一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法
【專利摘要】本發(fā)明提供一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法，通過改變?nèi)切稳娼欠瓷淦鞯睦忾L比和安置角度來提高方位向3dB寬度。首先分別計算兩種以上不同棱長比下的三角形三面角反射器3dB等高線圖；對不同棱長比的角反射器，改變其安置仰角α，分別計算得到該棱長比下的最佳安置角度及其最大的方位向3dB寬度；比較每種棱長比在最佳安置角度下的方位向3dB寬度，方位向3dB寬度最大值所對應(yīng)的棱長比和安置角度即為最優(yōu)值。通過本發(fā)明的方法得到的三角形三面角反射器的3dB寬度均大于40°，降低了對指向精度的要求，提高了輻射標(biāo)定精度。
【專利說明】一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及合成孔徑雷達(dá)(Synthetic Aperture Radar, SAR)標(biāo)定【技術(shù)領(lǐng)域】,特別涉及一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法，用于SAR的輻射標(biāo)定。
【背景技術(shù)】
[0002]合成孔徑雷達(dá)(SAR)具有全天時、全天候、高分辨率、寬幅成像等優(yōu)勢，已經(jīng)在農(nóng)業(yè)、水文、地質(zhì)、林業(yè)、海洋，制圖測繪以及軍事偵察、目標(biāo)識別和信息提取等領(lǐng)域發(fā)揮了巨大作用。早期SAR應(yīng)用主要集中在定性遙感方面，即主要依據(jù)的是SAR圖像提供的位置、形狀和回波強(qiáng)弱等信息，然而在雜波統(tǒng)計特性研究、土壤濕度測量、作物精確分類、海面實況調(diào)查、目標(biāo)識別等方面，定性遙感應(yīng)用受到了很大限制，在這些領(lǐng)域中，要求建立雷達(dá)圖像功率與目標(biāo)散射特性間的定量關(guān)系，即需要定量遙感技術(shù)。
[0003]在定量遙感中，通常需要利用SAR測量地物目標(biāo)的散射特性。為此，需要對SAR進(jìn)行輻射標(biāo)定。輻射標(biāo)定是實現(xiàn)SAR對地定量觀測的關(guān)鍵技術(shù)，其測量精度直接關(guān)乎到SAR定量化應(yīng)用的精度，輻射標(biāo)定通常通過在輻射定標(biāo)場內(nèi)布設(shè)一定數(shù)量的有源和無源設(shè)備來完成。通過對測量設(shè)備的校準(zhǔn)，可以獲得測量數(shù)據(jù)和校準(zhǔn)數(shù)據(jù)之間的量化關(guān)系，為比較和分析來自不同設(shè)備、不同時間、不同空間獲取的遙感數(shù)據(jù)奠定基礎(chǔ)。
[0004]三面角反射器有相對穩(wěn)定的、大的雷達(dá)截面積(Radar Cross Section, RCS)并且表現(xiàn)出與波長和尺寸無關(guān)的3dB波束寬度，此外，其還具有結(jié)構(gòu)簡單、性能穩(wěn)定、容易架設(shè)、成本低廉等優(yōu)點。因此它成為SAR輻射標(biāo)定中常用的無源定標(biāo)設(shè)備。目前常規(guī)三面角反射器都采用三條棱邊等長的結(jié)構(gòu)形式和將其對稱軸對準(zhǔn)天線的安置方式，按照單面形狀的不同可分為三類:矩形三面角反射器、扇形三面角反射器和三角形三面角反射器，如圖1所示，三者的3dB寬度分別為25°、32°和40°，3dB寬度最大的是三角形三面角反射器，但其也只有40°。而在SAR輻射標(biāo)定中要求角反射器的雷達(dá)截面積在較寬的角度范圍內(nèi)變化小，即3dB寬度盡可能大。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]針對【背景技術(shù)】存在的問題，本發(fā)明提供了一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法。本發(fā)明通過優(yōu)化設(shè)計，得到一種3dB寬度大于40°的三角形三面角反射器，以降低對指向精度的要求，提聞福射標(biāo)定精度。
[0006]為解決上述技術(shù)問題，本發(fā)明采用如下技術(shù)方案:
[0007]—種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法，通過改變?nèi)切稳娼欠瓷淦鞯睦忾L比和安置角度來提高方位向3dB寬度。
[0008]具體包括以下步驟，
[0009]步驟1、分別計算兩種以上不同棱長比下的三角形三面角反射器3dB等高線圖；
[0010]步驟2、選擇其中一種棱長比的角反射器，改變其安置仰角α，計算得到該棱長比下的最佳安置角度及其最大的方位向3dB寬度；[0011]步驟3、分別對其余棱長比的角反射器重復(fù)按照步驟2計算得到其最佳安置角度和最大的方位向3dB寬度；
[0012]步驟4、比較每種棱長比在最佳安置角度下的方位向3dB寬度，方位向3dB寬度最大值所對應(yīng)的棱長比和安置角度即為最優(yōu)值。
[0013]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點和有益效果:利用本發(fā)明的方法能夠提高三角形三面角反射器的3dB寬度，使3dB寬度大于40°，以降低對指向精度的要求，提高輻射標(biāo)定精度。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0014]圖1為三種常見類型的三面角反射器；
[0015]圖2 Ca)為三角形三面角反射器結(jié)構(gòu)圖；
[0016]圖2 (b)為三角形三面角反射器示意圖；
[0017]圖2 (C)為RCS三維圖；
[0018]圖2 (d)為RCS的3dB等高線圖；
[0019]圖3 Ca)為 OA=OB=Im, OC=0.2m 時的 3dB 等高線圖；
[0020]圖3 (b)為 OA=OB=OC=Im 時的 3dB 等高線圖；
[0021]圖3 (c)為 OA=OB=Im, 0C=2.3m 時的 3dB 等高線圖；
[0022]圖4為俯仰向、方位向3dB寬度與棱長比d/a的關(guān)系圖；
[0023]圖5 (a)為安置角α=18°和β=250°時的角反射器示意圖；
[0024]圖5 (b)為安置角α=24°和β=225°時的角反射器示意圖；
[0025]圖5 (C)為安置角α=20°和β=200°時的角反射器示意圖；
[0026]圖5 Cd)為安置角α =18°和β =250°時的3dB等高線圖；
[0027]圖5 Ce)為安置角α =24°和β =225°時的3dB等高線圖；
[0028]圖5 (f)為安置角α=20°和β=200°時的3dB等高線圖；
[0029]圖6 Ca)為 OA=OB=Im, OC=0.5m 時的 3dB 等高線圖；
[0030]圖6 (b)為 OA=OB=Im, OC=0.8m 時的 3dB 等高線圖；
[0031]圖6 (c)為 OA=OB=Im, OC=L 2m 時的 3dB 等高線圖；
[0032]圖7為三角形三面角反射器的安置示意圖；
[0033]圖8 (a)為安置角α=17°和β=225°時的3dB等高線圖；
[0034]圖8 (b)為安置角α =20.3°和β =225°時的3dB等高線圖；
[0035]圖8 (C)為安置角α=23°和β=225°時的3dB等高線圖。
【具體實施方式】
[0036]下面結(jié)合附圖及實施例，對本發(fā)明作進(jìn)一步說明。
[0037]本發(fā)明提供一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法，通過改變?nèi)切稳娼欠瓷淦鞯睦忾L比和安置角度來提高方位向3dB寬度。
[0038]具體包括以下步驟:
[0039]步驟1、分別計算兩種以上不同棱長比下的三角形三面角反射器3dB等高線圖；
[0040]步驟2、選擇其中一種棱長比的角反射器，改變其安置仰角α，計算得到該棱長比下的最佳安置角度及其最大的方位向3dB寬度；
[0041]步驟3、分別對其余棱長比的角反射器重復(fù)按照步驟2計算得到其最佳安置角度和最大的方位向3dB寬度；
[0042]步驟4、比較每種棱長比在最佳安置角度下的方位向3dB寬度，方位向3dB寬度最大值所對應(yīng)的棱長比和安置角度即為最優(yōu)值。
[0043]圖2 (a)為由PpP2和P3構(gòu)成的三角形三面角反射器結(jié)構(gòu)圖，圖2(b)為示意圖，空間直角坐標(biāo)系OXYZ中的X軸、y軸和Z軸分別與角反射器的三條棱長(0Α、0Β和0C)重合，I和f分別表示入射方向和散射方向的單位矢量，Θ表示§在平面xoy上的投影與X軸夾角(方位角)，零表示+§與z軸的夾角(俯仰角)。圖2 (c)表示三條棱長都為Im的三角形三面角反射器的RCS三維圖，其中入射波頻率是10GHz，方位角Θ取O~90°，俯仰角響取O~90°，可見在θ=45°和零=55.5°處RCS取得最大值為36.71dBsm，圖2(c)中的黑色圓圈表示RCS=33.68dBsm的等高線(3dB線，即RCS從最大值下降3dB后的等高線)，圖2 (d)即為RCS的3dB等高線圖。
[0044]令圖2(b)中0C=d,0A=0B=a,當(dāng)改變棱長d與a的比值時,三角形三面角反射器的3dB寬度會發(fā)生變化,如圖3所示，固定a=lm,d分別取0.2m、lm、2.3m, x軸表示俯仰角，y軸表示方位角。圖4給出了俯仰向、方位向3dB寬度與棱長比d/a的關(guān)系，方位向的3dB寬度隨邊長比d/a的增大而減??；俯仰向的3dB寬度隨邊長比d/a的增大而增大；當(dāng)邊長比d/a大于2.3時，俯仰向的3dB寬度趨于平緩。此外，研究發(fā)現(xiàn)，當(dāng)改變角反射器的安置角度時，其3dB寬度也會發(fā)現(xiàn)變化，如圖5所示，第一排是角反射器的安置方式，第二排是相對應(yīng)的3dB圖線，圖中灰色閉合曲線表示水平放置時的3dB圖線，黑色閉合曲線表示按正上方所示安置角反射器時的3dB圖線。綜上所述，改變?nèi)切稳娼欠瓷淦鞯睦忾L比和安置角度時，其3dB寬度將會改變。因而可以利用此規(guī)律來提高三角形三面角反射器的3dB寬度。
[0045]具體實施步驟如下:
[0046]步驟1、令圖1 (a)中OA=OB=Im, OC以0.1m為間隔從0.2m遞增到2m,
[0047]分別計算其3dB圖，并保存結(jié)果，選取3組結(jié)果如圖6所示；
[0048]步驟2、如圖7所示，α表示OC與Z軸的夾角，β表示OC在XOY平面上的投影OC’與X軸的夾角，并且AB與XOY平面平行，β固定取225°，α以0.1°的間隔從0°遞增到90°，通過坐標(biāo)變換分別計算在安置角度(α，β )下的3dB圖，選取0A=0B=lm，OC=0.8m,α=17° ,20.3°和23。，β=225°的結(jié)果如圖8所示，圖中2條直線分別表示俯仰角零分別取24°和48°，A、B、C和D分別表示直線與3dB等高線的交點，當(dāng)α =17°時，在24°~48°的入射角范圍之內(nèi)其方位向的3dB寬度是AB=27° ;ia=20.3°時，其方位向的3dB寬度是AB=⑶=51.41° ;當(dāng)a =23°時，其方位向的3dB寬度是⑶=45.5°?？傻玫皆摾忾L比下的最佳安置角度及其最大的方位向3dB寬度；
[0049]步驟3、對每種棱長比的角反射器重復(fù)按照步驟2計算得到其最佳安置角度和最大的方位向3dB寬度；
[0050]步驟4、比較每種棱長比在最佳安置角度下的方位向3dB寬度，其最大值對應(yīng)的棱長比和安置角度 即為24°~48°的入射角范圍下的最優(yōu)參數(shù)。
[0051]實施例1[0052]針對我國HJ-1C星采用的25°~47°入射角范圍，通過對大量仿真結(jié)果的搜索，如下表所示，當(dāng)三條棱長分別取lm、lm、0.8m，安置角α和β分別取20.3°和225°時，在24°~48°的入射角范圍可以獲得51.41°的方位向3dB寬度，也就是說通過對三角形三面角反射器進(jìn)行結(jié)構(gòu)尺寸與安置方式的優(yōu)化設(shè)計可使得其方位向的3dB波束寬度可以達(dá)到 51.4。。
【權(quán)利要求】
1.一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法，其特征在于: 通過改變?nèi)切稳娼欠瓷淦鞯睦忾L比和安置角度來提高方位向3dB寬度。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種提高三角形三面角反射器3dB寬度的方法，其特征在于:具體包括以下步驟， 步驟1、分別計算兩種以上不同棱長比下的三角形三面角反射器3dB等高線圖； 步驟2、選擇其中一種棱長比的角反射器，改變其安置仰角α，計算得到該棱長比下的最佳安置角度及其最大的方位向3dB寬度； 步驟3、分別對其余棱長比的角反射器重復(fù)按照步驟2計算得到其最佳安置角度和最大的方位向3dB寬度； 步驟4、比較每種棱長比在最佳安置角度下的方位向3dB寬度，方位向3dB寬度最大值所對應(yīng)的棱長比和安置角度即為最優(yōu)值。
【文檔編號】G01S13/90GK103558588SQ201310545653
【公開日】2014年2月5日 申請日期:2013年11月6日 優(yōu)先權(quán)日:2013年11月6日
【發(fā)明者】李松, 翁寅侃, 楊晉陵, 周輝, 鄭國興, 田昕, 高俊玲 申請人:武漢大學(xué)