CN113050055A - 一种有源定标设备等效rcs标定方法及系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种有源定标设备等效RCS标定方法及系统，该方法包括：在室外平面RCS测试场上，设置RCS测量系统的收发天线与无源标准定标体；基于RCS测量系统测量无源标准定标体的回波信号；设置待标定的有源定标设备，开启有源定标设备至工作状态，并通过方位‑俯仰二维调节使有源定标设备的收发天线的电轴对准RCS测量系统的收发天线；基于RCS测量系统测量有源定标设备的回波信号；结合RCS测量系统的测量距离，利用无源标准定标体的回波信号对有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。本发明消除了收发天线增益固定误差以及射频连接线缆损耗等因素的影响，等效RCS标定精度高。

Description

一种有源定标设备等效RCS标定方法及系统
技术领域
本发明涉及目标探测技术领域，尤其涉及一种有源定标设备等效RCS标定方法及系统。
背景技术
在岸基、车载、舰载和机载等外场动态目标RCS测量中，为降低环境影响，提高定标精度，经常采用有源定标设备作为RCS定标测量手段。常规测量中一般不需要考虑有源定标设备等效RCS的影响，但随着测量技术发展，精度需求不断提高，精确标定有源定标设备等效RCS是实现外场动态RCS准确测量的重要基础。
有源定标设备等效RCS理论值
Figure BDA0002992107380000011
式中λ为工作波长，Gtc、Grc分别为有源定标设备收、发天线增益，gc为有源定标设备收发电路转发增益。上述相关参数中，收、发天线增益(Gtc、Grc)的标定误差通常约为0.5dB；收发电路转发增益(gc)的标定误差通常约为0.2dB，且标定时，射频线缆连接状态与有源定标设备正式工作状态并不完全相同，存在无法标定的射频线缆连接损耗误差。因此，为满足优于0.5dB高精度定标需求，需要有一种能够准确标定包含上述误差来源的有源定标设备等效RCS的标定方法。
发明内容
本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种能够消除收发天线增益固定误差以及射频线缆连接状态变化所致误差等因素影响，精确标定有源定标设备等效RCS的方法。
为了实现上述目的，本发明提供了一种有源定标设备等效RCS标定方法，包括如下步骤：
S1、在室外平面RCS测试场上，设置RCS测量系统的收发天线与无源标准定标体；
S2、基于RCS测量系统测量所述无源标准定标体的回波信号；
S3、撤除所述无源标准定标体，设置待标定的有源定标设备，开启所述有源定标设备至工作状态，并通过方位-俯仰二维调节使所述有源定标设备的收发天线的电轴对准所述RCS测量系统的收发天线；
S4、基于RCS测量系统测量所述有源定标设备的回波信号；
S5、结合RCS测量系统的测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。
优选地，所述步骤S1中，设置所述RCS测量系统的收发天线与所述无源标准定标体时，所述无源标准定标体架设于支架上，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述无源标准定标体距地面的高度h0，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述无源标准定标体之间的距离R0满足地平场公式：λR0＝4hmh0，其中λ为所述RCS测量系统的工作波长。
优选地，所述支架采用泡沫支架或低散射金属支架。
优选地，所述步骤S3中，设置所述有源定标设备时，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述有源定标设备的收发天线距地面的高度hARC，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述有源定标设备的收发天线口面之间的距离RARC满足地平场公式：λRARC＝4hmhARC。
优选地，所述步骤S5中，结合测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理时，得到标定后的有源定标设备等效RCS值的表达式为：
Figure BDA0002992107380000021
其中，σ0为所述无源标准定标体的理论RCS值，S0(t)为所述无源标准定标体的回波信号，SARC(t)为所述有源定标设备的回波信号。
优选地，所述无源标准定标体的回波信号相比于地物杂波，信杂比不小于40dB。
本发明还提供了一种有源定标设备等效RCS标定系统，包括：
RCS测量系统、无源标准定标体、有源定标设备和定标装置；
所述RCS测量系统用于分别测量所述无源标准定标体的回波信号和所述有源定标设备的回波信号，且测量所述有源定标设备的回波信号时，所述有源定标设备处于工作状态，收发天线的电轴对准所述RCS测量系统的收发天线；
所述定标装置用于记录所述RCS测量系统的测量距离，以及结合测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。
优选地，所述RCS测量系统测量所述无源标准定标体的回波信号时，所述无源标准定标体架设于支架上，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述无源标准定标体距地面的高度h0，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述无源标准定标体之间的距离R0满足地平场公式：λR0＝4hmh0，其中λ为所述RCS测量系统的工作波长。
优选地，所述RCS测量系统测量所述有源定标设备的回波信号时，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述有源定标设备的收发天线距地面的高度hARC，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述有源定标设备的收发天线口面之间的距离RARC满足地平场公式：λRARC＝4hmhARC。
优选地，所述定标装置结合测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理时，得到标定后的有源定标设备等效RCS值的表达式为：
Figure BDA0002992107380000031
其中，σ0为所述无源标准定标体的理论RCS值，S0(t)为所述无源标准定标体的回波信号，SARC(t)为所述有源定标设备的回波信号。
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种有源定标设备等效RCS标定方法及系统，本发明基于室外平面RCS测试场进行，利用无源标准定标体的回波信号对有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值，本发明能够有效消除有源定标设备的收发天线增益误差，以及收发电路转发增益标定时射频线缆连接状态变化所致误差等因素的影响，等效RCS标定精度高。
附图说明
图1是本发明实施例中一种有源定标设备等效RCS标定方法步骤示意图；
图2是本发明实施例中无源标准定标体回波信号测量示意图；
图3是本发明实施例中有源定标设备回波信号测量示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、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清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的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。
如图1至图3所示，本发明实施例提供的一种有源定标设备等效RCS标定方法，包括如下步骤：
S1、在室外平面RCS测试场上，设置RCS测量系统的收发天线与无源标准定标体。无源标准定标体的理论RCS值是已知的。
S2、基于RCS测量系统测量无源标准定标体的回波信号S0(t)。
S3、撤除无源标准定标体，设置待标定的有源定标设备，开启有源定标设备至工作状态，并通过方位-俯仰二维调节使有源定标设备的收发天线的电轴对准RCS测量系统的收发天线。有源定标设备的收发天线指向RCS测量系统的收发天线，RCS测量系统的收发天线也指向有源定标设备的收发天线，二者的收发天线中心对准。
S4、基于RCS测量系统测量有源定标设备的回波信号SARC(t)。
S5、结合RCS测量系统的测量距离，即RCS测量系统测量无源标准定标体时的距离与RCS测量系统测量有源定标设备时的距离，利用无源标准定标体的回波信号，对有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。
优选地，如图2所示，步骤S1中，设置RCS测量系统的收发天线与无源标准定标体时，无源标准定标体架设于支架上，RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、无源标准定标体距地面的高度h0，以及，RCS测量系统的收发天线口面与无源标准定标体之间的距离R0(也即测量无源标准定标体时的距离)，满足地平场公式：λR0＝4hmh0，其中λ为RCS测量系统的工作波长。
进一步地，用于支撑述无源标准定标体的支架优选采用泡沫支架或低散射金属支架，以使支架的RCS小于预设RCS阈值，减少支架对于测量结果的影响。
优选地，如图3所示，步骤S3中，设置有源定标设备时，RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、有源定标设备的收发天线距地面的高度hARC，以及，RCS测量系统的收发天线口面与有源定标设备的收发天线口面之间的距离RARC(即RCS测量系统测量有源定标设备时的距离)满足地平场公式：λRARC＝4hmhARC。
优选地，步骤S5中，结合测量距离，利用无源标准定标体的回波信号对有源定标设备的回波信号进行定标处理时，得到标定后的有源定标设备等效RCS值的表达式为：
Figure BDA0002992107380000051
其中，σ0为无源标准定标体的理论RCS值，S0(t)为无源标准定标体的回波信号，SARC(t)为有源定标设备的回波信号。
为获得更为准确的测量结果，无源标准定标体的理论RCS值σ0不应过小，以使得无源标准定标体的回波信号足够强。无源标准定标体的回波信号相比于地物杂波，信杂比优选不小于40dB，更优选信杂比不小于50dB。在该信杂比条件下，地物杂波对回波信号的影响可忽略。
在一个具体的实施方式中，按照如图2和图3所示空间位置关系放置RCS测量系统(的收发天线)、无源标准定标体和有源定标设备，其中，RCS测量系统的工作波长λ为0.0225m，无源标准定标体与RCS测量系统的收发天线口面之间距离R0为836m，RCS测量系统的收发天线距地面高度hm为2.35m，无源标准定标体距地面高度h0为2m，有源定标设备的收发天线口面与RCS测量系统的收发天线口面之间距离RARC为1100m，有源定标设备的收发天线距地面高度hARC为2.63m。
选择直径300mm、高200mm的定标柱作为无源标准定标体，通过泡沫支架或低散射金属支架架设于距RCS测量系统的收发天线口面836m距离位置上。上述所选择定标柱RCS量级合适，相比于地物杂波可获得约50dB信杂比，在该信杂比条件下地物杂波回波对定标体回波影响可忽略。
测量有源定标设备的回波信号时，将有源定标设备设于距RCS测量系统收发天线口面1100m距离位置上，并通过有源定标设备自身配备的方位-俯仰二维转台调节，使有源定标设备收发天线电轴对准RCS测量系统收发天线。需要说明的是，测量有源定标设备时，有源定标设备应处于工作状态，以便精确标定有源定标设备等效RCS。
本发明还提供了一种有源定标设备等效RCS标定系统，包括：RCS测量系统、无源标准定标体、有源定标设备和定标装置。RCS测量系统用于分别测量无源标准定标体的回波信号和有源定标设备的回波信号，且测量有源定标设备的回波信号时，有源定标设备处于工作状态，有源定标设备的收发天线的电轴对准RCS测量系统的收发天线。
定标装置用于记录RCS测量系统的测量距离，以及结合测量距离，利用无源标准定标体的回波信号对有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。
优选地，RCS测量系统测量无源标准定标体的回波信号时，无源标准定标体架设于支架上，RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、无源标准定标体距地面的高度h0，以及，RCS测量系统的收发天线口面与无源标准定标体之间的距离R0满足地平场公式：λR0＝4hmh0，其中λ为RCS测量系统的工作波长。
优选地，RCS测量系统测量有源定标设备的回波信号时，RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、有源定标设备的收发天线距地面的高度hARC，以及，RCS测量系统的收发天线口面与有源定标设备的收发天线口面之间的距离RARC满足地平场公式：λRARC＝4hmhARC。
优选地，定标装置结合测量距离，利用无源标准定标体的回波信号对有源定标设备的回波信号进行定标处理时，得到标定后的有源定标设备等效RCS值的表达式为：
Figure BDA0002992107380000071
其中，σ0为无源标准定标体的理论RCS值，S0(t)为无源标准定标体的回波信号，SARC(t)为有源定标设备的回波信号。无源标准定标体的理论RCS值是已知的。
综上所述，本发明提供了一种有源定标设备等效RCS标定方法及系统，本发明能够消除收发天线增益固定误差以及射频线缆连接状态变化所致误差等因素影响，满足优于0.5dB高精度定标需求，为实现外场动态RCS精准测量提供技术支持。
最后应说明的是：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 (10)

1.一种有源定标设备等效RCS标定方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1、在室外平面RCS测试场上，设置RCS测量系统的收发天线与无源标准定标体；
S2、基于RCS测量系统测量所述无源标准定标体的回波信号；
S3、撤除所述无源标准定标体，设置待标定的有源定标设备，开启所述有源定标设备至工作状态，并通过方位-俯仰二维调节使所述有源定标设备的收发天线的电轴对准所述RCS测量系统的收发天线；
S4、基于RCS测量系统测量所述有源定标设备的回波信号；
S5、结合RCS测量系统的测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。
2.根据权利要求1所述的有源定标设备等效RCS标定方法，其特征在于：
所述步骤S1中，设置所述RCS测量系统的收发天线与所述无源标准定标体时，所述无源标准定标体架设于支架上，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述无源标准定标体距地面的高度h0，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述无源标准定标体之间的距离R0满足地平场公式：λR0＝4hmh0，其中λ为所述RCS测量系统的工作波长。
3.根据权利要求2所述的有源定标设备等效RCS标定方法，其特征在于：
所述支架采用泡沫支架或低散射金属支架。
4.根据权利要求2所述的有源定标设备等效RCS标定方法，其特征在于：
所述步骤S3中，设置所述有源定标设备时，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述有源定标设备的收发天线距地面的高度hARC，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述有源定标设备的收发天线口面之间的距离RARC满足地平场公式：λRARC＝4hmhARC。
5.根据权利要求4所述的有源定标设备等效RCS标定方法，其特征在于：
所述步骤S5中，结合测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理时，得到标定后的有源定标设备等效RCS值的表达式为：
Figure FDA0002992107370000021
其中，σ0为所述无源标准定标体的理论RCS值，S0(t)为所述无源标准定标体的回波信号，SARC(t)为所述有源定标设备的回波信号。
6.根据权利要求1所述的有源定标设备等效RCS标定方法，其特征在于：
所述无源标准定标体的回波信号相比于地物杂波，信杂比不小于40dB。
7.一种有源定标设备等效RCS标定系统，其特征在于，包括：RCS测量系统、无源标准定标体、有源定标设备和定标装置；
所述RCS测量系统用于分别测量所述无源标准定标体的回波信号和所述有源定标设备的回波信号，且测量所述有源定标设备的回波信号时，所述有源定标设备处于工作状态，收发天线的电轴对准所述RCS测量系统的收发天线；
所述定标装置用于记录所述RCS测量系统的测量距离，以及结合测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理，得到标定后的有源定标设备等效RCS值。
8.根据权利要求7所述的有源定标设备等效RCS标定系统，其特征在于：
所述RCS测量系统测量所述无源标准定标体的回波信号时，所述无源标准定标体架设于支架上，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述无源标准定标体距地面的高度h0，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述无源标准定标体之间的距离R0满足地平场公式：λR0＝4hmh0，其中λ为所述RCS测量系统的工作波长。
9.根据权利要求8所述的有源定标设备等效RCS标定系统，其特征在于：
所述RCS测量系统测量所述有源定标设备的回波信号时，所述RCS测量系统的收发天线距地面的高度hm、所述有源定标设备的收发天线距地面的高度hARC，以及，所述RCS测量系统的收发天线口面与所述有源定标设备的收发天线口面之间的距离RARC满足地平场公式：λRARC＝4hmhARC。
10.根据权利要求9所述的有源定标设备等效RCS标定系统，其特征在于：
所述定标装置结合测量距离，利用所述无源标准定标体的回波信号对所述有源定标设备的回波信号进行定标处理时，得到标定后的有源定标设备等效RCS值的表达式为：
Figure FDA0002992107370000031
其中，σ0为所述无源标准定标体的理论RCS值，S0(t)为所述无源标准定标体的回波信号，SARC(t)为所述有源定标设备的回波信号。
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Cited By (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
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CN113552549A (zh) * 2021-07-28 2021-10-26 北京环境特性研究所 利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法及装置
CN113552549B (zh) * 2021-07-28 2023-05-12 北京环境特性研究所 利用有源校准设备进行机载下视测量标定的方法及装置
CN115372929A (zh) * 2022-10-24 2022-11-22 北京测威科技有限公司 外场rcs复合测量系统

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