以表示为目标rcs、发射系数、接收系统和传播路径若干参数的函数，机载下视测量时，后向散射rcs定义为：
[0067][0068]
其中，p
r
是接收的雷达目标回波功率，p
t
是雷达发射功率，g是目标方向的天线增益，λ是雷达波长，l
t
是发射系统损耗因子，l
r
是接收系统损耗因子，l
p
是极化损耗因子，l
m
是传播路径上的损耗因子，r是雷达天线到目标的距离；令：
[0069][0070]
则可得到：
[0071][0072]
定标测量，应用rcs为(σ)
dbsm
的有源校准设备对机载测量系统进行标定，令(σ)
dbsm
＝σ0，则有：
[0073][0074]
式中，k0为有源校准设备的常数k，p
r0
为接收有源校准设备的回波功率；r0为雷达天线到有源校准设备的距离；l
m0
为当时传播路径上的损耗因子；当机载测量雷达稳定时，在一段时间内，可以认为常数k＝k0，同时认为这段时间内的大气传播相对稳定，即l
m
＝l
m0
，此时，被测目标的rcs用下式计算：
[0075][0076]
以接收机输出电压形式表示为：
[0077][0078]
至此，确定了利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法。根据雷达方程，利用相对比较法，通过机载雷达测量目标时接收机输出电压值和测量有源校准设备时接收机输出电压值，以及测量时机载雷达和测量目标距离、机载雷达和有源校准设备距离，计算得到测量目标的rcs。
[0079]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，具体包括：针对测量雷达发射信号进行主瓣信号与副瓣信号的区分，在主瓣信号照射时发射定标信号，其他时刻关闭输出通道功能需求。
[0080]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，具体包括：在有源标校设备接收链路中，增加功率检波，并根据检波的结果进行判断；大于输入门槛信号，认为是接收的主瓣信号，设备正常工作；小于输入门槛信号，认为是雷达的旁瓣照射到设备，则通过控制模块关闭功放模块，同时关闭接收链路与发射链路的开关。
[0081]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定方法的实施例中，确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间，具体包括：梳理测量雷达工作时序，分析雷达系统主瓣内杂波回波的长度，延迟时间大于雷达脉冲宽度与杂波展宽之和。
[0082]
本发明的实施例还提供了一种利用有源校准设备进行机载下视测量标定的装置，包括：分析测量模块，分析测量模块用于分析测量系统标定工作场景、测量系统对应指标；确定模块，确定模块用于确定有源校准设备接收功率范围、链路增益及设备延迟时间；换算模块，换算模块用于根据雷达方程确定有源校准设备链路增益和无源标准体rcs值之间的换算关系；rcs确定模块，换算模块用于根据雷达方程，应用相对比较法确定测量数据的rcs。本实施例提供的利用有源校准设备进行机载下视测量标定的装置中，分析测量模块、确定模块、换算模块、rcs确定模块具体执行的操作与前述利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法中的各步骤相对应；例如，分析测量模块用于测量飞机飞行高度、飞行速度、机载雷达天线波束宽度、雷达天线的波束指向与地面的夹角、雷达工作参数、发射功率、
天线增益、天线的主副瓣比；又如，确定模块用于根据机载下视测量标定工作场景，计算到达有源标校设备的测量雷达主瓣最远距离及最近距离，计算出有源标校设备接收功率范围，根据接收功率指标、设备等效无源标准体量级，确定有源标校设备的链路增益，根据测量雷达标定工作场景中主瓣内杂波回波长度确定延迟时间。
[0083]
本发明利用有源校准设备进行机载下视测量的标定装置的实施例中，分析测量模块用于针对测量雷达发射信号进行主瓣信号与副瓣信号的区分，在主瓣信号照射时发射定标信号，其他时刻关闭输出通道功能需求；确定模块用于梳理测量雷达工作时序，分析雷达系统主瓣内杂波回波的长度，延迟时间大于雷达脉冲宽度与杂波展宽之和。
[0084]
实施本发明的一种利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法和装置，具有以下有益效果：本发明通过分析机载下视测量系统标定工作场景、测量系统对应指标，设计出有源校准设备来代替无源标准体，明确了有源校准设备具体指标及链路增益和无源标准体rcs值之间的对应关系，可抑制标定时的背景杂波，提高了机载下视测量数据的精度，且同一有源校准设备可替代多种规格的无源标准体，外场应用轻备灵活，具有重要的工程应用价值。
[0085]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。