一种可旋转双天线有源极化校准装置及其极化校准方法制造方法及图纸

本发明专利技术公开了一种可旋转双天线有源极化校准装置及其极化校准方法，该装置在接收天线和发射天线口面处加装极化滤波器；采用了可旋转双天线设计，接收天线和发射天线的不同姿态组合可构成不同的极化组合。由于所设计的可旋转双天线有源极化校准器PARC中的每个天线都是可以独立旋转的，控制PARC接收天线和发射天线的以不同极化方式组合，可获得PARC的多种形式的极化散射矩阵。安装本发明专利技术所提出的PARC极化校准装置，调整好延时参数，控制旋转机构，使PARC匀速慢速旋转，可以完成对任意待校准目标的校准工作。通过在天线口面处加装极化滤波器，可使得收、发天线各自的极化隔离度大大提高，有利于提高极化校准精度。

【技术实现步骤摘要】
一种可旋转双天线有源极化校准装置及其极化校准方法
本专利技术涉及天线有源极化校准的
，具体涉及一种可旋转双天线有源极化校准装置及其极化校准方法。
技术介绍
在雷达目标极化散射矩阵(PolarimetricScatteringMatrix,PSM)的测量中，接收到的信号不仅与待测目标的极化散射矩阵有关，还与测量系统发射通道和接收通道的特性有关。考虑雷达各极化通道间存在交叉耦合以及增益失衡等情况，目标测量的PSM与真实值之间的关系如图1所示(参见文献[1]肖志河，巢增明，蒋欣，王晨.雷达目标极化散射举着测量技术[J].系统工程与电子技术,1996，(3):13-32.)。由图1所示，雷达的接收通道传输矩阵R、发射通道传输矩阵T以及背景杂波I会导致目标的测量极化散射矩阵Sm与目标真实极化散射矩阵S存在偏差。实测值Sm和目标PSM真实值S满足以下关系式(参见文献[1]肖志河，巢增明，蒋欣，王晨.雷达目标极化散射举着测量技术[J].系统工程与电子技术,1996，(3):13-32.)：Sm＝R·S·T+I(1)极化校准的目的是从实测数据中尽可能不失真地还原出目标的真实PSM，求解方程为：S＝R-1·(Sm-I)·T-1(2)可见，必须同时求得系统的收发通道传输矩阵R、T和背景杂波I，才能实现对任意目标的校准。极化校准的通常做法是：控制测试环境的背景杂波足够低从而可忽略其对测量的影响，近似地有I＝0，或者直接测得背景杂波矩阵I并进行背景向量相减处理，在此基础上利用理论PSM已知的目标作为极化校准体，结合对其实测的PSM数据，通过式(1)建立理论PSM与经过背景抵消后的测量值之间的量化关系，有：M＝Sm-I＝R·S·T(3)来求解雷达测量系统的校准参数R、T，从而有以下简化公式：S＝R-1·M·T-1(4)根据定标体的类型，可分为有源定标体和无源定标体。最基本的有源极化校准器(PolarimetricActiveRadarCalibrators,PARC)是带有光纤延时线的有源转发器，其简单的结构示意图如图2所示(参见文献[2]K.Sarabandi，F.T.Ulaby.Performancecharacterizationofpolarimetricactiveradarcalibratorsandanewsingleantennadesign[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation，1992,40(10):1147-1154.)。工作过程为：接收天线从空间接收雷达信号，该信号经放大器放大处理后，由带通滤波器滤除雷达工作频段以外的杂波；通过调节延时线的延时大小来等效改变测量距离，这样，可以去除固定距离上的背景杂波使得近似地有I＝0；最后再经转发天线转发出去，从而被雷达接收和处理。与无源定标体相比，PARC的雷达散射截面(RadarCrossSection,RCS)不受物理尺寸限制，且其大小可以通过调节衰减器来改变，其理论计算值为(参见文献[2]K.Sarabandi，F.T.Ulaby.Performancecharacterizationofpolarimetricactiveradarcalibratorsandanewsingleantennadesign[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation，1992,40(10):1147-1154.)：式中，GT和GR分别为PARC转发天线和接收天线的增益，GLoop为图2中除天线外，整个回路的总增益。一般也可通过相对定标的方法测得其RCS大小。PARC的收发天线一般采用喇叭天线，天线具有单一的线极化方式。如图3所示，我们称天线的线极化状态与水平X轴(水平向右)的夹角为天线的极化角。若PARC接收天线的极化角为θr，转发天线的极化角为θt，则PARC的理论PSM为(参见文献[3]M.He,Y.Z.Li,S.P.Xiao,etal.Schemeofdynamicpolarimetriccalibration[J].ElectronicsLetters,2012,48(4):237-238.)：式中，ht＝[cosθtsinθt]T和hr＝[cosθrsinθr]T分别为PARC转发天线和接收天线的Jones矢量，上标T表示矩阵或向量的转置运算。由式(6)可见，若采用双天线PARC设计，通过改变接收天线的极化角θr和转发天线的极化角θt，可以获得PARC各种极化角组合的理论极化散射矩阵SP1，SP2，…，SPn，结合对应的极化散射矩阵测量值Mp1，Mp2，…，Mpn，根据式(4)可列写出若干方程组，进而可求解出收发通道传输矩阵R和T，从而完成极化校准参数的获取。这正是本项专利技术的基本出发点。实际应用中，所得到的极化校准参数其精度在很大程度上取决于极化校准测量中所选用校准体的理论PSM是否精确，以及极化校准参数求解方程是否具有稳健性。与本专利技术相关的现有技术一的分析如下：文献[2](参考文献[2]K.Sarabandi，F.T.Ulaby.Performancecharacterizationofpolarimetricactiveradarcalibratorsandanewsingleantennadesign[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation，1992,40(10):1147-1154.)中提出了一种单天线PARC的结构，其原理框图参见图2所示。在天线口面内部有一对相互正交放置的馈源，分别用于接收信号和转发信号，这样，接收和转发信号的极化方式始终是相互正交的，如图4所示。通过将天线绕雷达视线旋转至不同的角位置，天线的收发极化状态也随之而改变，从而获得不同的极化散射矩阵。采用这种PARC极化校准的基本步骤为：(1)计算两种姿态下单天线PARC的极化散射矩阵的理论值SP1、SP2；(2)测量两种姿态下的单天线PARC的测量值Μp1、Μp2，在测量中，经延时线处理使得接收回波被延时到远离PARC所在的距离处，从而可消除背景杂波I的影响；(3)将上述ΜP1、ΜP2、SP1及SP2通过式(3)建立方程组，求解收发共天线的单站雷达系统的收发通道传输矩阵R和T。现有技术一的缺点分析如下：虽然文献[2](参考文献[2]Sarabandi，F.T.Ulaby.Performancecharacterizationofpolarimetricactiveradarcalibratorsandanewsingleantennadesign[J].IEEETransactionsonAntennasandPropagation，1992,40(10):1147-1154.)提出的单天线PARC结构简单且能够较好地完成极化校准工作，但仍存在以下缺点：(1)PARC天线的接收极化方式和发射极化方式始终是相互正交的，收发天线极化不能任意组合，这大大减少了其理论极化散射矩阵的形式，很多特殊形式的极化散射矩阵无法通过这种单天线PARC得到，比如单位矩阵，从而限制了其应用范围；(2)由于该方案是对某几个天线转角的PARC进行测量而获得实测本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种可旋转双天线有源极化校准装置，包括放大器、延时线、衰减器、滤波器接收天线及发射天线，其特征在于：该装置还包括极化滤波器，所述的极化滤波器加装在接收天线和发射天线口面处；该装置的接收天线和发射天线还采用了可旋转双天线设计，使得接收天线和发射天线的不同姿态组合可构成不同的极化组合。

【技术特征摘要】
1.一种可旋转双天线有源极化校准装置，包括放大器、延时线、衰减器、滤波器、接收天线及发射天线，延时线、衰减器、发射天线依次连接，滤波器、放大器、接收天线依次连接，其特征在于：该装置还包括极化滤波器，所述的极化滤波器加装在接收天线和发射天线口面处；该装置的接收天线和发射天线还采用了可旋转双天线设计，使得接收天线和发射天线的不同姿态组合可构成不同的极化组合；由于所设计的可旋转双天线有源极化校准器PARC中的每个天线都是可以独立旋转的，控制PARC接收天线和发射天线以不同极化方式组合，可获得PARC的多种形式的极化散射矩阵。2.根据权利要求1所述的一种可旋转双天线有源极化校准装置，其特征在于：由于所设计的可旋转双天线有源极化校准器PARC中的每个天线都是独立的，极化滤波器则固定于天线口面，故天线旋转中每个极化滤波器是随着喇叭天线一起绕雷达视线转动的；因此，只要将上述极化滤波器安装在喇叭天线口面外端口处，使极化滤波器的导线方向与喇叭天线极化方式相一致，则无论天线工作在何种线极化状态，均可起到滤除交叉极化耦合的作用，从而大大提高PARC天线的极化隔离度；天线口面处的极化滤波器可采用极化栅微带滤波器；以水平线为x轴，取极化栅的导线的倾角为α，特别当α＝0，即极化滤波器在天线工作于水平极化时可用作水平极化滤波器，其垂直极化分量幅度为0，理论上，可以滤除垂直极化分量；同理，在天线工作于垂直极化时，极化滤波器可用作垂直极化滤波器，即α＝90，理论上，可以滤除水平极化分量。3.一种可旋转双天线有源极化校准方法，利用权利要求1至2中任一项所述的可旋转双天线有源极化校准装置，其特征在于：该方法处理步骤如下：步骤1：安装权利要求1所述的极化校准装置，调整好延时参数，控制旋转机构，使有源极化校准器PARC匀速慢速旋转，雷达测量并存储有源极化校准器PARC天线转过N圈的全部极化散射矩阵PSM数据，记为步骤2：将各极化分量分别应用傅里叶级数进行展开，有：其中wv表示所有的极化状态，w和v可取H或V,c0,wv为傅里叶级数的常数项系数，an,wv和bn,wv分别为傅里叶级数第n阶余弦项和正弦项系数，θr为PARC接收天线的极化角大小；提取出常数项与2阶项系数，结合式(21a-d)：

【专利技术属性】
技术研发人员：唐建国，许小剑，吴鹏飞，
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