一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置及其测量校准方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可用于目标双站雷达散射截面(RCS)测量定标与极化校准装置(简称为BPARC)及其测量校准方法，该装置为采用带双轴旋转控制机构的双天线有源极化雷达校准(PARC)装置，可同时解决双站散射测量条件下目标双站RCS定标和目标双站极化散射矩阵测量极化校准问题。作为双站RCS测量定标装置，BPARC可以克服已有技术和装置的缺点，保证不同双站角下RCS定标值的稳定性；作为双站极化散射矩阵测量的极化校准装置，BPARC既保留了已有单站极化校准PARC装置的全部优点，同时又可用于双站极化校准，增加了传统PARC装置的双站RCS定标和双站极化校准功能。

【技术实现步骤摘要】
一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置及其测量校准方法
本专利技术涉及目标的雷达散射截面(RCS)测量与处理的
，特别是涉及一种可用于目标双站雷达散射截面(RCS)测量定标与极化校准装置(简称为BPARC)及其测量校准方法。
技术介绍
双站雷达散射截面(RCS)测量几何关系示意图如图1所示。双站雷达方程可表示为：式中，Pr为接收机输入端功率(W)；Pt为发射机功率(W)；Gr,Gt分别为接收天线与发射天线的增益(无因次)；Lt为发射通道总的损耗(无因次)；Lr为接收通道总的损耗(无因次)；Rt,Rr分别为目标到发射天线、接收天线的距离(m)；为目标双站散射截面(m2)；λ为雷达工作波长(m)。根据相对定标原理(参见文献[1]黄培康主编，《雷达目标特征信号》，第6章，宇航出版社，1993.)，由双站雷达方程可推导出双站RCS测量定标方程为：式中为目标双站RCS，为定标体的双站RCS；PrC和PrT分别为测定标体和测目标时雷达接收到的回波功率；ST和SC分别为单次RCS测量采样中，测量目标和测量定标体时的雷达复回波信号；Kb为同双站测量几何关系相对应的定标常数，有：tCRrC)2·LtTLrTLtCLrC---(3)]]>式中RtT和RtC分别表示发射通道的目标距离和定标体距离；RrT和RrC分别表示接收通道的目标距离和定标体距离；LtT和LtC分别表示测目标和测定标体时发射通道的总损耗；LrT和LrC分别表示测目标和测定标体时接收通道的总损耗。只要测试中目标距离和定标体距离是确定的，双站几何关系保持不变，则Kb值也是确定的常数。在选择双站RCS测量定标体时，要求定标体的散射特性随着测量双站角的变化能够稳定在一个相对较小的电平范围内，以保证足够高的双站定标精度。然而，一些传统的单站RCS测量定标体如金属球、金属圆柱体、二面角和三面角反射器、金属平板等，随着双站角的增大，其散射特性均呈现振荡特性，当双站角较大时，不适宜用作为标准定标体。例如，通过Mie精确解对金属球定标体的双站散射进行计算，当ka值为20时的归一化RCS随双站角的变化特性如图2所示。很明显，对于小双站角测量，金属球用于双站RCS定标仍然是合适的，但随着双站角超过90°以后，其振荡特性越来越严重，这将在很大程度上影响定标精度。可见，如何找到或者设计合适的双站散射定标体，是双站RCS测量定标的技术难题。与本专利技术相关的现有技术分析如下：现有技术-1:采用传统具有简单形状的定标体这是目前双站RCS测量定标中最常采用的技术。Bradley等人(参见文献[2]C.J.Bradley，P.J.Collins，et.al，"Aninvestigationofbistaticcalibrationobjects，"IEEETrans.onGeoscienceandRemoteSensing，Vol.43，No.10，Oct.2005:2177-2184.及文献[3]C.J.Bradley，P.J.Collins，et.al，"Aninvestigationofbistaticcalibrationtechniques，"IEEETrans.onGeoscienceandRemoteSensing，Vol.43，No.10，Oct.2005:2185-2190.)针对欧洲遥感特征信号实验室(EMSL)测量条件下的双站定标问题进行了研究，重点分析了给定双站角时金属圆柱体、二面角和三面角反射器、金属圆盘和金属丝网等定标体的定标特性。现有技术-1的缺陷：Bradley等人只是研究了一些传统定标体的定标特性及其在双站测量定标中的适用性，并没有解决随着双站角增大，定标体的双站散射呈现随双站角振荡起伏、造成大的定标误差这一关键问题。现有技术-2:设计专用的双站定标体Monzon提出一种双站定标体设计(参见文献[4]C.Monzon，"Across-polarizedbistaticcalibrationdeviceforRCSmeasurements，"IEEETrans.onAntennasandPropagation，Vol.51，No.4，April2003:833-839.)，将金属导电线在介质圆柱体上按一定倾角β螺旋绕制而成。数值计算表明这种定标体具有较好的双站散射特性和交叉极化散射特性。现有技术-2的缺陷：导致这种定标体设计迄今并未见真正付诸工程实用的主要技术缺陷包括三个方面：(1)由于需要严格按照某种倾角将金属导电线绕制在介质圆柱体上，实体加工制造比较困难；(2)这种定标装置的理论散射值的精确计算存在一定困难；(3)加工误差如何影响定标精度难以解析分析。现有技术-3：采用两部发射和接收机，通过两次单站测量导出双站测量的定标函数Alexander和Currie等人(参见文献[5]N.T.Alexander，N.C.Currie，M.T.Tuley，"CalibrationofbistaticRCSmeasurements，"Proc.ofAntennaMeasurementTechniquesAssociation1995Symposium，Columbus，OH，Nov.1995:166-171.及[6]N.C.Currie，N.T.Alexander，M.T.Tuley，"Uniquecalibrationissuesforbistaticradarreflectivitymeasurements，"Proc.IEEE1996NationalRadarConference，AnArbor，Michigan，May1996:142-147.)在解决美国空军国立散射测试场(RATSCAT)双站相参测量系统(BICOMS)的双站RCS定标问题时，提出在双站测量中采用两部发射和接收机(如图4所示)，通过对定标体的两次单站测量导出双站定标函数，并分析了其定标不确定度。现有技术-3的主要优点：可以采用传统的单站定标体，例如金属球、金属圆柱体、角反射器、平板等作为双站定标体，只需经过两次单站和两次双站测量，即可完成双站RCS测量和定标，其定标体不确定度容易满足工程应用要求，不会受到大双站角条件下定标双站散射起伏大的不良影响，因为定标体RCS理论值只需采用单站RCS理论值。现有技术-3的主要缺陷：(1)普通双站RCS测量只需一部发射机和一部接收机，放置在需要的位置(如图1所示)，而采用这种定标技术则必须使用两部性能基本一致的RCS测量雷达(包括发射机和接收机)，导致系统成本成倍提高；(2)由于需要通过对定标体的两次单站测量和两次双站测量数据才能导出定标函数，增加了影响定标误差的因素，同采用单个发射机和接收机的定标方法相比，增大了RCS定标不确定本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：该装置包括接收天线、发射天线、两个方位‑视线双轴旋转单元、方位旋转驱动与控制器、俯仰旋转驱动与控制器、射频组合以及电源组合，其中：所述的接收天线，用于接收双站测量雷达发射天线的辐射信号，由射频电缆馈给射频组合；所述的射频组合：其包括依次连接的放大器、滤波器、延时线和衰减器，其完成对所述的接收天线所收到的双站测量雷达辐射信号的放大、滤波、延时处理后得到输出信号，并经衰减器对输出信号电平调节后，由射频电缆馈给发射天线；所述的发射天线，用于完成射频信号向双站测量雷达接收天线的辐射；所述的两个方位‑视线双轴旋转单元：其中一个用于放置所述的接收天线，另一个用于放置所述的发射天线；所述的方位旋转驱动与控制器：用于控制所述的方位‑视线双轴旋转单元绕方位向的转动；所述的视线旋转驱动与控制器：用于控制所述的方位‑视线双轴旋转单元绕视线轴的转动；所述的电源组合：用于该装置的电源供给。

【技术特征摘要】
1.一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：该装置包括接收天线、发射天线、两个方位-视线双轴旋转单元、方位旋转驱动与控制器、视线旋转驱动与控制器、射频组合以及电源组合，其中：所述的接收天线，用于接收双站测量雷达发射天线的辐射信号，由射频电缆馈给射频组合；所述的射频组合：其包括依次连接的放大器、滤波器、延时线和衰减器，其完成对所述的接收天线所收到的双站测量雷达辐射信号的放大、滤波、延时处理后得到输出信号，并经衰减器对输出信号电平调节后，由射频电缆馈给发射天线；所述的发射天线，用于完成射频信号向双站测量雷达接收天线的辐射；所述的两个方位-视线双轴旋转单元：其中一个用于放置所述的接收天线，另一个用于放置所述的发射天线；所述的方位旋转驱动与控制器：用于控制所述的方位-视线双轴旋转单元绕方位向的转动；所述的视线旋转驱动与控制器：用于控制所述的方位-视线双轴旋转单元绕视线轴的转动；所述的电源组合：用于该装置的电源供给。2.根据权利要求1所述的一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：所述的接收天线和所述的发射天线各由一个喇叭天线组成，同时，为了尽可能减小天线交叉极化耦合误差、提高极化隔离比，在每个天线口面处加装微带极化滤波器装置，每个喇叭天线均安装在一个带有角度编码的方位-视线双轴旋转单元上，由方位旋转驱动与控制器和视线旋转驱动与控制器控制每个天线可独立地绕雷达视线旋转和绕方位转动，带有角度编码的方位-视线双轴旋转单元同时可给出天线的视线转角和方位转角的精确位置信息。3.根据权利要求1所述的一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：所述的方位-视线双轴旋转单元：主要由视线转动步进电机、视线角度编码器、方位转台、方位角度编码器以及同天线之间的匹配安装接口组成；其中“视线”系指双站测量雷达发射机与接收天线之间、或双站测量雷达接收机与发射天线之间的连线；“方位”系指测量雷达架设于xOy平面内时，在xOy平面内的转角，通过视线旋转与驱动控制器，可以实时精确地控制每个天线绕雷达天线视线的旋转速度及转角位置，通过方位旋转与驱动控制器，可以实时精确地控制每个天线绕方位角平面雷达天线视线的旋转速度及转角位置，在工作状态下，双站散射测量RCS定标与极化校准装置的接收和发射天线在方位向分别转动到对准双站测量雷达的发射机和接收机天线。4.根据权利要求3所述的一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：所述的方位旋转驱动与控制器，通过控制方位转台，完成对接收天线和发射天线在方位向的转动，并通过方位角编码器给出每个天线的方位位置信息，方位旋转驱动与控制器可通过远程控制接口由双站散射测量系统控制器远程控制。5.根据权利要求3所述的一种可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：所述的视线旋转驱动与控制器：通过控制视线旋转电机，完成对接收天线和发射天线绕视线轴的转动，并通过视线角编码器给出每个天线的视线转角位置信息，视线旋转驱动与控制器可通过远程控制接口由双站散射测量系统控制器远程控制。6.一种可用于目标双站雷达散射截面测量校准方法，根据权利要求1～5中任一项所述的可用于目标双站雷达散射截面测量定标与极化校准装置，其特征在于：双站测量与校准处理的方法和步骤如下：步骤-1：BPARC装置调校，包括：调节BPARC接收天线与发射天线的视线旋转机构，使得两个天线的初始极化角调为一致，并控制两旋转机构的转速，使收发天线保持一样的转速wr匀速旋转，其中wr＝wt，wr为接收天线的转速，wt为发射天线的转速，单位rad/s，以保证在整个测量过程中BPARC的收发天线极化始终是完全一致的，为此，旋转机构可采用步进电机，保证天线每转到一个角度时停下，雷达测量一组数据，然后控制天线转到下一个角位置，如此重复控制和测量，即可保证收发天线的极化是同步变化的；其中测量定标与极化校准装置简称为BPARC；角度编码器准确的记录下天线转过的角度γ，则BPARC转过的圈数由N＝γ/360°计算得出，测量中，可以控制BPARC双天线进行整圈的测量，这样保证了初始极化角的选取对整个校准过程没有影响；步骤-2：BPARC装置的安装，包括：将所提出的BPARC极化校准装置安装于标校支架上，按照测量雷达系统的...

【专利技术属性】
技术研发人员：许小剑，唐建国，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11