基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法及设备技术

本发明专利技术提供基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法及设备，包括接收天线接收到待测雷达射频信号后送入目标模拟器主机内部进行混频、放大后变为中频信号，中频信号经过模数转换后变为数字信号，数字信号经过数字下变频后变为基带信号；设备主机对基带信号进行幅度、速度、距离调制后产生基带目标模拟信号，基带目标模拟信号经过数字上变频、数模转换后变为中频模拟信号，中频模拟信号经过混频、放大后变为射频信号，射频信号通过射频电缆被送入发射天线对准待测雷达进行辐射，从而在待测雷达上产生需求的模拟目标信号。该发明专利技术方法能够在真实场景中，使用低成本无人机平台搭载目标模拟器，通过缩比测量的方式实现雷达三维威力图的高精度标定。力图的高精度标定。力图的高精度标定。

【技术实现步骤摘要】
基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法及设备


[0001]本专利技术涉及电子
和雷达
，更具体地，涉及基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法及设备。

技术介绍

[0002]雷达能够全天候获取目标信息，是气象服务、航空和船舶交通管制的必要手段。雷达探测范围又称雷达威力范围，它是指雷达对目标进行连续观测的空域。确定雷达的有效探测范围，能够帮助操作人员实时把握电磁态势，增强信息化决策能力，为任务规划提供重要基础。
[0003]获取雷达威力图通常有三种方式，第一种是结合雷达方程、雷达天线方向图、杂波模型等通过数值仿真的方式对雷达威力图进行估计。第二种是通过在检飞场进行雷达检飞测试的方式得到雷达威力图。第三种是通过雷达使用过程中记录各种目标的实测数据，根据实测数据结合理论模型对雷达威力图不断修正，从而得到当前状态下的雷达威力图。
[0004]第一种数值仿真方式简单方便，成本低，但是难以精确模拟真实电磁环境，误差较大，仿真结果只能作为参考使用。而且，随着雷达使用年限的增长，会出现发射功率降低、天线波束变形等问题，因此单靠数值仿真的方法难以把握雷达探测威力变化情况。第二种雷达检飞测试方式对目标飞行姿态、航迹选择以及环境等因素有很高的要求，同时其耗资巨大、协调事项多，工程实践性较差。第三种利用雷达实测数据结合理论模型进行估算的方式，需要大量的数据积累才能获得雷达威力图，耗时长，并且积累的实测数据需要不断更新、维护，实施难度同样较大。

技术实现思路

[0005]针对现有技术的不足，本专利技术的目的在于提供基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法及设备。该方法在真实场景中，使用低成本无人机平台搭载目标模拟器，通过缩比测量的方式实现雷达三维威力图的高精度标定。
[0006]根据本专利技术的第一方面，提供基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法，所述标定方法包括以下步骤：
[0007]步骤一：标定目标模拟器的雷达散射截面积；
[0008]步骤二：无人机搭载目标模拟器升空，飞行到设定位置后悬停，雷达和目标模拟器进入待机状态；
[0009]步骤三：调整无人机姿态使得雷达和模拟器主瓣互相对准；
[0010]步骤四：雷达和目标模拟器进入工作状态，目标模拟器接收雷达信号，并生成目标模拟信号对准雷达发射；
[0011]步骤五：雷达接收目标模拟信号，雷达屏幕显示雷达探测结果；
[0012]步骤六：目标模拟器设置链路增益步进减小；
[0013]步骤七：雷达监测模拟目标变化情况，当模拟目标从有到无时，就是雷达探测威力
极限，记录当前目标模拟器上的链路增益值，并计算出当前位置、方位的雷达探测威力极限；
[0014]步骤八：控制雷达波束扫描，同时控制无人机按照飞行轨迹飞行到波束指向位置，重复步骤三到步骤七测量雷达指向其它方位角时的探测极限并记录，要求方位向测量范围大于雷达方位向探测范围；
[0015]步骤九：无人机改变飞行高度，重复步骤三到步骤八测量其它高度目标探测威力，要求探测高度范围覆盖雷达俯仰向探测范围；
[0016]步骤十：待多个高度探测完毕后，获得高度向和方位向的雷达探测威力，根据记录结果生成目标雷达散射截面积为Nm2的雷达三维威力图，其他雷达散射截面积大小根据预定目标雷达三维威力图等比例换算。
[0017]可选地，所述线下标定目标模拟器的雷达散射截面积包括：
[0018]步骤a：目标模拟器置于距离矢量网络分析仪R
m
处，矢量网络分析仪输出端口接标准喇叭天线发射信号；
[0019]步骤b：目标模拟器对收到信号进行样本存储，矢量网络分析仪停止发射信号；
[0020]步骤c：标准喇叭天线接到矢量网络分析仪的接收端口；
[0021]步骤d：目标模拟器开始发送未经过幅度调制的目标模拟信号；
[0022]步骤e：矢量网络分析仪上计算信号的功率E1；
[0023]步骤f：计算等效雷达散射截面积为Nm2时，目标模拟器置于距离矢量网络分析仪R
m
处时，失网接收的信号功率E2；
[0024]步骤g：目标模拟器重新开始发送目标模拟信号，调节目标模拟器链路增益，在矢量网络分析仪上显示，使得E1＝E2；
[0025]步骤h：记录此时的链路增益设置值m，即雷达距离目标模拟器为R
m
，且目标模拟器设置链路增益为m时，此时目标模拟器所模拟的目标雷达散射截面积就是Nm2，线下标定结束。
[0026]可选地，所述步骤e中，所述功率E1的表达式为:
[0027][0028]其中，P
l
是矢量网络分析仪信号发射功率；G
l
是标准喇叭天线增益；m是目标模拟器链路增益，可调；R
m
是接收喇叭天线到模拟器之间的距离；σ
er
是目标模拟器所模拟目标的等效雷达散射截面积；A
e
是标准喇叭天线的接收孔径；λ为信号波长；a
l
是天线端口到矢量网络分析仪的射频电缆插损，可提前测量得到数值。
[0029]可选地，所述步骤f中，根据雷达方程，雷达反射截面积为1m2的目标反射回波信号经过上述标准喇叭天线和矢量网络分析仪接收的功率为
[0030][0031]其中，表示为雷达散射截面积，数值为1，P
l
是矢量网络分析仪信号发射功率；G
l
是标准喇叭天线增益；R
m
是接收喇叭天线到模拟器之间的距离；λ为信号波长；a
l
是天线端口到矢量网络分析仪的射频电缆插损，可提前测量得到数值。
[0032]可选地，所述雷达监测模拟目标变化情况，当模拟目标从有到无时，就是雷达探测威力极限，记录当前目标模拟器上的链路增益值，并计算出当前位置、方位的雷达探测威力极限包括：
[0033]计算链路增益值n对应的雷达反射截面积；
[0034]根据雷达方程，求出探测极限情况下，雷达反射截面积为Nm2目标发射信号到雷达的功率
[0035]根据雷达距离方程，计算当前模拟目标到达雷达的功率Pr；
[0036]当P
r
＝P
rmin
时，求出雷达探测极限值。
[0037]可选地，所述功率依据以下公式求得：
[0038][0039]其中，P
t
是雷达发射功率；G
t
是雷达天线增益；R
max
是雷达在当前方向的探测威力；
[0040]可选地，根据雷达距离方程，当前模拟目标到达雷达的功率P
r
为：
[0041][0042]其中，σ
m
是目标模拟器链路增益设置值为n时对应的等效截面积。
[0043]根据本专利技术的第二方面，还提供了一种基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定设备，包括：
[0044]目标模拟器，所述目标本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法，其特征在于，所述标定方法包括以下步骤：步骤一：标定目标模拟器的雷达散射截面积；步骤二：无人机搭载目标模拟器升空，飞行到设定位置后悬停，雷达和目标模拟器进入待机状态；步骤三：调整无人机姿态使得雷达和模拟器主瓣互相对准；步骤四：雷达和目标模拟器进入工作状态，目标模拟器接收雷达信号，并生成目标模拟信号对准雷达发射；步骤五：雷达接收目标模拟信号，雷达屏幕显示雷达探测结果；步骤六：目标模拟器设置链路增益步进减小；步骤七：雷达监测模拟目标变化情况，当模拟目标从有到无时，就是雷达探测威力极限，记录当前目标模拟器上的链路增益值，并计算出当前位置、方位的雷达探测威力极限；步骤八：控制雷达波束扫描，同时控制无人机按照飞行轨迹飞行到波束指向位置，重复步骤三到步骤七测量雷达指向其它方位角时的探测极限并记录，要求方位向测量范围大于雷达方位向探测范围；步骤九：无人机改变飞行高度，重复步骤三到步骤八测量其它高度目标探测威力，要求探测高度范围覆盖雷达俯仰向探测范围；步骤十：待多个高度探测完毕后，获得高度向和方位向的雷达探测威力，根据记录结果生成目标雷达散射截面积为Nm2的雷达三维威力图，其他雷达散射截面积大小根据预定目标雷达三维威力图等比例换算。2.根据权利要求1所述的基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法，其特征在于：所述线下标定目标模拟器的雷达散射截面积包括：步骤a：目标模拟器置于距离矢量网络分析仪R
m
处，矢量网络分析仪输出端口接标准喇叭天线发射信号；步骤b：目标模拟器对收到信号进行样本存储，矢量网络分析仪停止发射信号；步骤c：标准喇叭天线接到矢量网络分析仪的接收端口；步骤d：目标模拟器开始发送未经过幅度调制的目标模拟信号；步骤e：矢量网络分析仪上计算信号的功率E1；步骤f：计算等效雷达散射截面积为Nm2时，目标模拟器置于距离矢量网络分析仪R
m
处时，失网接收的信号功率E2；步骤g：目标模拟器重新开始发送目标模拟信号，调节目标模拟器链路增益，在矢量网络分析仪上显示，使得E1＝E2；步骤h：记录此时的链路增益设置值m，即雷达距离目标模拟器为R
m
，且目标模拟器设置链路增益为m时，此时目标模拟器所模拟的目标雷达散射截面积就是Nm2，线下标定结束。3.根据权利要求2所述的基于无人机载目标模拟器的三维威力图标定方法，其特征在于：所述步骤e中，所述功率E1的表达式为:
其中，P
l
是矢量网络分析仪信号发射功率；G
l
是标准喇叭天线增益；m是目标模拟器链路增益，可调；R
m
是接收喇叭天线到模拟器之间的距离；σ
er
是目标模拟器所模拟目标的等效雷达散射截面积；A
e
是标准喇叭天线的接收孔径；λ为信号波长；a
l
是天线端口到矢量网络分析仪的射频电...

【专利技术属性】
技术研发人员：毕晓文，熊露，张慧勇，顾立娟，付雪梅，魏杰，方珍珍，刘博雅，伍兴，刘杰，
申请(专利权)人：中国人民解放军陆军工程大学，
类型：发明
国别省市：