CN108828542A - 一种机载气象雷达噪声周期动态校准方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种机载气象雷达噪声周期动态校准方法，属于气象雷达噪声处理技术领域。所述方法步骤在雷达扫描换向开始时，关闭辐射开关；在雷达扫描换向结束时，开启辐射开关；对在所述辐射开关关闭到开启时间段内采样的雷达功率数据，取平均值作为校准噪声值；采用所述校准噪声值对机载气象雷达噪声校准。采用该周期噪声校准方法，不影响雷达正常工作的情况下，能够准确的获取气象雷达当前环境的噪声信息，依据噪声校准结果准确的消除噪声的影响，保证探测灵敏度的同时，降低虚警率。

Description

一种机载气象雷达噪声周期动态校准方法
技术领域
本发明属于气象雷达噪声处理技术领域，具体涉及一种机载气象雷达噪声周期动态校准方法。
背景技术
在雷达探测领域中，气象雷达回波数据通常会受到系统热噪声和外界环境噪声的影响，热噪声主要为雷达自身有源器件产生的干扰，环境噪声主要为除雷达外其他机载设备工作及外界大气环境产生的干扰，此文将热噪声和环境噪声统称为噪声。
噪声会一定程度上影响雷达对目标的检测，气象雷达检测门限(红色、黄色、绿色强度等级)以目标回波功率参与反射率因子Ze计算值量化设定为固定检测门限，气象雷达反射率因子Ze计算如下所示：
P为雷达AD采样的功率值；
Gs为雷达系统增益，单位：dB；
Pt为发射机峰值功率，单位：W；
C为光速，3×108m/s；
τ为发射脉宽，单位：μs；
θ1、分别为方位、俯仰上的半功率波束宽度，单位：rad；
对于雷达所在的X波段，当温度在0℃～20℃之间，粒子为水态时，|K|＝0.93；
λ为雷达工作波长；
ψ为充塞因子；
R为目标距离，单位：km；
G为天线最大增益，单位：dB；
L为双程自由空间的衰减，L＝La*R，La为衰减因子(dB/nm)。
当雷达工作不辐射时，AD采样的功率值即为噪声功率值(反射率因子公式中的P)，当噪声功率过高时，对应的反射率因子也会提高，当超出雷达检测门限时就会产生大量的虚警，会误导飞行员产生一系列的误操作，影响飞行效率和飞行安全。
对于雷达系统，系统热噪声表示为
P＝K*B*T
(P为噪声功率值，K为玻尔兹曼常数，B为带宽，T为温度)
对雷达接收机而言，带宽一定时，噪声功率值与系统温度成正比。
由于噪声来源的复杂性，目前对噪声的影响无法通过计算进行量化，只能通过实时的系统采集来确定噪声的功率值。
火控雷达或其他雷达并不关心具体的噪声功率强度，一般只考虑信噪比，通过相参积累提高信噪比，来消除噪声的影响。相参积累仅适用于小的点目标，而对于气象雷达解析的大的气象体目标，相参积累方法不适用。
传统气象雷达解决噪声影响的方法主要是根据批次实验室测量后形成表格，软件将测试数据固化在程序后，通过固定查表模式去除噪声的影响。这种方法的缺点是：
因为产品批次间的差异传统方法针对每批次的产品都要进行试验室热噪声测量，工作任务繁琐。
试验室测量的噪声值只能反映当前环境下的系统噪声，飞机飞行过程中机载雷达舱环境温度变化较大，系统热噪声随温度变化起伏较大，且飞机设备舱噪声环境与试验室噪声环境差异较大，传统噪声测量结果难以反映飞行过程中的真实噪声环境，传统噪声校准方法会造成一定的虚警，影响飞行员对气象目标的判断。
发明内容
传统气象雷达不能实时准确的对噪声进行校准和评估，影响雷达探测效果，存在较高的虚警率，为此，本发明提供了一种机载气象雷达噪声周期动态校准方法，可周期动态的对雷达系统的热噪声及背景噪声进行校准评估。通过该方法，较好的解决了系统噪声偏差较大导致的虚警问题。
本发明机载气象雷达噪声周期动态校准方法包括：
步骤1、在雷达扫描换向开始时，关闭辐射开关；
步骤2、在雷达扫描换向结束时，开启辐射开关；
步骤3、对在所述辐射开关关闭到开启时间段内采样的雷达功率数据，取平均值作为校准噪声值；
步骤4、采用所述校准噪声值对机载气象雷达噪声校准。
优选的是，所述步骤1进一步包括：
步骤11、在雷达扫描换向开始时，由伺服系统给主控模块反馈换向标识；
步骤12、主控模块接收换向标识后，关闭辐射开关。
优选的是，所述步骤2进一步包括：
步骤21、在雷达扫描换向结束时，由伺服系统给主控模块反馈换向完成标识；
步骤22、主控模块接收换向完成标识后，开启辐射开关。
优选的是，所述步骤3中，采用平均值为加权平均值。
优选的是，所述步骤4中，采用所述校准噪声值对机载气象雷达噪声校准之前，包括根据试飞验证结果对所述校准噪声值进行倍数量化。
与现有技术相比，该周期噪声校准方法，不影响雷达正常工作的情况下，准确的获取气象雷达当前环境的噪声信息，依据噪声校准结果准确的消除噪声的影响，保证探测灵敏度的同时，降低虚警率。
附图说明
图1为按照本发明机载气象雷达噪声周期动态校准方法的一优选实施例的流程图。
图2为按照本发明图1所示实施例的时序控制示意图。
具体实施方式
为使本发明实施的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行更加详细的描述。在附图中，自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。
本发明气象雷达周期动态的噪声校准方法，通过利用雷达天线扫描两侧换向的短时间内，关闭辐射控制，AD模块正常采样，完成噪声的采集，将采集的噪声值统计取均值，在当前天线帧的数据处理中，将低于噪声值门限的回波数据归零，不参与反射率因子的计算，如此就准确的消除了噪声影响，反映真实的目标回波信息，降低虚警。
如图1所示，本发明机载气象雷达噪声周期动态校准方法包括：
步骤1、在雷达扫描换向开始时，关闭辐射开关；
步骤2、在雷达扫描换向结束时，开启辐射开关；
步骤3、对在所述辐射开关关闭到开启时间段内采样的雷达功率数据，取平均值作为校准噪声值；
步骤4、采用所述校准噪声值对机载气象雷达噪声校准。
本发明通过气象雷达的伺服模块、主控模块、接收通道、AD/定时器模块、数据处理模块五部分共同完成上述步骤，各模块功能如下所示。
伺服模块：主要功能为计算及通过总线通讯反馈雷达天线转动方位角度及俯仰角度。在此方法中完成“换向标识”角度的反馈。
主控模块：主要完成雷达系统各类接口控制功能，在此方法中完成辐射开关的时序控制。
接收通道：完成信号的接收、放大、变频及滤波，在此方法中完成噪声的传输。
AD/定时器模块：主要完成雷达回波采样及雷达系统时序控制，在此方法中完成系统噪声采样，及雷达时序同步。
数据处理模块：主要完成雷达回波信号的算法处理计算及显示，在此方法中主要完成噪声功率值的统计处理。
图2给出了本发明周期噪声校准的时序控制过程，具体步骤如下：
雷达扫描换向过程中，伺服系统给主控模块反馈“换向标识”。
主控模块接收“换向标识”后，“辐射”关闭。
雷达接收通道一直打开，AD模块保持正常采样，采样10个雷达帧数据，(采样数据量可根据实际情况调整)将此刻采集的10个雷达帧数据作为该天线帧的系统噪声样本。
AD/定时器模块将采集到的噪声样本发送到信号处理模块，信号处理模块对该段时间采集的10帧数据，对每一帧的噪声功率取均值，然后对10帧的噪声功率再平均，取最终噪声功率平均值P的1.8倍(试飞验证经验值)作为雷达系统噪声门限(不同气象雷达可根据系统噪声环境情况适当调整)低于该门限的采样功率值全部清零，不参与反射率因子计算，避免了噪声引起的虚警影响。
雷达扫描换向完成后，伺服系统依据角度信息反馈主控模块“换向完成标识”。
主控模块接收“换向完成标识”后，打开雷达“辐射”控制，雷达继续正常工作。
雷达天线每次扫描换向时完成当前天线帧的实时噪声校准。
最后需要指出的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制。尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (5)

1.一种机载气象雷达噪声周期动态校准方法，其特征在于，包括：
步骤1、在雷达扫描换向开始时，关闭辐射开关；
步骤2、在雷达扫描换向结束时，开启辐射开关；
步骤3、对在所述辐射开关关闭到开启时间段内采样的雷达功率数据，取平均值作为校准噪声值；
步骤4、采用所述校准噪声值对机载气象雷达噪声校准。
2.如权利要求1所述的机载气象雷达噪声周期动态校准方法，其特征在于，所述步骤1进一步包括：
步骤11、在雷达扫描换向开始时，由伺服系统给主控模块反馈换向标识；
步骤12、主控模块接收换向标识后，关闭辐射开关。
3.如权利要求1所述的机载气象雷达噪声周期动态校准方法，其特征在于，所述步骤2进一步包括：
步骤21、在雷达扫描换向结束时，由伺服系统给主控模块反馈换向完成标识；
步骤22、主控模块接收换向完成标识后，开启辐射开关。
4.如权利要求1所述的机载气象雷达噪声周期动态校准方法，其特征在于，所述步骤3中，采用平均值为加权平均值。
5.如权利要求1所述的机载气象雷达噪声周期动态校准方法，其特征在于，所述步骤4中，采用所述校准噪声值对机载气象雷达噪声校准之前，包括根据试飞验证结果对所述校准噪声值进行倍数量化。
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