[发明专利]一种机载气象雷达波束指向自动校准方法

说明书

本发明公开了一种机载气象雷达波束指向校准方法，其特征在于，利用数字高程地图，在扫描过程中计算波束照射区域与理论照射区域的差异，自动估计方位和俯仰波束指向误差，实现校准。本发明利用数字高程地图信息，在扫描过程中计算波束照射区域与理论照射区域的差异，自动估计方位和俯仰波束指向误差，并实现校准功能。本发明方法大大简化了机载气象雷达波束指向误差法的测量方式，有效改善气象探测性能。本发明方法可应用于军用和民用机载前视雷达领域。本发明方法原理简单，计算准确，可以自动进行雷达天线波束指向角度误差估计，具有良好的市场应用前景。

技术领域

本发明属于机载气象雷达技术领域，涉及一种机载气象雷达波束指向自动校准方法。

背景技术

机载气象雷达能够实现飞行航路前方的气象目标的探测与显示，飞行员根据显示器上气象目标强度、距离和方位等信息，提前做好规避措施，保障飞行安全。为了便于查看和决策，需要雷达提供无杂波干扰的精确的气象显示。

雷达波束指向偏差会影响天线波束覆盖范围，如图1所示，天线波束在方位向和俯仰向均存在一定的指向误差，使得波束照射区域与指定的区域出现偏移，导致雷达探测到的气象目标强度和位置标注不准确，甚至会带来杂波影响，造成雷达探测性能的损失。为了保证雷达能够精确获取飞机前方的气象信息，且消除杂波干扰，雷达在每次重新安装后都需要进行波束指向校准。

波束指向误差是指雷达天线实际的指向与要求指向的方向间的角度差，是多种误差相互作用的结果，主要的误差来源是天线安装误差和随机幅相误差，若是采用有源相控阵天线，则单元间的互耦、天线方向图的不一致性以及天线罩的影响等都会造成波束指向偏差。

目前，机载气象雷达的波束校准集中在天线安装误差的校准方面，需要将机头顶起，调整飞机的水平基准面在绝对水平状态，并利用专门的仪器设备对安装的天线进行校靶，该方式要求人工操作，程序复杂，工作量大且精细度高，稍有疏忽将造成较大指向误差，对操作人员的技术经验要求高；且测试场地和条件要求严苛，操作不便，同时每台装机雷达都要进行专门的测量，对一些不能满足测量条件的雷达，难以满足系统所需的精度要求，因此，急需一种简单有效的手段实现天线波束指向误差的测量与校准。

本专利针对人工手动测量天线波束指向误差难度大、测试场地受限等现实难题，提出了一种利用数字高程地图辅助波束指向自动校准的方法。该方法在飞行过程中，通过选择天线自动校准按钮，雷达发射电磁波对某一区域进行扫描，根据雷达获取的扫描图与实际对应的数字高程图进行比较和相关，获取雷达波束指向误差，并将该误差存储在处理机内部，后期雷达使用过程中都可调用该误差值进行波束指向误差的校准。该方法原理简单，操作方便，对测量条件、场地和测量人员都没有额外的要求，在飞行过程中就可实现，方便快捷，可极大地节约成本。

发明创造目的

本专利针对人工手动测量天线波束指向误差难度大、测试场地受限等现实难题，提出了一种利用数字高程地图辅助机载气象雷达进行波束指向自动校准的方法。通过飞行过程中的雷达扫描数据与数字高程数据，自动估计机载气象雷达波束指向误差，提高天线指向精度，实现气象目标的精确探测与显示，改善气象雷达探测性能。

发明内容

一种机载气象雷达波束指向校准方法，其特征在于，利用数字高程地图，在扫描过程中计算波束照射区域与理论照射区域的差异，自动估计方位和俯仰波束指向误差，实现校准。

所述校准的具体实施步骤包括：

(1)载机平稳飞行过程中，选择波束校准模式：使得雷达波束完全照射到地面，回波区分出杂波带，雷达扫描同时录取数据，完成一个扫描周期后，得到雷达接收到的地形回波数据；

(2)雷达数据预处理：将雷达回波数据计算模值，并在此基础上估计噪声功率，设置噪声门限；

(3)俯仰指向误差估计：根据雷达回波搭地位置与计算出的理论搭地位置进行比较，通过位置的偏移估计出波束指向误差；