CN111505627A - 一种全极化雷达生命探测定位方法 - Google Patents

一种全极化雷达生命探测定位方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种全极化雷达生命探测定位方法，通过全极化天线的方式发射电磁波对被测区域进行探测，然后利用全极化天线的方式接收目标的散射波形；接下来，通过接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。本发明具有操作简便、适用范围广、采用多种天线极化方式、可增强探测目标的回波强度、可提高生命探测雷达探测概率等优点。

Description

一种全极化雷达生命探测定位方法
技术领域
本发明主要涉及到雷达生命探测设备技术领域，特指一种全极化雷达生命探测定位方法。
背景技术
地震、滑坡、崩塌等自然灾害发生后，会将受灾区域内未撤离人员掩埋在废墟、泥土下。对灾区进行快速搜索并准确定位掩埋人员位置对灾后救援意义重大。与红外、光学、音频类生命探测仪相比，雷达生命探测装备具有穿透性强，探测深度大的特点，目前是各消防救援部队灾后探测的主要仪器设备。
在雷达工作时，生命探测雷达发射某种极化方式的电磁波，经一定位置处的目标反射后，雷达接收极化性质发生改变的探测信号，不同的极化性质使目标呈现的RCS值不一样，进而雷达接收的回波信息也不一样，导致目标被检测的几率也不一样。
目标的雷达截面积(Radar cross-section，RCS)理论值为：
Figure BDA0002471541630000011
其中，
Figure BDA0002471541630000012
为目标处的雷达入射波功率强度，
Figure BDA0002471541630000013
为雷达处的目标散射波强度，R为雷达值目标距离。
结合实际的目标回波场强，考虑极化影响的目标实际RCS值为：
Figure BDA0002471541630000014
利用水平线极化hrH和垂直线极化hrV为极化基，定义极化匹配因子P为：
Figure BDA0002471541630000015
定义接收天线与回波场强的极化比分别为
Figure BDA0002471541630000021
和
Figure BDA0002471541630000022
则有
Figure BDA0002471541630000023
由上述可以知：
目标的实际RCS与雷达天线的极化方向有着正比例关系；当极化匹配因子P＝0时，ρr＝-1/ρt，即反射回波信号的极化方向与发射电磁波的极化方向垂直时，目标的实际RCS达到最小，目标回波的强度最小，此时雷达检测目标的几率是最小的。
现有雷达装备封装在三防箱体中，发射和接收天线方向一致，在出厂安装时，雷达极化方向已经固定。也就是说，现有的生命探测雷达普遍采用单一的天线极化方式，例如垂直极化或水平极化方式。由于被埋人员的位置未知、姿态未知，若采用单一天线极化方式生命探测雷达进行搜救，仅在目标姿态与雷达极化方向一致时雷达检测能力最强，极化方向与目标姿态夹角越大，反射回波能量越弱，越不容易检测。但被掩埋人员姿态各异，当掩埋人员姿态与雷达极化方向垂直时，一般无法探测到目标，即发生漏报错误。
综上所述，现有的生命探测雷达普遍存在以下问题：
(1)雷达极化方向单一；
(2)目标漏报率高；
(3)雷达抗噪声能力弱。
发明内容
本发明要解决的技术问题就在于：针对现有技术存在的技术问题，本发明提供一种操作简便、适用范围广、采用多种天线极化方式、可增强探测目标的回波强度、可提高生命探测雷达探测概率的全极化雷达生命探测定位方法。
为解决上述技术问题，本发明采用以下技术方案：
一种全极化雷达生命探测定位方法，通过全极化天线的方式发射电磁波对被测区域进行探测，然后利用全极化天线的方式接收目标的散射波形；接下来，通过接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。
作为上述技术方案的进一步改进：单基雷达使用全极化微带天线作为发射天线和接收天线；在硬件端实现全极化探测；在单基雷达工作的情况下，利用全极化发射天线发射电磁波对被测区域进行探测；利用全极化接收天线接收目标的散射波形；对接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。
作为上述技术方案的进一步改进：采用两台以上生命探测雷达组合布网的方式进行生命探测。
作为上述技术方案的进一步改进：通过两台以上装配全极化微带天线的生命探测雷达及主控雷达组成分布式雷达，利用全极化发射天线发射电磁波对被测区域进行探测。
作为上述技术方案的进一步改进：在分布式雷达的工作过程中，每台生命探测雷达都将发射多极化波形或单极化波形对被测区域进行探测；在分布式雷达的工作过程中，每台生命探测雷达利用全极化接收天线接收信号；每台生命探测雷达在接受到信号之后，各生命探测雷达均处理回波信号，得到目标信息；最后，将得到的目标信息传输到主控雷达，进行融合解算，最终得到目标位置信息。
作为上述技术方案的进一步改进：当采用两台以上装配单极化天线生命探测雷达组成分布式雷达进行工作时，将单个装配单极化天线的生命探测雷达旋转，形成多极化天线检测目标的效果。
作为上述技术方案的进一步改进：当采用两台装配单极化天线生命探测雷达组成分布式雷达进行工作时，将单个装配单极化天线的生命探测雷达旋转90°，使两台装配单极化天线的生命探测雷达发射的电磁波极化方向相互正交；每台装配单极化天线的生命探测雷达接收自己发射的波形并进行目标检测，达到多极化天线检测目标的效果。
与现有技术相比，本发明的优点在于：
1、本发明的全极化雷达生命探测定位方法，原理简单、操作简便，针对现有生命探测雷达天线极化单一导致而检测效果差、抗噪声干扰能力弱的问题，本发明设计了一种全极化雷达生命探测定位方法，能够通过实现全极化探测，提高了雷达生命探测装备的检测能力和抗噪声干扰能力。
2、本发明的全极化雷达生命探测定位方法，通过配备全极化天线的雷达比单一天线雷达收集到更多极化状态的目标散射信号，丰富了目标特征信息，增强了目标回波，使雷达探测到目标的几率更大。
3、本发明的全极化雷达生命探测定位方法，通过分布式实现全极化探测，由两台或两台以上的单一极化生命探测雷达联合成组网雷达，并进行全极化探测，实施方案多变，雷达探测性能大幅度提高。
附图说明
图1是本发明方法在实施例1中的流程示意图。
图2是本发明方法在实施例2中的流程示意图。
图3是本发明方法在实施例3中的操作原理示意图。
具体实施方式
以下将结合说明书附图和具体实施例对本发明做进一步详细说明。
本发明的一种全极化雷达生命探测定位方法，通过全极化天线的方式发射电磁波对被测区域进行探测，然后利用全极化天线的方式接收目标的散射波形；接下来，通过接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。这样，通过添加全极化天线方式，增强了探测目标的回波强度，提高了生命探测雷达的探测概率。
实施例1：如图1所示，本发明的一种全极化雷达生命探测定位方法，其包括：
步骤S1：单基雷达使用全极化微带天线作为发射天线和接收天线；在硬件端实现全极化探测。
步骤S2：在单基雷达工作的情况下，利用全极化发射天线发射电磁波对被测区域进行探测；
步骤S3：利用全极化接收天线接收目标的散射波形；
步骤S4：对步骤S3中的接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。
采用上述方法之后，本发明通过改变生命探测雷达(单基雷达)原本单一的天线极化方式，添加全极化天线方式，增强了探测目标的回波强度，提高了生命探测雷达的探测概率。
实施例2：如图2所示，本发明采用两台以上生命探测雷达组合布网的方式进行生命探测。即，通过两台以上装配全极化微带天线的生命探测雷达及主控雷达组成分布式雷达，利用全极化发射天线发射电磁波对被测区域进行探测。
在分布式雷达的工作过程中，每台生命探测雷达都将发射多极化波形或单极化波形对被测区域进行探测。
在分布式雷达的工作过程中，每台生命探测雷达利用全极化接收天线接收信号。
每台生命探测雷达在接受到信号之后，各生命探测雷达均处理回波信号，得到目标信息。
最后，将得到的目标信息传输到主控雷达，进行融合解算，最终得到目标位置信息。
实施例3：如图3所示，本实例中，本发明以两台装配单极化天线生命探测雷达组成分布式雷达为例，即当两台装配单极化天线生命探测雷达组成分布式雷达进行工作时，将其中一个装配单极化天线的生命探测雷达旋转90°，使两台装配单极化天线的生命探测雷达发射的电磁波极化方向相互正交。每台装配单极化天线的生命探测雷达接收自己发射的波形并进行目标检测，达到多极化天线检测目标的效果。将此类工作模式延展到多台装配单极化雷达联合工作时，各雷达旋转不同的角度，使各雷达发射的电磁波极化方向不一致，即可达到全极化天线检测目标的效果。
以上仅是本发明的优选实施方式，本发明的保护范围并不仅局限于上述实施例，凡属于本发明思路下的技术方案均属于本发明的保护范围。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理前提下的若干改进和润饰，应视为本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，通过全极化天线的方式发射电磁波对被测区域进行探测，然后利用全极化天线的方式接收目标的散射波形；接下来，通过接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。
2.根据权利要求1所述的全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，单基雷达使用全极化微带天线作为发射天线和接收天线；在硬件端实现全极化探测；在单基雷达工作的情况下，利用全极化发射天线发射电磁波对被测区域进行探测；利用全极化接收天线接收目标的散射波形；对接收信号进行预处理、求极化散射矩阵、反演估算时延，最后得到目标信息。
3.根据权利要求1所述的全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，采用两台以上生命探测雷达组合布网的方式进行生命探测。
4.根据权利要求3所述的全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，通过两台以上装配全极化微带天线的生命探测雷达及主控雷达组成分布式雷达，利用全极化发射天线发射电磁波对被测区域进行探测。
5.根据权利要求4所述的全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，在分布式雷达的工作过程中，每台生命探测雷达都将发射多极化波形或单极化波形对被测区域进行探测；在分布式雷达的工作过程中，每台生命探测雷达利用全极化接收天线接收信号；每台生命探测雷达在接受到信号之后，各生命探测雷达均处理回波信号，得到目标信息；最后，将得到的目标信息传输到主控雷达，进行融合解算，最终得到目标位置信息。
6.根据权利要求3所述的全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，当采用两台以上装配单极化天线生命探测雷达组成分布式雷达进行工作时，将单个装配单极化天线的生命探测雷达旋转，形成多极化天线检测目标的效果。
7.根据权利要求4所述的全极化雷达生命探测定位方法，其特征在于，当采用两台装配单极化天线生命探测雷达组成分布式雷达进行工作时，将单个装配单极化天线的生命探测雷达旋转90°，使两台装配单极化天线的生命探测雷达发射的电磁波极化方向相互正交；每台装配单极化天线的生命探测雷达接收自己发射的波形并进行目标检测，达到多极化天线检测目标的效果。
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