[发明专利]一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器和雷达校准方法

说明书

本申请涉及一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器和雷达校准方法。所示极化雷达无源校准器包括空中机动平台及其控制设备，以及安装在空中机动平台上的二面角和MEMS惯导设备。通过控制设备调整空中机动平台上二面角的位置和姿态，由MEMS惯导获取二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据，由控制设备根据相对姿态测量数据，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。本申请可以准确得知雷达校准器的极化散射矩阵，并且可以通过调整校准器的位置避免地杂波干扰，可以灵活运用于不同环境中的极化雷达校准。

技术领域

本申请涉及雷达测量技术领域，特别是涉及一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器和雷达校准方法。

背景技术

雷达利用无线电波对目标进行探测和定位，不仅用于军事领域探测，也日益广泛地应用于国民经济建设和各门科学研究之中。随着技术的发展，对雷达的要求不仅是传统的测得到，还得测得准、测得清，精密测量日益成为雷达应用的标准和前提。极化雷达是当前国际上的研究热点。极化是除幅度、相位和频率外电磁波的另一个重要物理参量，表征了电磁波矢量传输特性。利用极化信息可以反演目标的姿态、尺寸、结构和材料等微物理属性信息，对目标的检测、识别与分类具有质的改善作用。

利用极化校准器对极化雷达进行校准是实现极化雷达精密测量的重要手段，其原理是：使用极化校准器测量反射回波，比较测量到的反射回波和理论反射回波的大小，得到极化雷达的系统误差。其中，极化雷达的反射回波称为极化散射矩阵，为2×2大小的复数矩阵，可以表征同极化和交叉极化分量。雷达校准器根据是否有源，可分成无源校准器和有源校准器。相比于有源校准器，无源校准器具有小型化、轻巧便携、可灵活布置等优点，适用于更多的雷达校准场景。典型的无源校准器包括金属球，角反射器、龙伯透镜等。

国内外学者针对极化雷达精密测量也开展了一些雷达校准研究工作。其中，Unal等人（C.Unal, R. Niemeijer, J. Sinttruyen, L. Ligthart. Calibration of aPolarimetric Radar Using a Rotatable Dihedral Corner Reflector[J]. IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002, 32(4): 837-845.）通过在地面放置旋转二面角的方法，获得多个角度下不同的极化散射矩阵，从而建立方程组求解极化测量模型中的未知数，然而该方法存在二面角姿态靠主观估计，且雷达测量数易受地杂波影响等问题。Yin等人（J. Yin, P. Hoogeboom, C. Unal, H. Russchenberg, F. vander Zwan, E. Oudejans. UAV-aided Weather Radar Calibration[J]. IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing, 2019, 57(12): 10362-10375.）提出利用无人机协飞技术，设计双GPS球准确定位金属球，通过无人机定点寻迹，实现雷达精密校准。然而该方法中由于金属球的RCS较小，为了实现金属球和无人机的回波不混叠，使用了50m的长线连接金属球和无人机，且雷达工作在高距离分辨率模式，故而该方法不适用于远场条件较大的标定场景。此外，所使用的金属球只适用于极化雷达主极化标定，不适用极化雷达的交叉极化分量标定。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够精确测量和调整姿态的极化雷达无源校准器和雷达校准方法。

一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器，包括空中机动平台、二面角、MEMS惯导设备和控制设备，二面角安装在空中机动平台上。

空中机动平台用于根据控制设备发送的控制指令调整进行位置和姿态调整，以调整二面角和被校准的极化雷达的相对姿态。

MEMS惯导设备用于获取二面角的位置数据。