一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝置及其測(cè)量校準(zhǔn)方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明涉及目標(biāo)的雷達(dá)散射截面（RCS)測(cè)量與處理的技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種 可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面（RCS)測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝置（簡(jiǎn)稱為BPARC)及其測(cè)量 校準(zhǔn)方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 雙站雷達(dá)散射截面（RCS)測(cè)量幾何關(guān)系示意圖如圖1所示。雙站雷達(dá)方程可表示 為：
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝置，其特征在于：該裝置 包括接收天線、發(fā)射天線、兩個(gè)方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元、方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器、俯仰旋 轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器、射頻組合以及電源組合，其中： 所述的接收天線，用于接收雙站測(cè)量雷達(dá)發(fā)射天線的輻射信號(hào)，由射頻電纜饋給射頻 組合； 所述的射頻組合：其包括依次連接的放大器、濾波器、延時(shí)線和衰減器，其完成對(duì)所述 的接收天線所收到的雙站測(cè)量雷達(dá)輻射信號(hào)的放大、濾波、延時(shí)處理后得到輸出信號(hào)，并經(jīng) 衰減器對(duì)輸出信號(hào)電平調(diào)節(jié)后，由射頻電纜饋給發(fā)射天線； 所述的發(fā)射天線，用于完成射頻信號(hào)向雙站測(cè)量雷達(dá)接收天線的輻射； 所述的兩個(gè)方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元：其中一個(gè)用于放置所述的接收天線，另一個(gè)用 于放置所述的發(fā)射天線； 所述的方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器：用于控制所述的方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元繞方位向的 轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述的視線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器：用于控制所述的方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元繞視線軸的 轉(zhuǎn)動(dòng)； 所述的電源組合：用于該裝置的電源供給。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝 置，其特征在于：所述的接收天線和所述的發(fā)射天線各由一個(gè)喇叭天線組成，同時(shí)，為了盡 可能減小天線交叉極化耦合誤差、提高極化隔離比，在每個(gè)天線口面處加裝微帶極化濾波 器裝置，每個(gè)喇叭天線均安裝在一個(gè)帶有角度編碼的方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元上，由方位 旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器和視線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器控制每個(gè)天線可獨(dú)立地繞雷達(dá)視線旋轉(zhuǎn)和繞 方位轉(zhuǎn)動(dòng)，帶有角度編碼的方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元同時(shí)可給出天線的視線轉(zhuǎn)角和方位轉(zhuǎn) 角的精確位置信息。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝 置，其特征在于：所述的方位-視線雙軸旋轉(zhuǎn)單元：主要由視線轉(zhuǎn)動(dòng)步進(jìn)電機(jī)、視線角度編 碼器、方位轉(zhuǎn)臺(tái)、方位角度編碼器以及同天線之間的匹配安裝接口組成；其中"視線"系指 雙站測(cè)量雷達(dá)發(fā)射機(jī)與接收天線之間、或雙站測(cè)量雷達(dá)接收機(jī)與發(fā)射天線之間的連線；"方 位"系指測(cè)量雷達(dá)架設(shè)于x〇y平面內(nèi)時(shí)，在x〇y平面內(nèi)的轉(zhuǎn)角，通過(guò)視線旋轉(zhuǎn)與驅(qū)動(dòng)控制器， 可以實(shí)時(shí)精確地控制每個(gè)天線繞雷達(dá)天線視線的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)角位置，通過(guò)方位旋轉(zhuǎn)與驅(qū) 動(dòng)控制器，可以實(shí)時(shí)精確地控制每個(gè)天線繞方位角平面雷達(dá)天線視線的旋轉(zhuǎn)速度及轉(zhuǎn)角位 置，在工作狀態(tài)下，雙站散射測(cè)量RCS定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝置的接收和發(fā)射天線在方位向分 別轉(zhuǎn)動(dòng)到對(duì)準(zhǔn)雙站測(cè)量雷達(dá)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)天線。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝 置，其特征在于：所述的方位旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器，通過(guò)控制方位轉(zhuǎn)臺(tái)，完成對(duì)接收天線和發(fā) 射天線在方位向的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)方位角編碼器給出每個(gè)天線的方位位置信息，方位旋轉(zhuǎn)驅(qū) 動(dòng)與控制器可通過(guò)遠(yuǎn)程控制接口由雙站散射測(cè)量系統(tǒng)控制器遠(yuǎn)程控制。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝 置，其特征在于：所述的視線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器：通過(guò)控制視線旋轉(zhuǎn)電機(jī)，完成對(duì)接收天線 和發(fā)射天線繞視線軸的轉(zhuǎn)動(dòng)，并通過(guò)視線角編碼器給出每個(gè)天線的視線轉(zhuǎn)角位置信息，視 線旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)與控制器可通過(guò)遠(yuǎn)程控制接口由雙站散射測(cè)量系統(tǒng)控制器遠(yuǎn)程控制。
6. -種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量校準(zhǔn)方法，根據(jù)權(quán)利要求1?5中任一項(xiàng)所 述的可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝置，其特征在于：雙站測(cè)量與校 準(zhǔn)處理的方法和步驟如下： 步驟-1 :BPARC裝置調(diào)校，包括： 調(diào)節(jié)BPARC接收天線與轉(zhuǎn)發(fā)天線的視線旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)，使得兩個(gè)天線的初始極化角調(diào)為一 致，并控制兩旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的轉(zhuǎn)速，使收發(fā)天線保持一樣的轉(zhuǎn)速K勻速旋轉(zhuǎn)，其中w,=wt，單位 rad/s，以保證在整個(gè)測(cè)量過(guò)程中BPARC的收發(fā)天線極化始終是完全一致的，為此，旋轉(zhuǎn)機(jī) 構(gòu)可采用步進(jìn)電機(jī)，保證天線每轉(zhuǎn)到一個(gè)角度時(shí)停下，雷達(dá)測(cè)量一組數(shù)據(jù)，然后控制天線轉(zhuǎn) 到下一個(gè)角位置，如此重復(fù)控制和測(cè)量，即可保證收發(fā)天線的極化是同步變化的； 角度編碼器準(zhǔn)確的記錄下天線轉(zhuǎn)過(guò)的角度Y，則BPARC轉(zhuǎn)過(guò)的圈數(shù)可由N=y/360° 計(jì)算得出。測(cè)量中，可以控制BPARC雙天線進(jìn)行整圈的測(cè)量，這樣保證了初始極化角的選取 對(duì)整個(gè)校準(zhǔn)過(guò)程沒有影響； 步驟-2 :BPARC裝置的安裝，包括： 將本發(fā)明所提出的BPARC極化校準(zhǔn)裝置安裝于標(biāo)校支架上，按照測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng)的要求 調(diào)整其延時(shí)參數(shù)； 針對(duì)當(dāng)前給定的雙站測(cè)量的雙站角，控制方位轉(zhuǎn)臺(tái)，使BPARC接收天線對(duì)準(zhǔn)測(cè)量雷達(dá) 的發(fā)射天線，BPARC轉(zhuǎn)發(fā)天線對(duì)準(zhǔn)測(cè)量雷達(dá)的接收天線，每次改變測(cè)量雙站角時(shí)，均需重復(fù) 此BPARC安裝步驟； 步驟-3 :極化校準(zhǔn)測(cè)量和數(shù)據(jù)錄?。? 維持已按照給定測(cè)量雙站角調(diào)節(jié)好的方位轉(zhuǎn)臺(tái)位置固定不動(dòng)，控制BPARC的視線旋轉(zhuǎn) 機(jī)構(gòu)，使BPARC的兩個(gè)天線勻速慢速旋轉(zhuǎn)，假設(shè)共轉(zhuǎn)過(guò)N圈，測(cè)量雷達(dá)發(fā)射信號(hào)并接收BPARC 轉(zhuǎn)發(fā)天線輻射的回波信號(hào)，錄取BPARC天線繞測(cè)量雷達(dá)視線旋轉(zhuǎn)過(guò)程中不同位置下全部極 化通道的回波信號(hào)，得到的全部測(cè)量數(shù)據(jù)； 每次改變測(cè)量雙站角時(shí)，均需重復(fù)此BPARC測(cè)量和數(shù)據(jù)錄取步驟； 步驟-4 :極化校準(zhǔn)參數(shù)提取： 通過(guò)步驟-3中的測(cè)量數(shù)據(jù)求解得到測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng)的全部極化校準(zhǔn)參數(shù)； 每次改變測(cè)量雙站角時(shí)，均需利用對(duì)該雙站角下的BPARC測(cè)量數(shù)據(jù)求解測(cè)量雷達(dá)系統(tǒng) 的校準(zhǔn)參數(shù)； 步驟-5 :目標(biāo)雙站極化測(cè)量： 安裝待測(cè)目標(biāo)，并由雙站測(cè)量雷達(dá)錄取所有極化通道的目標(biāo)回波； 同一雙站角下，可以采用相同的測(cè)量雷達(dá)對(duì)多個(gè)相同或不同目標(biāo)進(jìn)行雙站測(cè)量； 步驟-6 :極化校準(zhǔn)處理 根據(jù)步驟-4中已得到的極化校準(zhǔn)參數(shù)和步驟-5中測(cè)得的目標(biāo)測(cè)量值，應(yīng)用式（6-1) 即可宗成所涮H標(biāo)的極仆持準(zhǔn)?徨剎H標(biāo)的直走極仆散射鉅陳佶，
式中A
為待校準(zhǔn)目標(biāo)的4個(gè)極化組合下的測(cè)量值；St為待校準(zhǔn)目標(biāo)真 實(shí)極化散射矩陣；RHH和R vv分別為測(cè)量系統(tǒng)HH極化和VV極化接收通道的增益因子，Thh及 Tvv分別為測(cè)量系統(tǒng)HH極化和VV極化發(fā)射通道的增益因子，4、4、4、4為測(cè)量系統(tǒng) 的交叉極化因子，這8個(gè)參數(shù)為需要通過(guò)步驟-1?步驟-5對(duì)BPARC測(cè)量并對(duì)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn) 行處理來(lái)求解的測(cè)量系統(tǒng)極化校準(zhǔn)參數(shù)； 同一雙站角下，采用相同的測(cè)量雷達(dá)對(duì)多個(gè)相同或不同目標(biāo)進(jìn)行雙站測(cè)量時(shí)，可以用 同一組校準(zhǔn)參數(shù)進(jìn)行極化校準(zhǔn)處理； 如果只做雙站RCS測(cè)量和定標(biāo)，則上述6個(gè)步驟可進(jìn)一步簡(jiǎn)化，不需要提取極化校準(zhǔn)參 數(shù)，只需按照式（6-2)所給出的雙站定標(biāo)方程進(jìn)行測(cè)量和RCS定標(biāo)計(jì)算，
(6-2) 式中4為目標(biāo)雙站RCS，為BPARC的理論雙站RCS七。和P ^分別為測(cè)定標(biāo)體和測(cè) 目標(biāo)時(shí)雷達(dá)接收到的回波功率；&和S。分別為單次RCS測(cè)量采樣中，測(cè)量目標(biāo)和測(cè)量定標(biāo) 體時(shí)的雷達(dá)復(fù)回波信號(hào)；Kb為同雙站測(cè)量幾何關(guān)系相對(duì)應(yīng)的定標(biāo)常數(shù)； BPARC的理論雙站RCS值^計(jì)算公式為；
(6-3) 式中，G K分別為BPARC轉(zhuǎn)發(fā)天線和接收天線的增益，G ^^為BPARC中除天線外，整 個(gè)回路的總增益；BPARC的理論RCS值也可通過(guò)采用另一個(gè)RCS值已知的定標(biāo)體通過(guò)相對(duì) 定標(biāo)測(cè)量的方法來(lái)測(cè)得； 同雙站測(cè)量幾何關(guān)系相對(duì)應(yīng)的定標(biāo)常數(shù)Kb的計(jì)算則根據(jù)雙站測(cè)量幾何關(guān)系由式（6-4) 完成：
(64> 式中RtT和R t。分別表示發(fā)射通道的目標(biāo)距離和定標(biāo)體距離；R ^和R ^分別表示接收通 道的目標(biāo)距離和定標(biāo)體距離；LtT和L t。分別表示測(cè)目標(biāo)和測(cè)定標(biāo)體時(shí)發(fā)射通道的總損耗； 和L ^分別表示測(cè)目標(biāo)和測(cè)定標(biāo)體時(shí)接收通道的總損耗；只要測(cè)試中目標(biāo)距離和定標(biāo)體 距離是確定的，雙站幾何關(guān)系保持不變，則Kb值是確定的常數(shù)。
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種可用于目標(biāo)雙站雷達(dá)散射截面(RCS)測(cè)量定標(biāo)與極化校準(zhǔn)裝置(簡(jiǎn)稱為BPARC)及其測(cè)量校準(zhǔn)方法，該裝置為采用帶雙軸旋轉(zhuǎn)控制機(jī)構(gòu)的雙天線有源極化雷達(dá)校準(zhǔn)(PARC)裝置，可同時(shí)解決雙站散射測(cè)量條件下目標(biāo)雙站RCS定標(biāo)和目標(biāo)雙站極化散射矩陣測(cè)量極化校準(zhǔn)問(wèn)題。作為雙站RCS測(cè)量定標(biāo)裝置，BPARC可以克服已有技術(shù)和裝置的缺點(diǎn)，保證不同雙站角下RCS定標(biāo)值的穩(wěn)定性；作為雙站極化散射矩陣測(cè)量的極化校準(zhǔn)裝置，BPARC既保留了已有單站極化校準(zhǔn)PARC裝置的全部?jī)?yōu)點(diǎn)，同時(shí)又可用于雙站極化校準(zhǔn)，增加了傳統(tǒng)PARC裝置的雙站RCS定標(biāo)和雙站極化校準(zhǔn)功能。
【IPC分類】G01S7-03, G01S7-40
【公開號(hào)】CN104614715
【申請(qǐng)?zhí)枴緾N201510097351
【發(fā)明人】許小劍, 唐建國(guó)
【申請(qǐng)人】北京航空航天大學(xué)
【公開日】2015年5月13日
【申請(qǐng)日】2015年3月5日