[发明专利]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

权利要求书

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、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。

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接收天线与转发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w_r匀速旋转，其中w_r＝w_t，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；

角度编码器准确的记录下天线转过的角度γ，则BPARC转过的圈数可由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：

将本发明所提出的BPARC极化校准装置安装于标校支架上，按照测量雷达系统的要求调整其延时参数；

针对当前给定的双站测量的双站角，控制方位转台，使BPARC接收天线对准测量雷达的发射天线，BPARC转发天线对准测量雷达的接收天线，每次改变测量双站角时，均需重复此BPARC安装步骤；

步骤-3：极化校准测量和数据录取：

维持已按照给定测量双站角调节好的方位转台位置固定不动，控制BPARC的视线旋转机构，使BPARC的两个天线匀速慢速旋转，假设共转过N圈，测量雷达发射信号并接收BPARC转发天线辐射的回波信号，录取BPARC天线绕测量雷达视线旋转过程中不同位置下全部极化通道的回波信号，得到的全部测量数据；

每次改变测量双站角时，均需重复此BPARC测量和数据录取步骤；

步骤-4：极化校准参数提取：

通过步骤-3中的测量数据求解得到测量雷达系统的全部极化校准参数；

每次改变测量双站角时，均需利用对该双站角下的BPARC测量数据求解测量雷达系统的校准参数；

步骤-5：目标双站极化测量：

安装待测目标，并由双站测量雷达录取所有极化通道的目标回波；

同一双站角下，可以采用相同的测量雷达对多个相同或不同目标进行双站测量；

步骤-6：极化校准处理

根据步骤-4中已得到的极化校准参数和步骤-5中测得的目标测量值，应用式(6-1)即可完成所测目标的极化校准，得到目标的真实极化散射矩阵值；

St=1(1-ϵRH·ϵRV)·1(1-ϵTH·ϵTV)·1-ϵRH-ϵRV1·MtHHRHH·THHMtHVRHH·TVVMtVHRVV·THHMtVVRVV·TVV·1-ϵTH-ϵTV1---(6-1)]]>

式中Mt=MtHHMtHVMtVHMtVV]]>为待校准目标的4个极化组合下的测量值；S_t为待校准目标真实极化散射矩阵；R_HH和R_VV分别为测量系统HH极化和VV极化接收通道的增益因子，T_HH及T_VV分别为测量系统HH极化和VV极化发射通道的增益因子，为测量系统的交叉极化因子，这8个参数为需要通过步骤-1～步骤-5对BPARC测量并对测量数据进行处理来求解的测量系统极化校准参数；

同一双站角下，采用相同的测量雷达对多个相同或不同目标进行双站测量时，可以用同一组校准参数进行极化校准处理；

如果只做双站RCS测量和定标，则上述6个步骤可进一步简化，不需要提取极化校准参数，只需按照式(6-2)所给出的双站定标方程进行测量和RCS定标计算，

σTb=Kb·PrTPrC·σCb=Kb·|STSC|2·σCb---(6-2)]]>

式中为目标双站RCS，为BPARC的理论双站RCS；P_rC和P_rT分别为测定标体和测目标时雷达接收到的回波功率；S_T和S_C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；K_b为同双站测量几何关系相对应的定标常数；

BPARC的理论双站RCS值计算公式为；

σCb=GLoop·GT·GR·λ24π---(6-3)]]>

式中，G_T和G_R分别为BPARC转发天线和接收天线的增益，G_Loop为BPARC中除天线外，整个回路的总增益；BPARC的理论RCS值也可通过采用另一个RCS值已知的定标体通过相对定标测量的方法来测得；

同双站测量几何关系相对应的定标常数K_b的计算则根据双站测量几何关系由式(6-4)完成：

Kb=(RtTRrTRtCRrC)2·LtTLrTLtCLrC---(6-4)]]>

式中R_tT和R_tC分别表示发射通道的目标距离和定标体距离；R_rT和R_rC分别表示接收通道的目标距离和定标体距离；L_tT和L_tC分别表示测目标和测定标体时发射通道的总损耗；L_rT和L_rC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K_b值是确定的常数。