CN112068094A - 机载毫米波测云雷达定标方法和系统 - Google Patents

机载毫米波测云雷达定标方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种机载毫米波测云雷达定标方法和系统，包括：在暗室中架设雷达和接收装置，通过接收装置接收雷达发射的雷达信号，基于接收装置获取的实际发射功率与通过雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正雷达的发射链路误差；在暗室中架设雷达和辐射装置，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号，基于雷达获取的实际接收功率与通过雷达的接收参数获得的计算接收功率之间的差值，校正雷达的接收链路误差。本发明在不改变雷达整体功能和性能基础上，提供一种方便高效的定标方法，该方法综合运用内定标和外定标技术，定标结果误差小、可靠性高，提高了定标效率，缩短了定标周期、节约了人力、物力成本。

Description

机载毫米波测云雷达定标方法和系统
技术领域
本发明涉及毫米波雷达技术领域，具体涉及一种机载毫米波测云雷达的定标方法和系统。
背景技术
毫米波测云雷达作为云探测的主要遥感手段，其原理是利用毫米波雷达的回波数据精确地反演得到云的宏微观物理特性。因此，必须对研制的毫米波雷达进行定标。雷达系统的定标可分内定标和外定标两种情况，内定标主要是对雷达内部系统参数进行测量，外定标是测量天线特性以及不同部件之间的相互影响。
雷达系统内定标的假定条件是雷达系统性能的变化能够用可测量参数进行表示，因而内定标对测量短时间内系统的相对漂移是有用的。内定标方法的缺点是，并没有考虑天线特性以及不同部件之间的相互影响，不能有效实现定标目的。雷达系统外定标主要包括两个方面:一是对雷达本身进行标定，利用诸如角反射器等点目标对雷达系统进行标校。通过对已知后向散射截面积的角反射器进行观测，比较其与实际观测值的差异，从而对雷达系统的误差进行校正，该方法通常针对地基雷达。二是标定在不同工作环境下由于安装、飞行等因素带来的误差。以机载毫米波云雷达为例，通常利用海平面作为标校源对雷达进行标校，通过对海表散射的理论计算值与实际观测值的对比，对机载平台下毫米波云雷达进行校正。外定标方法的缺点有：外定标方法需要通过试飞或者通过室外架设巨大的试验塔来支撑试验，该方法工程量巨大，耗费大量人力和物力；通过试飞测试结果与已定型雷达进行定标试验，测试结果是相对定标值，误差较大；该定标方法费用高，试验周期长，使雷达研制周期和成本增加。
发明内容
本发明是为了解决上述问题而进行的，目的在于在不改变雷达整体功能和性能基础上，提供一种方便高效的雷达定标方法和系统，综合运用内定标和外定标技术，使得定标结果误差小、可靠性高，缩短了定标周期，提高了定标效率。
本发明提供了一种机载毫米波测云雷达定标方法，包括：(1)在暗室中架设所述雷达和接收装置，所述接收装置位于所述雷达的天线远场，所述雷达的波束中心对准所述接收装置，通过接收装置接收雷达发射的雷达信号，基于所述接收装置获取的实际发射功率与通过所述雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正所述雷达的发射链路误差；(2)在暗室中架设所述雷达和辐射装置，所述辐射装置位于所述雷达的天线远场，所述辐射装置的波束中心对准所述雷达，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号，基于所述雷达获取的实际接收功率与通过所述雷达的接收参数获得的计算接收功率之间的差值，校正所述雷达的接收链路误差。
优选地，所述雷达信号为点频信号，且所述辐射信号为点频信号。
优选地，在步骤(1)中，所述接收装置包括毫米波天线和接收源，所述雷达的波束中心对准所述接收装置的毫米波天线；并且在步骤(2)中，所述辐射装置包括所述毫米波天线和辐射源，所述毫米波天线的波束中心对准所述雷达。
优选地，在步骤(1)中，通过如下公式获得计算发射功率：
Figure BDA0002673803700000031
其中Pr为计算发射功率，Pt为雷达发射功率，Gt为雷达的发射增益，Gr为接收装置的接收增益，L为雷达的发射链路损耗，Rr为雷达与接收装置的距离，λ为波长。
优选地，在步骤(2)中，通过如下公式获得计算接收功率：P_ad＝Pr+G，其中P_ad为计算接收功率，G为雷达的接收链路增益，Pr为雷达前端接收功率；通过如下公式获得雷达前端接收功率Pr：
Figure BDA0002673803700000032
其中Pt为辐射装置的发射功率，Gt为辐射装置的发射增益，Gr为雷达的接收增益，L为雷达的接收链路损耗，Rr为雷达与辐射装置的距离，λ为波长。
本发明还提供了一种机载毫米波测云雷达定标系统，包括暗室以及架设在暗室中的雷达、接收装置和辐射装置，其中，在对机载毫米波测云雷达定标时，所述接收装置位于所述雷达的天线远场，所述雷达的波束中心对准所述接收装置，通过接收装置接收雷达发射的雷达信号，基于所述接收装置获取的实际发射功率与通过所述雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正所述雷达的发射链路误差；所述辐射装置位于所述雷达的天线远场，所述辐射装置的波束中心对准所述雷达，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号，基于所述雷达获取的实际接收功率与通过所述雷达的接收参数和校正后的发射链路误差获得的计算接收功率之间的差值，校正所述雷达的接收链路误差。
优选地，所述雷达信号为点频信号，且所述辐射信号为点频信号。
优选地，所述接收装置包括毫米波天线和接收源，所述雷达的波束中心对准所述接收装置的毫米波天线；并且所述辐射装置包括所述毫米波天线和辐射源，所述毫米波天线的波束中心对准所述雷达。
优选地，通过如下公式获得计算发射功率：
Figure BDA0002673803700000041
其中Pr为计算发射功率，Pt为雷达发射功率，Gt为雷达的发射增益，Gr为接收装置的接收增益，L为雷达的发射链路损耗，Rr为雷达与接收装置的距离，λ为波长。
优选地，通过如下公式获得计算接收功率：P_ad＝Pr+G，其中P_ad为计算接收功率，G为雷达的接收链路增益，Pr为雷达前端接收功率；通过如下公式获得雷达前端接收功率Pr：
Figure BDA0002673803700000042
其中Pt为辐射装置的发射功率，Gt为辐射装置的发射增益，Gr为雷达的接收增益，L为雷达的接收链路损耗，Rr为雷达与辐射装置的距离，λ为波长。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明的定标方法和系统综合运用内定标和外定标技术，节约了定标时间，提高了定标效率；本发明的定标方法和系统基于通过辐射源定标，定标结果误差小、可靠性高。
附图说明
图1为本发明的机载毫米波测云雷达定标方法的示意图；
图2为本发明实施例的雷达实际接收功率的示意图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
如图1所示，本发明提供的一种机载毫米波测云雷达定标方法，包括如下步骤：
步骤1：雷达发射链路定标
在暗室中架设雷达和接收装置，接收装置位于雷达的天线远场，雷达的波束中心对准接收装置，接收装置接收雷达发射的雷达信号。基于接收装置获取的实际发射功率与通过雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正雷达的发射链路误差。
(1)雷达开机并自检，保证设备正常工作。接收装置设置于雷达的天线远场，雷达与接收装置间的距离为Rr。
(2)雷达的波束中心对准所述接收装置，雷达发射雷达信号。接收装置设置f0，且设置为MAXHOLD，SPAN为2G，记录所述接收装置接收到功率值。
雷达实际发射参数如下表：
表1雷达实际发射参数表
Figure BDA0002673803700000061
Figure BDA0002673803700000071
Figure BDA0002673803700000072
(3)将表1中各参数值代入到公式(1)，可计算出计算发射功率Pr等于-9.1dBm。接收装置获取的实际发射功率为-10.6dBm。从测试数据得知，计算发射功率比接收装置获取的实际发射功率大1.5dB，因此发射链路存在误差。因此，将雷达发射链路损耗由7.6dB校正为9.1dB。
步骤2：雷达接收链路定标
在暗室中架设雷达和辐射装置，辐射装置位于雷达的天线远场，辐射装置的波束中心对准雷达，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号。基于雷达获取的实际接收功率与通过雷达的接收参数获得的计算接收功率之间的差值，校正雷达的接收链路误差。
(1)雷达开机并自检，设定其处于被动接收状态。辐射装置设置于雷达的天线远场，雷达与辐射装置间的距离为Rr。利用角误差技术，使辐射装置的波束中心对准雷达。
(2)辐射装置发射辐射信号(f0+0.001GHz点频信号)，并调整辐射信号功率，保证雷达能正常接收。
雷达实际接收参数如下表：
表2雷达实际接收参数表
系统参数 实测
辐射装置的发射功率Pt(dBm) -10
雷达的接收增益Gr(dB) 34.8
辐射装置的发射增益Gt(dB) 11.3
雷达接收链路损耗L(dB) 6.8
雷达与辐射装置的距离R(m) 48
雷达接收链路增益G(dB) 65
波长λ(m) 0.0085714
AGC(dB) 0
AD芯片满刻度功率(dBm) 10
P_ad＝Pr+G (2)
其中，P_ad为计算接收功率，Pr为雷达前端接收功率，G为雷达接收链路系统增益。
应用公式(1)，计算出雷达前端接收功率Pr＝-67.6dBm；
(3)已知Pr＝-67.6dBm，G＝65db,AGC为0dB，应用公式(2)，计算接收功率应为-2.6dBm。但是如图2所示的实测数据显示，雷达获取的实际接收功率为-4.9dBm。计算接收功率比雷达获取的实际接收功率大2.3dB，接收链路存在误差。因此，雷达接收链路损耗由6.8dB校正为9.1dB。
上述实施例提供的机载毫米波测云雷达定标方法，综合运用内定标和外定标技术，使得定标结果误差小、可靠性高，提高了定标效率，缩短了定标周期、节约了定标成本。
实施例2
本发明还提供了一种机载毫米波测云雷达定标系统，包括暗室以及架设在暗室中的雷达、接收装置和辐射装置。接收装置包括毫米波天线和接收源，辐射装置包括毫米波天线和辐射源。在对机载毫米波测云雷达定标时，接收装置位于雷达的天线远场，雷达的波束中心对准接收装置的毫米波天线，通过接收装置接收雷达发射的雷达信号，基于接收装置获取的实际发射功率与通过雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正雷达的发射链路误差。辐射装置位于雷达的天线远场，辐射装置的毫米波天线的波束中心对准雷达，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号，基于雷达获取的实际接收功率与通过雷达的接收参数和校正后的发射链路误差获得的计算接收功率之间的差值，校正雷达的接收链路误差。
在另一实施例中，通过公式
Figure BDA0002673803700000091
获得雷达的计算发射功率。其中，Pr为计算发射功率，Pt为雷达发射功率，Gt为雷达天线发射增益，Gr为接收增益，L为雷达的接收系统损耗，Rr为雷达与接收装置的距离，λ为波长。
在另一实施例中，通过公式P_ad＝Pr+G获得雷达的计算接收功率。其中P_ad为计算接收功率，G为雷达的接收链路增益，Pr为雷达前端接收功率。可通过公式
Figure BDA0002673803700000092
获得雷达前端接收功率Pr。其中，Pt为辐射装置的发射功率，Gt为辐射装置的发射增益，Gr为雷达的接收增益，L为雷达的接收链路损耗，Rr为雷达与辐射装置的距离，λ为波长。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以权利要求的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种机载毫米波测云雷达定标方法，包括：
(1)在暗室中架设所述雷达和接收装置，所述接收装置位于所述雷达的天线远场，所述雷达的波束中心对准所述接收装置，通过接收装置接收雷达发射的雷达信号，基于所述接收装置获取的实际发射功率与通过所述雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正所述雷达的发射链路误差；
(2)在暗室中架设所述雷达和辐射装置，所述辐射装置位于所述雷达的天线远场，所述辐射装置的波束中心对准所述雷达，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号，基于所述雷达获取的实际接收功率与通过所述雷达的接收参数获得的计算接收功率之间的差值，校正所述雷达的接收链路误差。
2.根据权利要求1所述的方法，其中，所述雷达信号为点频信号，且所述辐射信号为点频信号。
3.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(1)中，所述接收装置包括毫米波天线和接收源，所述雷达的波束中心对准所述接收装置的毫米波天线；并且在步骤(2)中，所述辐射装置包括所述毫米波天线和辐射源，所述毫米波天线的波束中心对准所述雷达。
4.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(1)中，通过如下公式获得计算发射功率：
Figure FDA0002673803690000011
其中Pr为计算发射功率，Pt为雷达发射功率，Gt为雷达的发射增益，Gr为接收装置的接收增益，L为雷达的发射链路损耗，Rr为雷达与接收装置的距离，λ为波长。
5.根据权利要求1或2所述的方法，其中，在步骤(2)中，通过如下公式获得计算接收功率：P_ad＝Pr+G，其中P_ad为计算接收功率，G为雷达的接收链路增益，Pr为雷达前端接收功率；通过如下公式获得雷达前端接收功率Pr：
Figure FDA0002673803690000021
其中Pt为辐射装置的发射功率，Gt为辐射装置的发射增益，Gr为雷达的接收增益，L为雷达的接收链路损耗，Rr为雷达与辐射装置的距离，λ为波长。
6.一种机载毫米波测云雷达定标系统，包括暗室以及架设在暗室中的雷达、接收装置和辐射装置，其中，在对机载毫米波测云雷达定标时，所述接收装置位于所述雷达的天线远场，所述雷达的波束中心对准所述接收装置，通过接收装置接收雷达发射的雷达信号，基于所述接收装置获取的实际发射功率与通过所述雷达的发射参数获得的计算发射功率之间的差值，校正所述雷达的发射链路误差；所述辐射装置位于所述雷达的天线远场，所述辐射装置的波束中心对准所述雷达，通过雷达接收辐射装置发射的辐射信号，基于所述雷达获取的实际接收功率与通过所述雷达的接收参数和校正后的发射链路误差获得的计算接收功率之间的差值，校正所述雷达的接收链路误差。
7.根据权利要求6所述的系统，其中，所述雷达信号为点频信号，且所述辐射信号为点频信号。
8.根据权利要求6或7所述的系统，其中，所述接收装置包括毫米波天线和接收源，所述雷达的波束中心对准所述接收装置的毫米波天线；并且所述辐射装置包括所述毫米波天线和辐射源，所述毫米波天线的波束中心对准所述雷达。
9.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过如下公式获得计算发射功率：
Figure FDA0002673803690000031
其中Pr为计算发射功率，Pt为雷达发射功率，Gt为雷达天线发射增益，Gr为接收增益，L为雷达的接收系统损耗，Rr为雷达与接收装置的距离，λ为波长。
10.根据权利要求6或7所述的方法，其中，通过如下公式获得计算接收功率：P_ad＝Pr+G，其中P_ad为计算接收功率，G为雷达的接收链路增益，Pr为雷达前端接收功率；通过如下公式获得雷达前端接收功率Pr：
Figure FDA0002673803690000032
其中Pt为辐射装置的发射功率，Gt为辐射装置的发射增益，Gr为雷达的接收增益，L为雷达的接收链路损耗，Rr为雷达与辐射装置的距离，λ为波长。
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