CN112068087B - 一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法，包括如下步骤：步骤1，收发幅相校准：步骤2，确定雷达波束中心指向：步骤3，选择仿机载工作模式：步骤4，确定雷达工作参数：步骤5，仿机载模式下录取海杂波数据。本发明所公开的岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法，系统地给出了多通道雷达仿机载海杂波测量流程，提高了发射和接收幅相校准效率，保证了海杂波测量数据呈现空时耦合特性。

Description

一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法
技术领域
本发明属于海杂波测量领域，特别涉及该领域中的一种岸基多通道雷达在仿机载模式下实现海杂波测量的方法。
背景技术
为实现海杂波空时二维特性研究，需采用机载雷达或将雷达架设于运动平台才能获取该方面的研究数据，但采用机载雷达进行海杂波测量面临许多困难，且无法长期有效地观测海杂波。岸基多通道雷达利用逆相位中心偏置技术实现仿机载运动，可有效录取海杂波空时二维特性研究所需数据。
美国国防高级计划研究署在“山顶计划”中公开了一种岸基多通道雷达实现仿机载杂波测量方法，其主要测量思路是利用单独的发射天线照射一山脊，用于模拟机载雷达下的地杂波，并利用单独的接收天线副瓣接收该仿机载地杂波，且在接收天线主瓣方向加入模拟目标回波。该仿机载杂波测量方法仅针对于高杂噪比的仿机载地杂波测量，且其发射和接收幅相校准难度大，无法直接应用于仿机载海杂波测量。
目前，国内尚无利用岸基多通道雷达实现仿机载海杂波测量的先例，国外尚无明确的仿机载海杂波测量说明，且我国现有的岸基多通道雷达与国外设计有很大的差异，测量方法呈现新特点。因此，结合多通道雷达工作特点和仿机载模式设计参数的仿机载海杂波测量方法成为海杂波空时二维特性研究亟需解决的问题。
发明内容
本发明所要解决的技术问题就是提供一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法。
本发明采用如下技术方案：
一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法，其改进之处在于，包括如下步骤：
步骤1，收发幅相校准：
多通道雷达进行发射校准和接收校准，在发射校准时，进行相位校准，在接收校准时，进行幅度和相位校准，
发射相位校准的具体步骤为：(a1)选择不同的极化；(a2)选择不同的频点；(a3)开启发射校准模式，记录各通道的相位信息；(a4)以零相位为相位校准值，对记录的各通道相位值取反，得到各通道的发射相位补偿值；(a5)将步骤(a4)中的发射相位补偿值记录在相应文件中；(a6)对不同极化不同频点重复上面步骤，得到各种极化各个频点各通道的发射相位补偿值，作为发射相位校准文件，更新发射相位补偿值；
接收幅度和相位校准的具体步骤为：(b1)选择不同的极化；(b2)选择不同的频点；(b3)开启接收校准模式，各通道记录相应数据；(b4)对每个通道记录的数据分别进行傅里叶变换，并对傅里叶变换值求模，选择最大的模值作为各通道的幅度值，最大模值对应的相位作为各通道的相位值；(b5)比较步骤(b4)中各通道的幅度值，选取最小值作为幅度校准值，其它各通道幅度值与幅度校准值作比，得到各通道的接收幅度补偿值；(b6)以零相位作为相位校准值，对步骤(b4)中各通道的相位值取反，得到各通道的接收相位补偿值；(b7)对不同极化不同频点重复上面步骤，得到各种极化各个频点各通道的接收幅度补偿值和接收相位补偿值，作为接收幅相校准文件，更新接收幅相补偿值；
步骤2，确定雷达波束中心指向：
在步骤1完成多通道雷达幅相校准后，结合雷达架设位置及雷达照射区域周边环境确定雷达方位和俯仰波束中心指向范围，具体步骤为：
步骤21，获取雷达架设位置及雷达方位维照射区域周边环境对应的经纬度信息，获取雷达位置O对应的经纬度，雷达照射区域中有明显遮挡的环境位置A、B对应的经纬度信息；
步骤22，基于步骤21获取的经纬度信息，以方向北为雷达方位维零度，计算雷达方位波束中心指向OA对应的角度∠NOA，OB对应的角度∠NOB；
步骤23，基于天线方位向3dB波束宽度
Figure BDA0002729559080000021
和步骤22中计算的∠NOA和∠NOB，计算雷达方位波束中心指向范围
Figure BDA0002729559080000022
Figure BDA0002729559080000023
步骤24，获取雷达俯仰维照射区域周边环境对应的经纬度信息，获取雷达俯仰维近地物中有明显遮挡的环境位置D对应的经纬度信息；
步骤25，基于步骤21获取的雷达位置O经纬度和步骤24获取的环境位置D经纬度，计算O点与D点对应的水平距离MD，结合雷达架高H和天线俯仰向3dB波束宽度θ3dB，以雷达阵面法线为俯仰维零度，计算雷达俯仰维波束中心指向范围Δθ，
Figure BDA0002729559080000024
步骤3，选择仿机载工作模式：
步骤31，发射子阵的等效相位中心移动距离Δd不超过
Figure BDA0002729559080000025
λ为雷达工作频率对应的波长；
步骤32，基于步骤31确定的发射子阵等效相位中心移动距离Δd和需模拟的机载运动速度v，确定脉冲重复周期PRI为
Figure BDA0002729559080000031
步骤33，确定发射子阵包含的子阵数目：发射子阵包含的子阵数大于等于1，小于等于全阵包含子阵数减1；
步骤4，确定雷达工作参数：
确定脉冲宽度和带宽：在大于3级海情、天线俯仰角大于-2°且小于0°时，在脉冲宽度与带宽乘积大于100的原则下，选择对应的脉冲宽度和带宽组合；在小于3级海情、天线俯仰角大于-10°且小于-2°时，在脉冲宽度与带宽乘积小于100且大于10的原则下，选择对应的脉冲宽度和带宽组合；
步骤5，仿机载模式下录取海杂波数据：
结合以上步骤，加载参数文件，开启雷达射频电源，雷达控制中心解译参数文件，按照设置要求，产生相应的雷达发射信号，经发射通道和天线辐射出来，照射海面后，接收天线将海杂波信号送至接收通道，仿机载模式下的海杂波数据经光纤记录至本地储存系统，完成测量。
本发明的有益效果是：
本发明所公开的岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法，系统地给出了多通道雷达仿机载海杂波测量流程，提高了发射和接收幅相校准效率，保证了海杂波测量数据呈现空时耦合特性。
附图说明
图1是本发明实施例1所公开测量方法的流程示意图；
图2是本发明实施例1所公开测量方法中步骤1的流程示意图；
图3是本发明实施例1所公开测量方法中步骤2雷达方位照射范围的确定示意图；
图4是本发明实施例1所公开测量方法中步骤2雷达俯仰照射范围的确定示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图和实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例1，如图1所示，本实施例公开了一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法，可解决发射和接收幅相校准问题，并依据雷达架设位置和周边环境的经纬度确定雷达天线波束指向范围，确定雷达工作参数和与仿机载模式相关参数，具体包括如下步骤：
步骤1，收发幅相校准：
如图2所示，多通道雷达进行发射校准和接收校准，在发射校准时，进行相位校准，在接收校准时，进行幅度和相位校准，
发射相位校准的具体步骤为：(a1)选择不同的极化；(a2)选择不同的频点；(a3)开启发射校准模式，记录各通道的相位信息；(a4)以零相位为相位校准值，对记录的各通道相位值取反，得到各通道的发射相位补偿值；(a5)将步骤(a4)中的发射相位补偿值记录在相应文件中；(a6)对不同极化不同频点重复上面步骤，得到各种极化各个频点各通道的发射相位补偿值，作为发射相位校准文件，更新发射相位补偿值；
接收幅度和相位校准的具体步骤为：(b1)选择不同的极化；(b2)选择不同的频点；(b3)开启接收校准模式，各通道记录相应数据；(b4)对每个通道记录的数据分别进行傅里叶变换，并对傅里叶变换值求模，选择最大的模值作为各通道的幅度值，最大模值对应的相位作为各通道的相位值；(b5)比较步骤(b4)中各通道的幅度值，选取最小值作为幅度校准值，其它各通道幅度值与幅度校准值作比，得到各通道的接收幅度补偿值；(b6)以零相位作为相位校准值，对步骤(b4)中各通道的相位值取反，得到各通道的接收相位补偿值；(b7)对不同极化不同频点重复上面步骤，得到各种极化各个频点各通道的接收幅度补偿值和接收相位补偿值，作为接收幅相校准文件，更新接收幅相补偿值；
步骤2，确定雷达波束中心指向：
在步骤1完成多通道雷达幅相校准后，结合雷达架设位置及雷达照射区域周边环境确定雷达方位和俯仰波束中心指向范围，具体步骤为：
步骤21，获取雷达架设位置及雷达方位维照射区域周边环境对应的经纬度信息，如图3所示，获取雷达位置O对应的经纬度，雷达照射区域中有明显遮挡的环境位置A、B对应的经纬度信息；
步骤22，基于步骤21获取的经纬度信息，以方向北为雷达方位维零度，计算雷达方位波束中心指向OA对应的角度∠NOA，OB对应的角度∠NOB；
步骤23，基于天线方位向3dB波束宽度
Figure BDA0002729559080000041
和步骤22中计算的∠NOA和∠NOB，计算雷达方位波束中心指向范围
Figure BDA0002729559080000042
Figure BDA0002729559080000043
步骤24，获取雷达俯仰维照射区域周边环境对应的经纬度信息，如图4所示，获取雷达俯仰维近地物中有明显遮挡的环境位置D对应的经纬度信息；
步骤25，基于步骤21获取的雷达位置O经纬度和步骤24获取的环境位置D经纬度，计算O点与D点对应的水平距离MD，结合雷达架高H和天线俯仰向3dB波束宽度θ3dB，以雷达阵面法线为俯仰维零度，计算雷达俯仰维波束中心指向范围Δθ，
Figure BDA0002729559080000051
步骤3，选择仿机载工作模式：
仿机载工作模式涉及发射子阵等相位中心移动距离、脉冲重复周期、发射子阵包含的子阵数目，具体步骤如下：
步骤31，发射子阵的等效相位中心移动距离Δd不超过
Figure BDA0002729559080000052
λ为雷达工作频率对应的波长；
步骤32，基于步骤31确定的发射子阵等效相位中心移动距离Δd和需模拟的机载运动速度v，确定脉冲重复周期PRI为
Figure BDA0002729559080000053
步骤33，确定发射子阵包含的子阵数目：发射子阵包含的子阵数大于等于1，小于等于全阵包含子阵数减1；
步骤4，确定雷达工作参数：
基于海情、杂噪比、距离维分辨率以及步骤2确定的俯仰角，确定雷达脉冲宽度和工作带宽，具体步骤为：
确定脉冲宽度和带宽：在大于3级海情、天线俯仰角大于-2°且小于0°时，在脉冲宽度与带宽乘积大于100的原则下，选择对应的脉冲宽度和带宽组合；在小于3级海情、天线俯仰角大于-10°且小于-2°时，在脉冲宽度与带宽乘积小于100且大于10的原则下，选择对应的脉冲宽度和带宽组合；
步骤5，仿机载模式下录取海杂波数据：
结合以上步骤，加载参数文件，开启雷达射频电源，雷达控制中心解译参数文件，按照设置要求，产生相应的雷达发射信号，经发射通道和天线辐射出来，照射海面后，接收天线将海杂波信号送至接收通道，仿机载模式下的海杂波数据经光纤记录至本地储存系统，完成测量。

Claims (1)

1.一种岸基多通道雷达仿机载海杂波测量方法，其特征在于，包括如下步骤：
步骤1，收发幅相校准：
多通道雷达进行发射校准和接收校准，在发射校准时，进行相位校准，在接收校准时，进行幅度和相位校准，
发射相位校准的具体步骤为：(a1)选择不同的极化；(a2)选择不同的频点；(a3)开启发射校准模式，记录各通道的相位信息；(a4)以零相位为相位校准值，对记录的各通道相位值取反，得到各通道的发射相位补偿值；(a5)将步骤(a4)中的发射相位补偿值记录在相应文件中；(a6)对不同极化不同频点重复上面步骤，得到各种极化各个频点各通道的发射相位补偿值，作为发射相位校准文件，更新发射相位补偿值；
接收幅度和相位校准的具体步骤为：(b1)选择不同的极化；(b2)选择不同的频点；(b3)开启接收校准模式，各通道记录相应数据；(b4)对每个通道记录的数据分别进行傅里叶变换，并对傅里叶变换值求模，选择最大的模值作为各通道的幅度值，最大模值对应的相位作为各通道的相位值；(b5)比较步骤(b4)中各通道的幅度值，选取最小值作为幅度校准值，其它各通道幅度值与幅度校准值作比，得到各通道的接收幅度补偿值；(b6)以零相位作为相位校准值，对步骤(b4)中各通道的相位值取反，得到各通道的接收相位补偿值；(b7)对不同极化不同频点重复上面步骤，得到各种极化各个频点各通道的接收幅度补偿值和接收相位补偿值，作为接收幅相校准文件，更新接收幅相补偿值；
步骤2，确定雷达波束中心指向：
在步骤1完成多通道雷达幅相校准后，结合雷达架设位置及雷达照射区域周边环境确定雷达方位和俯仰波束中心指向范围，具体步骤为：
步骤21，获取雷达架设位置及雷达方位维照射区域周边环境对应的经纬度信息，获取雷达位置O对应的经纬度，雷达照射区域中有明显遮挡的环境位置A、B对应的经纬度信息；
步骤22，基于步骤21获取的经纬度信息，以方向北为雷达方位维零度，计算雷达方位波束中心指向OA对应的角度∠NOA，OB对应的角度∠NOB；
步骤23，基于天线方位向3dB波束宽度
Figure FDA0002729559070000011
和步骤22中计算的∠NOA和∠NOB，计算雷达方位波束中心指向范围
Figure FDA0002729559070000012
Figure FDA0002729559070000013
步骤24，获取雷达俯仰维照射区域周边环境对应的经纬度信息，获取雷达俯仰维近地物中有明显遮挡的环境位置D对应的经纬度信息；
步骤25，基于步骤21获取的雷达位置O经纬度和步骤24获取的环境位置D经纬度，计算O点与D点对应的水平距离MD，结合雷达架高H和天线俯仰向3dB波束宽度θ3dB，以雷达阵面法线为俯仰维零度，计算雷达俯仰维波束中心指向范围Δθ，
Figure FDA0002729559070000021
步骤3，选择仿机载工作模式：
步骤31，发射子阵的等效相位中心移动距离Δd不超过
Figure FDA0002729559070000022
λ为雷达工作频率对应的波长；
步骤32，基于步骤31确定的发射子阵等效相位中心移动距离Δd和需模拟的机载运动速度v，确定脉冲重复周期PRI为
Figure FDA0002729559070000023
步骤33，确定发射子阵包含的子阵数目：发射子阵包含的子阵数大于等于1，小于等于全阵包含子阵数减1；
步骤4，确定雷达工作参数：
确定脉冲宽度和带宽：在大于3级海情、天线俯仰角大于-2°且小于0°时，在脉冲宽度与带宽乘积大于100的原则下，选择对应的脉冲宽度和带宽组合；在小于3级海情、天线俯仰角大于-10°且小于-2°时，在脉冲宽度与带宽乘积小于100且大于10的原则下，选择对应的脉冲宽度和带宽组合；
步骤5，仿机载模式下录取海杂波数据：
结合以上步骤，加载参数文件，开启雷达射频电源，雷达控制中心解译参数文件，按照设置要求，产生相应的雷达发射信号，经发射通道和天线辐射出来，照射海面后，接收天线将海杂波信号送至接收通道，仿机载模式下的海杂波数据经光纤记录至本地储存系统，完成测量。
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