CN103954945A - 一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，针对微波测距雷达的标定问题，步骤如下：1、通过室内，利用角反射器，实测进行近距离标定；2、接入光纤延迟线，对光纤延迟线引入误差进行校准；3、调节光纤延迟线延时，利用光纤延迟线的高精度延迟，完成对测距雷达的全量程校准；4、根据各距离段校准值对测距雷达测量结果进行修正。本发明实现了室内环境条件下，完成测距雷达的高精度、全量程标定，满足距离测量动态范围内的各个距离段标定，且标定精度高于实测距离标定，满足系统使用要求，目前该技术已应用于嫦娥三号GNC分系统微波测距测速敏感器距离标定过程。

Description

一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法

技术领域

本发明涉及一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，属于空间微波雷达测量技术领域。

背景技术

微波测距雷达在使用前需要进行距离零值标定，校准测量值和实际距离值之间的系统固定延时误差，从而使得测量误差符合要求，如何简单、准确的获得标定数据对测距雷达至关重要。

微波测距雷达项目研制来源于探月二期工程中嫦娥三号GNC分系统微波测距测速敏感器的型号研制，测距雷达（测距敏感器）采用了分段测量形式以满足15m-16km的着陆动态测量范围。各距离段的A/D采样率、数据处理延时等不同，引起各个距离段的系统误差不同，因此需要对各个距离段进行分段校准。

对已公开的标定相关资料进行查阅，测距雷达标定有以下几种方式：

（1）发射泄露耦合信号测试。该方法是在发射天线前端接入耦合器，将发射信号耦合至接收机，测出这时的距离读数。此时的距离读数不等于距离零值修正量，必须加上其余馈线、馈源的电长度。

（2）采用距离标定塔。该方法通常适用于1-2km的标定范围，并有一定高度以减小地面反射的影响，塔体放置金属球或角反射器。为保证标定精度，需要对塔体进行处理，涂敷吸波材料；角反射体的回波较强，但受到风吹动时信号容易产生起伏，影响测量值，进而影响系统误差校准精度。

（3）专测标定设备。利用激光测距仪等，与雷达同时跟踪空中目标，比较出它们的距离差，来标定雷达的距离零值。由于激光测距仪和微波测距雷达不可能放在同一点，因此目标斜距应远一些以减小误差。

从以上几种标定方式可以看出，在近距离标定可以采用吸波暗室内测量值与实际距离对比进行校准，不具备暗室条件的可以通过发射泄露耦合信号测试的方法进行校准；中远距离可以采用标定塔进行标定，对于远距离目标一般采用雷达和激光测距仪等同时对空中目标进行跟踪、测量标定。对于着陆过程的测量动态范围，需要使用以上多种手段相结合，标定工作量非常大，因此提出了一种基于延迟线的微波测距雷达全量程标定技术，既能减小标定工作量，又能保证标定精度。

发明内容

本发明的目的在于：本发明的目的在于克服现有技术不足，提出了一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，采用基于延迟线的测距雷达标定方法实现雷达全量程标定，本方法不需要通过外场试验，标定精度不受外场试验环境及专测设备测量精度影响，标定进度优于外场实测标定精度。

本发明技术解决方案：

一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，包括步骤如下：

（1）微波测距雷达近距离标定：

利用经纬仪测量天线口面距角反射器的距离R，再通过测距敏感器对角反射器进行距离测量，得到测量值R¹，则该距离段系统误差：

ΔR=R-R¹

调节角反射器距离，获取多次ΔR，并对多次ΔR标定结果求平均进而获得精确的系统误差值；

（2）微波测距雷达远距离标定：

（a）延迟线引入误差校准：

将微波光纤延迟线接入测距雷达系统，并将延迟线的延时调节为零，对微波光纤延迟线引入的误差进行测试，得到微波光纤延迟线引入系统延时ΔR_y；

（b）距离段分段校准：

调节微波光纤延迟线距离延时对应距离R_y，通过测距敏感器对角反射器进行距离测量，得到测量值R₁ ¹，利用经纬仪测量天线口面距角反射器的距离R₁，则该距离段系统误差为：

ΔR₁=R₁+R_y-R₁ ¹-ΔR_y

通过调节R_y，测量结果R₁ ¹落在不同的距离段，获得各个距离段的ΔR₁；

（c）根据步骤（b）求出的各距离段校准值对测距雷达测量结果进行修改正。

所述的R₁ ¹落在近距离范围内时，其ΔR=ΔR₁。

本发明与现有技术相比具有如下优点：

（1）本发明室内环境条件下，实现了测距雷达的全量程标定，避免了外场测试，减小了工作量。

（2）本发明借助光纤延迟线的精确延迟，实现了测距雷达的高精度标定，避免了外场试验环境和测试条件引入的误差。

附图说明

图1是本发明测距雷达近距离标定系统示意图；

图2是本发明测距雷达远距离标定系统示意图。

具体实施方式

下面结合附图进一步说明本发明的工作原理和工作过程：

如图1、2所示，本发明基于光纤延迟线的测距雷达全量程标定技术是将近距离实测标定与延迟线测试相结合，完成室内全量程测距雷达标定；微波测距雷达系统由系统控制器、频率综合器、信号处理器、发射通道、接收通道、波导和天线组成。

系统控制器向数字信号处理器发出工作启动控制信号，数字信号处理器开始工作，产生所需的雷达发射波形信号，发射信号经发射通道上变频至射频频率，然后经功放，再通过天线发射出去。发射信号照射到目标（角反射器）后，一部分能量通过散射，回到接收天线，回波信号经接收天线接收后，馈入接收通道进行放大、下变频，送给数字信号处理器进行A/D采样和相关处理。同时，数字信号处理器送出控制信号控制接收机的接收增益，使A/D工作在合适的电平范围内。

本发明的步骤如下：

一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，包括步骤如下：

（1）微波测距雷达近距离标定：

利用经纬仪测量天线口面距角反射器的距离R，再通过测距敏感器对角反射器进行距离测量，得到测量值R¹，则该距离段系统误差：

ΔR=R-R¹

调节角反射器距离，获取多次ΔR，并对多次ΔR标定结果求平均进而获得精确的系统误差值；

（2）微波测距雷达远距离标定：

（a）延迟线引入误差校准：

将微波光纤延迟线接入测距雷达系统，并将延迟线的延时调节为零（延迟线的延迟调节为0的目的是：通过延迟线接入前后的对比测试，将延迟线加入系统所引入的误差ΔR_y测出来，因为光纤延迟线会连接同轴转换等器件，会引入相应的误差，通过前后对比测试可以测出总体引入的误差ΔR_y），对微波光纤延迟线引入的误差进行测试，得到微波光纤延迟线引入系统延时ΔR_y；

（b）距离段分段校准：

调节微波光纤延迟线距离延时对应距离R_y，通过测距敏感器对角反射器进行距离测量，得到测量值R₁1，利用经纬仪测量天线口面距角反射器的距离R₁，则该距离段系统误差为：

ΔR₁=R₁+R_y-R₁ ¹-ΔR_y

通过调节R_y，测量结果R₁1落在不同的距离段，获得各个距离段的ΔR₁；所述的R₁ ¹落在近距离范围内时，其等于R¹。

（c）根据步骤（b）求出的各距离段校准值对测距雷达测量结果进行修改正。

标定精度：

标定精度根据分段标定方式分为远、近距离两种。

室内实测近距标定的标定精度主要取决于测距雷达的测量精度和角反射器实际距离的测定，由于测距雷达的测量精度与雷达自身性能有关，这里只讨论标定方法引入的误差。通过经纬仪对反射器实际距离进行测量，测量精度优于0.01m。

对远距离进行标定时，需要引入延迟线，延迟线接入设备（电缆、波同转换等）引入的误差为固定延时误差，可以通过矢量网络分析仪进行测量、校准。延迟线自身的延迟精度优于0.01%*R，因此远距离的标定精度为0.01m+0.01%*R。下表为本发明的标定精度，由于目前现有的任何测距雷达标定系统，实现了高精度的室内测量。

表1标定精度

本发明说明书中未作详细描述的内容属于本领域专业技术人员的公知技术。

Claims (2)

1.一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，其特征在于包括步骤如下：

（1）微波测距雷达近距离标定：

利用经纬仪测量天线口面距角反射器的距离R，再通过测距雷达对角反射器进行距离测量，得到测量值R¹，则该距离段系统误差：

ΔR=R-R¹

调节角反射器距离，获取多次ΔR，并对多次ΔR标定结果求平均进而获得精确的系统误差值；

（2）微波测距雷达远距离标定：

（a）延迟线引入误差校准：

将微波光纤延迟线接入测距雷达系统，并将延迟线的延时调节为零，对微波光纤延迟线引入的误差进行测试，得到微波光纤延迟线引入系统延时ΔR_y；

（b）距离段分段校准：

调节微波光纤延迟线距离延时对应距离R_y，通过测距雷达对角反射器进行距离测量，得到测量值R₁ ¹，利用经纬仪测量天线口面距角反射器的距离R₁，则该距离段系统误差为：

ΔR₁=R₁+R_y-R₁ ¹-ΔR_y

通过调节R_y，使测量结果R11落在不同的距离段，获得各个距离段的ΔR₁；

（c）根据步骤（b）求出的各距离段校准值对测距雷达测量结果进行修改正。

2.根据权利要求1所述的一种基于光纤延迟线的微波测距雷达全量程标定方法，其特征在于：所述的R₁1落在近距离范围内时，其ΔR=ΔR₁。