CN111381215A - 相位校正方法以及流星位置获取方法 - Google Patents

相位校正方法以及流星位置获取方法 Download PDF

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Abstract

本申请实施例提供一种相位校正方法以及流星位置获取方法，所述相位校正方法应用于干涉雷达系统中的多个接收通道的相位差校正，所述方法包括：获取由光学观测系统记录的第一流星事件的流星数据；根据所述流星数据计算得到所述第一流星事件对应的流星的参考空间位置信息；获取由雷达系统确定的所述第一流星事件对应的流星的空间位置信息；通过比较分别从所述空间位置信息与所述参考空间位置信息得到相位差获得所述雷达系统的相位差偏差。本申请实施例通过光学观测系统来记录流星轨迹并结合轨迹数据来计算流星的精确位置，再结合采用待校正的雷达系统记录的同一流星的位置信息来确定该雷达系统的校正参数，提升了雷达系统的相位校正精度。

Description

相位校正方法以及流星位置获取方法
技术领域
本申请涉及雷达系统相位校正领域，具体而言，涉及一种相位校正方法以及流星位置获取方法。
背景技术
地球电离层是背景中性大气被部分电离的区域，其间出现的电离层不均匀体是电子密度分布不均匀的结构。电离层不均匀体能改变无线电波传播路径，引起无线电信号幅度和相位的随机快速起伏，造成无线电系统性能下降。雷达是电离层不均匀体探测的常用手段。
雷达发射无线电波信号，遇到不均匀体后会产生后向散射回波。接收回波信号，可以得到不均匀体的视线距离和运动速度。当使用多个接收天线并使其呈一定二维几何分布，可以利用雷达回波在各接收天线对之间的相位差，即空间域干涉法，来确定不均匀体的空间方位(方位角、仰角)。但由于各通道的天线、传输电缆，以及接收机部分引起的信号延迟和系统与环境噪声等差异，使得雷达各通道系统存在相位偏差，从而导致各通道系统之间的相位差存在偏差。因此，估计和校正雷达系统各接收通道相位差偏差对开展雷达干涉观测至关重要。
目前对干涉式雷达系统的相位偏差估计和校正，广泛采用的方法是在雷达系统上加装相位校正装置和相应的软件。其原理是通过从系统各接收机通道同时馈入一定频率的校正信号，测量和记录各接收机输出的相位偏差。之后雷达分析软件将使用这些相位偏差值校正各雷达回波，从而进行定位计算。由于校正信号只从接收机馈入，因此无法确定雷达回波从接收天线到接收机输出通道全程的相位偏差。另外这种测量方法需要系统停止观测工作，也影响了日常观测。
为此有学者利用已知航道的飞机反射回波，通过地面摄像机记录飞机的仰角和方位角，然后将摄像机记录飞机位置与雷达接收回波信号计算得到的位置进行比较，由此得到雷达系统各个接收通道之间的相位差偏差。这个方法考虑了从接收天线到输出通道全程相位偏差，使用地面摄像机能准确获得飞机的方位角和仰角。但该种方法需要已知飞机航道，同时要求飞机航道经过雷达探测区域，其应用场景存在很大局限性。
发明内容
本申请实施例的目的在于提供一种相位校正方法以及流星位置获取方法，通过本申请的实施例可以获取精确的雷达系统的校正数据，进而提升了雷达系统的目标定位精度。
第一方面，本申请实施例提供了一种相位校正方法，所述方法包括：获取由光学观测系统记录的第一流星事件的流星数据；根据所述流星数据计算得到所述第一流星事件对应的流星的参考空间位置信息；雷达系统获取所述第一流星事件对应的流星的空间位置信息；通过比较分别从所述空间位置信息与所述参考空间位置信息得到的相位差获得所述雷达系统的相位差偏差。
本申请实施例通过光学观测系统来记录流星轨迹并结合轨迹数据来计算流星的精确位置，再结合采用待校正的雷达系统记录的同一流星的位置信息来确定该雷达系统的校正参数。本申请的实施例考虑了从接收天线到输出通道全程相位偏差，提升了雷达系统的相位校正精度，此外本申请实施例也不用背景技术中的现有技术的需要已知飞机航道和飞机航道经过雷达探测区域，克服了应用的局限性。
在一些实施例中，所述光学观测系统采用双站点观测系统；所述获取由光学观测系统记录的第一流星事件的流星数据，包括：获取两个站点的摄像器记录的所述第一流星事件的流星数据。由于流星现象在任何地点均可以观测到，本申请实施例具有普适性。
本申请实施例通过双站点观测系统来测量流星的位置，实现了高精度的流星位置测量目的。
在一些实施例中，采用平面交线法获取所述参考空间位置信息。
本申请实施例的两个站点的观测数据可以获得平面P1和P2的方程，从而利用平面交线法唯一确定流星轨迹在三维空间中的位置。采用这种算法可以精确快速的获得流星轨迹在三维空间中的位置。
本申请实施例采用平面交线法可以快速获取流星轨迹在空间中的位置信息，进而根据位置信息来确定流星相对于站点的方位角和仰角。
第二方面，本申请实施例提供一种流星位置获取方法，应用于光学观测系统，所述方法包括：调整所述光学观测系统的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致；采用所述光学观测系统记录多个流星事件，确定所述光学观测系统的授时源，并采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息。
本申请实施例提供一种采用光学观测系统来记录流星事件的视频信息以及视频信息中各帧数据的时间信息，因此可以结合光学观测系统的多个站点(例如，双站点)来获取针对同一个流星事件的数据信息，进而使用双平面交线法来确定流星空间位置，可以计算雷达系统的从接收天线到输出通道各通道之间全程相位差。
在一些实施例中，所述方法还包括：根据所述时间信息确定第一流星事件，并确定所述第一流星事件对应流星数据，并基于所述流星数据确定流星的空间位置，得到参考空间位置信息。
本申请实施例通过获取针对同一流星事件的观测数据来确定流星的空间位置信息，可以获得高精度的测量结果。
在一些实施例中，所述调整所述光学观测系统的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致，包括：在相隔一定距离的两地分别安装架设低照度摄像机，将所述摄像机拍摄区域内的恒星与星历表进行对比，确定所述摄像机的观测视场的大小以及朝向(其中，所述朝向采用方位角和仰角表征)；调整所述两地的所述摄像机的观测视场的方位角和仰角，使所述两地的所述摄像机能够观测天区同一三维空间区域，并使所述空间区域包含在所述雷达系统发射的雷达波束的一预设范围内。
本申请实施例中通过调整观测范围来使得双站点的光学观测系统中每个站点均可以观测到与被校正的雷达系统相似的观测范围，保证了这些站点的摄像机均可以记录相同的流星事件，进而基于这些流星事件来定位流星的空间位置。
在一些实施例中，所述采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息，包括：对每帧图像叠加上GPS时间，使得流星运动的每个时刻有时间信息。
本申请实施例通过为流星事件的过程叠加时间信息来确定不同站点的相同的流星事件，进而保证了待校正的雷达系统的校正信息的准确性。
在一些实施例中，所述光学观测系统为双站点系统，所述根据所述时间信息确定第一流星事件，并确定所述第一流星事件对应流星数据，并基于所述流星数据确定流星的参考空间位置，包括：所述双站点系统的两个站点根据时间信息，从所述多个流星事件中提取所述第一流星事件的数据文件；识别出所述第一流星事件的视频画面中的流星轨迹，并提取所述流星轨迹中每个轨迹点相对于所述两个站点中每个站点的方位角和仰角；根据两组方位角信息、仰角信息和所述两个站点位置信息确定流星的三维空间位置。
本申请实施例提供了基于双站点观测系统的流星三维空间位置信息的确定方法，提升了确定的流星三维空间位置信息的精度。
在一些实施例中，所述方法还包括：从所述雷达系统的雷达探测信号中选取回波信号最强的第一时刻，从所述光学观测系统的光学观测结果中计算得到在所述第一时刻时流星轨迹点相对于所述两个站点的方位角和仰角，并根据所述方位角和仰角计算雷达系统的各天线间的相位差。
本申请实施例通过选择回波信号最强时刻的流星轨迹点作为待校正的雷达系统的校正数据，保证了校正数据的准确性。
第三方面，本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时可实现上述第一方面和第二方面所记载的对应方案中的一种或多种方法。
第四方面，本申请实施例还提供一种信息处理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现上述第一方面或第二方面记载的技术方案中的一种或多种方法。
第五方面，本申请提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品在计算机上运行时，使得计算机执行第一方面或第一方面的任意可能的实现方式中的方法。
为使本申请实施例所要实现的上述目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
附图说明
为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对本申请实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本申请的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本申请实施例提供的雷达校正系统组成框图；
图2为本申请实施例提供的相位校正方法的流程图；
图3为本申请实施例提供的流星位置获取方法的流程图；
图4为本申请实施例提供的各站点的摄像机观测区域与雷达信号3dB范围示意图；
图5和图6为本申请实施例的平面交线法确定流星轨迹的空间位置的示意图；
图7-图10是本申请实施例提供的干涉式雷达定位原理，其中，图7是雷达天线阵的俯视图，图8是本申请提供的当目标体距离雷达系统接收天线阵足够远，电磁波回波平面波示意图，图9和图10表示回波先后达到C点和B点，分别为俯视图和侧视图；
图11是本申请实施例提供的信息处理设备的组成图。
具体实施方式
下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行描述。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。同时，在本申请的描述中，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
图1为本申请实施例提供的雷达校正系统的组成图。
图1的雷达校正系统包括雷达系统120(待校正)、光学观测系统110以及校正数据计算装置100。
雷达系统120可以是干涉雷达系统，该干涉雷达系统包括多个接收通道。由于各通道的天线、传输电缆，以及接收机部分引起的信号延迟和系统与环境噪声等差异，导致雷达系统120的各接收通道之间存在相位差偏差。因此，估计和校正雷达系统各接收通道相位差偏差对开展雷达干涉观测至关重要。需要说明的是，雷达系统有多个接收天线，每个接收天线即为一个接收通道。利用各接收通道之间的相位差，比如Φ12、Φ23分别表示第一通道与第二通道之间、第二通道与第三通道之间的相位差、可以计算获得探测目标体的空间位置。由于各种原因，导致Φ12、Φ23存在误差(偏差)，本申请实施例中将该误差称为“相位差偏差”。
本申请实施例通过引入光学观测系统110来确定雷达系统120的校正数据。
由于流星体在坠落大气过程中与空气分子碰撞电离背景大气，不仅会产生可反射雷达信号的高密度等离子体柱，同时也伴随着发光现象。可以利用摄像机等光学成像设备和无线电雷达同时记录其空间位置。本申请实施例为了得到雷达系统120的相位差偏差的准确值，额外架设光学观测系统110(例如，双站点光学观测系统)可以以光学手段记录流星轨迹，进而可以使用平面交线法获取流星准确的空间位置，通过将光学数据结果与雷达干涉结果开展比较，可以校正雷达系统120相位差偏差。由于流星现象在任何地点均可以观测到，本申请实施例具有普适性。
图1的校正数据计算装置100可以使用平面交线算法和光学观测系统110记录的流星轨迹数据计算流星准确的空间位置(即计算出参考空间位置信息)，并通过将光学数据结果与雷达干涉结果开展比较来确定雷达系统120的相位差偏差。之后雷达系统120可以根据校正数据计算装置100的相位偏差值完成校正。
需要说明的是，上述校正数据计算系统100的功能也可以集成在光学观测系统110中实现，此时雷达校正系统就不需要布置校正数据计算系统100。
图1的光学观测系统110、雷达系统120以及校正数据计算装置100通过网络160互连通信。网络160包括，但不限于，移动通信接入网(例如，4G或者5G通信网络)和核心网。校正数据计算装置100可以为具有数据处理功能的计算机、智能手机等智能处理设备。
下面结合附图说明上述雷达系统120(待校正)、光学观测系统110以及校正数据计算装置100是如何确定雷达系统120的校正数据的。
示例1
在示例1中，可以采用光学观测系统来计算流星的空间位置信息并确定雷达系统120的校正数据，因此对于示例1的方案并不需要校正数据计算装置100。
如图2所示，该图为光学观测系统110获取流星位置信息的方法流程。
图2所示的获取流星位置信息的方法包括：S201，调整所述光学观测系统110的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致；S202，采用所述光学观测系统110记录多个流星事件，确定所述光学观测系统110的授时源，并采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息；S203，根据所述时间信息确定第一流星事件，并确定所述第一流星事件对应流星数据，并基于所述流星数据确定流星的空间位置，得到所述参考空间位置。
光学观测系统110包括多个观测站点，且每个站点均可以记录多个流星事件。上述第一流星事件可以根据多个站点采集的具有相同/相近时刻的视频数据文件来产生。也就是说将第一站点观测的第一时刻的视频文件与第二站点观测的该第一时刻的视频文件作为第一流星事件，用于计算流星的空间位置信息。
本申请实施例提供一种采用光学系统来记录流星事件的视频信息，并根据这些信息来确定流星的空间位置信息。之后结合确定的空间位置信息来对雷达系统进行校正，可以计算雷达系统各通道之间的从接收天线到输出通道全程相位差偏差。
下面示例性说明S201、S202以及S203的各步骤。
可选的，在一些示例中S201所述调整所述光学观测系统110的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致，包括：在相隔一定距离的两地分别安装架设低照度摄像机，将所述摄像机拍摄区域内的恒星与星历表进行对比，确定所述摄像机的观测视场的大小以及朝向(采用方位角和仰角表征朝向)；调整所述两地的所述摄像机的观测视场的方位角和仰角，使所述两地的所述摄像机能够观测天区同一三维空间区域，并使所述空间区域包含在所述雷达系统发射的雷达波束的一预设范围内。例如，预设范围可以包括3dB的范围。
本申请实施例中通过调整观测范围来使得双站点的光学观测系统110中每个站点均可以观测到与被校正的雷达系统相似的观测范围，保证了这些站点的摄像机均可以记录相同的流星事件，进而基于这些流星事件来定位流星的空间位置。
可选的，在一些示例中，S202所述采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息，包括：对每帧图像叠加上GPS时间，使得流星运动的每个时刻有时间信息。
本申请实施例通过为流星事件的过程叠加时间信息来确定不同站点的相同的流星事件，进而保证了待校正的雷达系统的校正信息的准确性。
可选的，在一些实施例中，光学观测系统110为双站点系统，S203所述根据所述时间信息确定第一流星事件，并确定所述第一流星事件对应流星数据，并基于所述流星数据确定流星的空间位置，包括：所述双站点系统的两个站点根据时间信息，从所述多个流星事件中提取所述第一流星事件的数据文件；识别出所述第一流星事件的视频画面中的流星轨迹，并提取流星轨迹的每个轨迹点相对于所述两个站点中每个站点的方位角和仰角；根据两组方位角信息、仰角信息和所述两个站点位置信息确定流星的三维空间位置。
本申请实施例提供了基于双站点观测系统的流星三维空间位置信息的确定方法，提升了确定的流星三维空间位置信息的精度。
在一些实施例中，获取流星位置方法还包括：从所述雷达系统的雷达探测信号中选取回波信号最强的第一时刻；根据所述光学观测系统的记录的在所述第一时刻的光学观测结果，计算得到在所述第一时刻时流星轨迹相对于所述两个站点的方位角和仰角；根据所述方位角和仰角计算雷达系统的各天线间的相位差。
本申请实施例通过选择回波信号最强时刻的流星轨迹点作为待校正的雷达系统的校正数据，保证了校正数据的准确性。
示例2
在示例2中，由光学观测系统110以校正数据计算装置100来共同确定流星的空间位置和雷达系统120的校正数据。
图3所示，校正数据计算装置100可以执行如下步骤：S301，获取由光学观测系统110记录的第一流星事件的流星数据；S302，根据所述流星数据计算得到所述第一流星事件对应的流星的参考空间位置信息；S303，获取由雷达系统确定的所述第一流星事件对应的流星的空间位置信息；S304，通过比较分别从所述空间位置信息与所述参考空间位置信息得到的相位差获得所述雷达系统的相位差偏差。
S301获取由光学观测系统110记录的第一流星事件的流星数据，也就是，光学观测系统110中的各个站点向校正数据计算装置100发送处于某一个相同时刻的流星数据，作为第一流星事件对应的流星数据。
本申请实施例通过光学系统来记录流星轨迹并结合轨迹数据来计算流星的精确位置，再结合采用待校正的雷达系统记录的同一流星的位置信息来确定该雷达系统的校正参数。本申请的实施例考虑了从接收天线到输出通道全程相位偏差，提升了雷达系统的相位校正精度，此外本申请实施例也不用背景技术中的现有技术的需要已知飞机航道和飞机航道经过雷达探测区域，克服了应用的局限性。
可以理解的是，上述光学观测系统110记录第一流星事件的流星数据的过程可以包括图2的S201以及S202。也就是说，光学观测系统110通过执行如下步骤来获取第一流星事件的流星数据：S201，调整所述光学观测系统110的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致；S202，采用所述光学观测系统110记录多个流星事件，确定所述光学观测系统110的授时源，并采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息。
可选的，所述光学观测系统110采用双站点观测系统；S301所述获取由光学观测系统110记录的第一流星事件的流星数据，包括：获取两个站点的摄像器记录的所述第一流星事件的流星数据。由于流星现象在任何地点均可以观测到，本申请实施例具有普适性。例如，校正数据计算装置100基于流星数据采用平面交线法获取所述流星的所述参考空间位置信息。
本申请实施例通过双站点观测系统来测量流星的位置，实现了高精度的流星位置测量目的。本申请实施例的两个站点的观测数据可以获得平面P1和P2的方程，从而利用平面交线法唯一确定流星轨迹在三维空间中的位置。采用这种算法可以精确快速的获得流星轨迹在三维空间中的位置。本申请实施例采用平面交线法可以快速获取流星轨迹在空间中的位置信息，进而根据位置信息来确定流星相对于站点的方位角和仰角。
下面结合图4-图6并结合计算公式示例性说明本申请实施例的技术方案。
以下步骤(1)和步骤(2)用于根据雷达系统120的观测范围来调整光学观测系统110的观测范围，使得两者可以同时定位同一区域的同一目标对象。
(1)在相隔一定距离的两地分别安装架设低照度摄像机。将相机拍摄区域内的恒星与星历表进行对比，确定摄像机观测视场的大小以及朝向(方位角和仰角)。
(2)调整两地摄像机观测视场的方位角和仰角，使之观测天区同一三维空间区域，其中该空间区域要满足2个条件：处于在50km至130km高度范围内，并包含在雷达3dB波束范围内(如图4所示)。自此两地摄像机形成双站流星光学观测系统。
以下步骤(3)记录观测对象的观测时间信息，保证光学观测系统采集一个目标体(同一时刻流星事件)的数据有效性和准确性。
(3)使用GPS时间作为两地流星光学观测系统110和雷达探测系统授时源，从而保证几个观测系统观测结果都有准确可靠的时间信息。此外使用视频GPS时间标记器，实时对从摄像机输出的视频流进行预处理，即对每帧图像叠加上精确GPS时间，使得流星体运动的每个时刻有精确的时间信息。
以下步骤(4)用于存储步骤(3)采集的数据
(4)流星发生时间和位置具有随机性，因此根据观测区域内画面亮度信息的变化采用光学运动捕捉算法保存有流星发生的视频片段，以便节省数据存储空间和数据筛选时间。
以下步骤(5)、(6)、(7)以及(8)对步骤(4)保存的数据进行处理，获取流星的空间位置信息。
(5)同一事件数据提取：若在双站观测区域内有流星发生，则两个站点的采集主机会有相同/相近时刻的视频数据文件产生(也就是提取上述第一流星事件的方法)。用查找法遍历所有文件，提取出将同一事件的双站点数据文件。
(6)流星轨迹识别：光学运动捕捉不仅会记录下流星同时也记录下闪电等光学现象。为了自动剔除非流星事件，同时提高数据处理速度，采用流星轨迹识别算法自动识别出视频画面中的流星轨迹，并提取流星轨迹每个轨迹点相对于本站点的方位角和仰角等参量。
(7)空间轨迹计算：同一流星事例的双站视频数据进行轨迹识别后，将两组流星轨迹的起点和终点的方位角仰角信息并两个站点位置信息带入算法，即平面交线法确定该流星的准确三维空间位置，由此得到该流星相对于雷达站点的空间位置。
如图5和图6所示，摄像机站点的位置信息是明确已知，流星轨迹的起点和终点位置相对于站点的方位角φ和仰角θ，可从观测画面中计算得到。由站点和流星轨迹组成的平面方程即可获得。两个站点的观测数据可以获得平面P1和P2的方程，从而利用平面交线法唯一确定流星轨迹在三维空间中的位置。
(8)由于流星在大气中呈线状高速飞行，因此每时刻其位置相对站点的φ和θ都在变化。根据雷达探测信号中选取回波信号最强的时刻，从光学观测结果中计算得到对应时刻流星的φ和θ，并将其带入如下的相位计算公式中，可得到各天线间的相位差。
ΔφAB＝kdABcosθcosφ
ΔφBC＝kdBCcosθcosφ
其中
ΔφAB是天线阵A与天线阵B所接收到回波之间的相位差(参考图7)；ΔφBC是天线阵B与天线阵C所接收到回波之间的相位差(参考图7)；dAB是天线阵A与天线阵B之间的直线距离(参考图7)；dBC是天线阵B与天线阵C之间的直线距离(参考图7)；k是波数；θ是选定流星轨迹点的仰角(参考图8)；φ是选定流星轨迹点的方位角(参考图8)。
以下步骤(9)基于目标体(即流星)的空间位置准确信息与雷达系统对目标体测量数据进行对比，获取雷达系统需要的校正量。
(9)将雷达各天线接收信号相位差与从光学观测结果中计算得到的相位差进行比较，从而得到系统相位差偏差。
下面结合图7-图10的雷达系统120的天线示意图说明本申请实施例技术方案的原理。
图7、图8、图9、以及图10展示了干涉式雷达探测目标体的原理。其中图7展示的是，雷达天线阵的俯视图；图中A、B、C分别是三个接收天线阵，并呈直角三角形分布。BC连线沿地理正北，AB连线沿东西向；当目标体距离接收天线阵足够远，其电磁波回波可以看成平面波，如图8中虚线表示；图9和10表示回波先后达到C点和B点，分别为俯视图和侧视图。由几何关系，有
dBC'＝dBCcosφ
ΔD＝dBC'cosθ＝dBCcosθcosφ
其中，dBC'为到达天线阵B与到达天线阵C的两平面电磁波地面水平距离(参考图9和图10)；dBC是天线阵B与天线阵C之间的直线距离(参考图9)；ΔD为到达天线阵B与到达天线阵C的两平面电磁波的直线距离(参考图10)；θ是选定流星轨迹点的仰角(参考图8)；φ是选定流星轨迹点的方位角(参考图8)。
则由几何关系可知B、C之间的相位差为：
Figure BDA0002424821930000141
其中，ΔφBC是天线阵B与天线阵C所接收到回波之间的相位差(参考图7)；ΔD为到达天线阵B与到达天线阵C的两平面电磁波的直线距离(参考图10)；dBC是天线阵B与天线阵C之间的直线距离(参考图9)；λ是雷达系统发射接收电磁波的波长，k是雷达系统发射接收电磁波的波数。
同理A、C之间的相位差为：
ΔφAB＝kdABcosθcosφ (2)
其中，ΔφAB是天线阵A与天线阵B所接收到回波之间的相位差(图7)；dAB是天线阵A与天线阵B之间的直线距离(图7)；k是雷达系统发射接收电磁波的波数。
由ΔφAB和ΔφBC即可得到φ和θ。
然后正如前文背景技术介绍，天线阵之间的相位差存在偏差，即ΔφAB和ΔφBC准确度有限，这导致计算得到的目标体方位角φ和仰角θ，并非准确值。为了获得相位差偏差，本申请实施例的方法是利用光学观测系统观测到的φ'和θ'，将其带入公式(1)和(2)中，得到Δφ'AB和Δφ'BC；将其与测量得到的ΔφAB和ΔφBC进行比较，
Figure BDA0002424821930000151
Figure BDA0002424821930000152
即可得到不同天线通道之间的相位差偏差
Figure BDA0002424821930000153
和
Figure BDA0002424821930000154
从而校正雷达系统的相位差。之后在使用雷达系统进行探测时，对测得的相位差ΔφAB和ΔφBC分别加上校正量
Figure BDA0002424821930000155
和
Figure BDA0002424821930000156
则可获得准确的相位差从而正确计算目标体的空间位置。
本申请实施例还提供一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其中，所述程序被处理器执行时可实现上述图2和图3对应方案中的一种或多种方法。
如图11所示，本申请实施例还提供一种信息处理设备200，包括存储器210、处理器220以及存储在所述存储器210上并可在所述处理器220上运行的计算机程序，其中，所述处理器220通过总线230从存储器210上读取程序并执行所述程序时可实现上图2和图3的技术方案中的一种或多种方法。
处理器220可以处理数字信号，可以包括各种计算结构。例如复杂指令集计算机结构、结构精简指令集计算机结构或者一种实行多种指令集组合的结构。在一些示例中，处理器220可以是微处理器。
存储器210可以用于存储由处理器220执行的指令或指令执行过程中相关的数据。这些指令和/或数据可以包括代码，用于实现本申请实施例描述的一个或多个模块的一些功能或者全部功能。本公开实施例的处理器220可以用于执行存储器210中的指令以实现图2中所示的方法。存储器210包括动态随机存取存储器、静态随机存取存储器、闪存、光存储器或其它本领域技术人员所熟知的存储器。
以上所述仅为本申请的实施例而已，并不用于限制本申请的保护范围，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
以上所述，仅为本申请的具体实施方式，但本申请的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本申请揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本申请的保护范围之内。因此，本申请的保护范围应所述以权利要求的保护范围为准。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

Claims (10)

1.一种相位校正方法，其特征在于，所述方法包括：
获取由光学观测系统记录的第一流星事件的流星数据；
根据所述流星数据计算得到所述第一流星事件对应的流星的参考空间位置信息；
获取由雷达系统确定的所述第一流星事件对应的流星的空间位置信息；
通过比较分别从所述空间位置信息与所述参考空间位置信息得到的相位差获得所述雷达系统的相位差偏差。
2.如权利要求1所述的相位校正方法，其特征在于，所述光学观测系统采用双站点观测系统；
所述获取由光学观测系统记录的第一流星事件的流星数据，包括：获取两个站点的摄像器记录的所述第一流星事件的流星数据。
3.如权利要求2所述的相位校正方法，其特征在于，采用平面交线法获取所述参考空间位置信息。
4.一种流星位置获取方法，应用于光学观测系统，其特征在于，所述方法包括：
调整所述光学观测系统的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致；
采用所述光学观测系统记录多个流星事件，确定所述光学观测系统的授时源，并采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息。
5.如权利要求4所述的流星位置获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
根据所述时间信息确定第一流星事件，并确定所述第一流星事件对应流星数据，并基于所述流星数据确定流星的参考空间位置。
6.如权利要求4所述的流星位置获取方法，其特征在于，
所述调整所述光学观测系统的观测范围，以使其与所述雷达系统的观测范围一致，包括：
在相隔一定距离的两地分别安装架设摄像机，将所述摄像机拍摄区域的恒星与星历表进行对比，确定所述摄像机的观测视场的大小以及朝向，其中，所述朝向采用方位角和仰角表征；
调整所述两地的所述摄像机的观测视场的方位角和仰角，使所述两地的所述摄像机能够观测天区同一三维空间区域，并使所述空间区域包含在所述雷达系统发射的雷达波束的一预设范围内。
7.如权利要求4所述的流星位置获取方法，其特征在于，所述采用所述授时源记录所述多个流星事件中各个流星事件的时间信息，包括：对每帧图像叠加上GPS时间，使得流星运动的每个时刻有时间信息。
8.如权利要求5所述的流星位置获取方法，其特征在于，所述光学观测系统为双站点系统，所述根据所述时间信息确定第一流星事件，并确定所述第一流星事件对应流星数据，并基于所述流星数据确定流星的参考空间位置，包括：
所述双站点系统的两个站点根据时间信息，从所述多个流星事件中提取所述第一流星事件的数据文件；
识别出所述第一流星事件的视频画面中的流星轨迹，并提取所述流星轨迹的每个轨迹点相对于所述两个站点中每个站点的方位角和仰角；
根据两组方位角信息、仰角信息和所述两个站点位置信息确定流星的三维空间位置。
9.如权利要求8所述的流星位置获取方法，其特征在于，所述方法还包括：
从所述雷达系统的雷达探测信号中选取回波信号最强的第一时刻；
根据所述光学观测系统的记录的在所述第一时刻的光学观测结果，计算得到在所述第一时刻的流星轨迹点相对于所述两个站点的方位角和仰角；
根据所述方位角和仰角计算雷达系统的各天线间的相位差。
10.一种信息处理设备，包括存储器、处理器以及存储在所述存储器上并可在所述处理器上运行的计算机程序，其中，所述处理器执行所述程序时可实现权利要求1-8中任意一条权利要求所述的方法。
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Cited By (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112632868A (zh) * 2020-12-23 2021-04-09 中山大学 高频地波雷达观测径向流缺失值的填补修正方法及系统
CN113091905A (zh) * 2021-04-12 2021-07-09 中国科学院地质与地球物理研究所 高分辨率流星光谱观测仪
CN114019512A (zh) * 2021-10-08 2022-02-08 武汉大学 一种测风雷达探测中流星回波信号的反演方法
WO2022107532A1 (ja) * 2020-11-17 2022-05-27 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
CN116893395A (zh) * 2023-07-06 2023-10-17 武汉大学 一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法

Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2407367Y (zh) * 1999-12-09 2000-11-22 中国科学院光电技术研究所 雷达跟踪误差测量装置
JP2005198004A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Calsonic Kansei Corp カメラ用汚れ検出装置、カメラ用汚れ検出方法、レーダ用汚れ検出方法、及びレーダ用汚れ検出装置
CN104156927A (zh) * 2014-08-20 2014-11-19 姜志富 基于目标矢量在像面交线投影差的动态图像对齐方法
CN105928484A (zh) * 2016-03-28 2016-09-07 江南大学 基于双目视觉的电梯导轨自动测量系统
CN106597393A (zh) * 2016-12-02 2017-04-26 上海无线电设备研究所 一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法
CN107977996A (zh) * 2017-10-20 2018-05-01 西安电子科技大学 基于靶标标定定位模型的空间目标定位方法
CN109285189A (zh) * 2018-07-12 2019-01-29 哈尔滨工程大学 一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法
CN110310339A (zh) * 2019-07-04 2019-10-08 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种标定装置及一种雷达与摄像头联合标定方法及系统
US10564268B2 (en) * 2017-02-17 2020-02-18 Institut National D'optique Phase-error correction in a synthetic aperture imaging system with local oscillator time delay adjustment

Patent Citations (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN2407367Y (zh) * 1999-12-09 2000-11-22 中国科学院光电技术研究所 雷达跟踪误差测量装置
JP2005198004A (ja) * 2004-01-07 2005-07-21 Calsonic Kansei Corp カメラ用汚れ検出装置、カメラ用汚れ検出方法、レーダ用汚れ検出方法、及びレーダ用汚れ検出装置
CN104156927A (zh) * 2014-08-20 2014-11-19 姜志富 基于目标矢量在像面交线投影差的动态图像对齐方法
CN105928484A (zh) * 2016-03-28 2016-09-07 江南大学 基于双目视觉的电梯导轨自动测量系统
CN106597393A (zh) * 2016-12-02 2017-04-26 上海无线电设备研究所 一种星载微波光学复合跟瞄雷达在轨标定系统和方法
US10564268B2 (en) * 2017-02-17 2020-02-18 Institut National D'optique Phase-error correction in a synthetic aperture imaging system with local oscillator time delay adjustment
CN107977996A (zh) * 2017-10-20 2018-05-01 西安电子科技大学 基于靶标标定定位模型的空间目标定位方法
CN109285189A (zh) * 2018-07-12 2019-01-29 哈尔滨工程大学 一种无需双目同步的直线轨迹快速计算方法
CN110310339A (zh) * 2019-07-04 2019-10-08 厦门金龙联合汽车工业有限公司 一种标定装置及一种雷达与摄像头联合标定方法及系统

Non-Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
李傲 等: ""长时间流星不均匀体母体特征个例研究"", 《空间科学学报》 *
王向东 等: ""基于平面棋盘格标定板的三维空间标定新方法"", 《图学学报》 *
陈晓博 等: ""流星雷达系统相位差偏差的估计和校正"", 《空间科学学报》 *
陈榕 等: ""流星群的双站拍摄"", 《第六届海下两岸天文推广教育研讨会论文集》 *

Cited By (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
WO2022107532A1 (ja) * 2020-11-17 2022-05-27 ソニーグループ株式会社 情報処理装置、情報処理方法、及びプログラム
CN112632868A (zh) * 2020-12-23 2021-04-09 中山大学 高频地波雷达观测径向流缺失值的填补修正方法及系统
CN112632868B (zh) * 2020-12-23 2023-01-24 中山大学 高频地波雷达观测径向流缺失值的填补修正方法及系统
CN113091905A (zh) * 2021-04-12 2021-07-09 中国科学院地质与地球物理研究所 高分辨率流星光谱观测仪
CN113091905B (zh) * 2021-04-12 2021-08-20 中国科学院地质与地球物理研究所 高分辨率流星光谱观测仪
CN114019512A (zh) * 2021-10-08 2022-02-08 武汉大学 一种测风雷达探测中流星回波信号的反演方法
CN114019512B (zh) * 2021-10-08 2022-08-16 武汉大学 一种测风雷达探测中流星回波信号的反演方法
CN116893395A (zh) * 2023-07-06 2023-10-17 武汉大学 一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法
CN116893395B (zh) * 2023-07-06 2024-03-15 武汉大学 一种主被动闪电探测相位差获取校正系统及方法

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