CN116224261B - 一种面向机载大口径雷达的零值标定方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，响应切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，接收点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；响应切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离以进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数和龙伯球提供的雷达散射截面积标准，以确定雷达散射截面积标定的系数。该方式中，所需配套设备仅为挂载有点频信号源和龙伯球的无人机，通过切换机载雷达的工作模式，即可实现对机载雷达的角度零值标定、距离零值标定，以及确定雷达散射截面积标定的系数，该方法配套设备简单，减少了标定工作量，标定效率高，易操作。
Description
技术领域
本发明涉及机载雷达技术领域，尤其是涉及一种面向机载大口径雷达的零值标定方法。
背景技术
机载预警雷达，常见配置在预警机上，可以成功解决地形对低空目标的遮蔽影响。作为预警机最主要的传感器之一，雷达作用距离与功率口径积直接相关，因此预警机雷达往往采用尽可能大口径天线构型，但同时受限于气动外形，天线高度有限，使得天线长高比往往在5以上，而这给天线标定对应喇叭的架设高度带来困难。相关技术中，天线角度零值标定可以采用地面架设标校塔方式，然而标校塔建设不仅难度大、费用高，且存在违反机场周围建筑高度要求的风险。同时，机场附近地理环境非平坦性，会加剧地杂波对标定的影响，由于俯仰波束宽度较大，若采用静止悬停挂吊龙伯球，则需俯仰扫描较大角度，导致龙伯球高度达500m、甚至1000m以上，导致零值标定操作不方便，因此需采用配试的飞行动目标、且飞行平台RCS至少小于龙伯球RCS的三分之一。此外，雷达安装于飞机平台上，除受机身遮挡反射影响，还受天线罩非均匀透射影响，扫描误差往往呈现非均匀性，因此对机载雷达的测角零值标定，往往需要在扫描范围内密集取点再进行拟合，标定工作量大，而标校塔方法为固定角度，调整困难，导致适用性较差。
发明内容
本发明的目的在于提供一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，以减少标定工作量，提高标定效率和操作的便利性。
本发明提供的一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，方法应用于机载雷达，机载雷达的配套设备包括无人机；方法包括：响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
进一步的，当机载雷达工作于第一工作模式时，无人机用于按第一预设速度飞行；其中，第一预设速度满足以下公式：
其中，
表示第一预设速度；R表示无人机与机载雷达的雷达阵面之间的距离；M表示机载雷达的一个波位的脉冲总数；T p表示机载雷达的脉冲重复周期。
进一步的，方法还包括：在第一工作模式下，对每个脉冲的每个波束对应的波束数据按下述公式进行处理，得到每个波束对应的处理后的波束数据；
其中，
为第j个脉冲的第i个波束的波束数据，n为波束数量，M为脉冲数量；k为第k个脉冲采样点，N为脉冲采样点的总数量；在指定的脉冲采样点时，/>
为1，在除指定的脉冲采样点外的其他脉冲采样点时，/>
为0；
对每个波束对应的处理后的波束数据进行傅里叶变换，得到每个波束对应的变换后的波束数据；对变换后的波束数据进行处理，得到滤波点迹；选取预设数量的滤波点迹，计算预设数量的滤波点迹的方位角对应的方位角平均值和俯仰角对应的俯仰角平均值；将方位角平均值与无人机的位置信息中的方位角进行比对，确定方位角零值误差；将俯仰角平均值与无人机的位置信息中的俯仰角进行比对，确定俯仰角零值误差。
进一步的，根据测量距离进行距离零值标定的步骤包括：将测量距离与无人机的位置信息中的位置数据进行比对，得到距离零值误差；其中，无人机的位置信息通过挂载在无人机上的差分定位模块提供；根据距离零值误差进行距离零值标定。
进一步的，在第一工作模式下，机载雷达采用低重频波形；在第二工作模式下，机载雷达采用中重频波形。
进一步的，点频信号源采用锁相环控制方式产生点频连续波，且输出功率不高于0.5W。
进一步的，龙伯球的雷达散射截面积大于或等于无人机的雷达散射截面积的3倍；挂载有龙伯球的无人机在无风平飞或悬停姿态下的稳定度在-5°—+5°范围内，飞行速度不低于20m/s。
本发明提供的一种面向机载大口径雷达的零值标定装置，装置设置于机载雷达，机载雷达的配套设备包括无人机；装置包括：第一标定模块，用于响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；第二标定模块，用于响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
本发明提供的一种电子设备，包括处理器和存储器，存储器存储有能够被处理器执行的计算机可执行指令，处理器执行计算机可执行指令以实现上述任一项方法。
本发明提供的一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现上述任一项的方法。
本发明提供的一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。该方式中，所需配套设备仅为挂载有点频信号源和龙伯球的无人机，通过切换机载雷达的工作模式，即可实现对机载雷达的角度零值标定、距离零值标定，以及确定雷达散射截面积标定的系数，该方法配套设备简单，减少了标定工作量，标定效率高，易操作。
附图说明
为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，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的附图。
图1为本发明实施例提供的一种面向机载大口径雷达的零值标定方法的流程图；
图2为本发明实施例提供的一种机载雷达零值标定场景示意图；
图3为本发明实施例提供的一种面向机载大口径雷达的零值标定装置的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合实施例对本发明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。
机载预警雷达，常见配置在预警机上，作为大范围空情监视的主要手段，具有监视范围大、作用距离远、探测盲区小的特点，成功解决地形对低空目标的遮蔽影响。作为预警机最主要的传感器之一，雷达作用距离与功率口径积直接相关，因此预警机雷达往往采用尽可能大口径天线构型，最经典的有背负式圆盘罩构型，如美国E-3、E-2，俄罗斯A50，其天线均为椭圆形；或机身共形，如以色列“费尔康”，机身两侧为矩形阵。雷达天线口径普遍在5m2以上，天线长度尺寸往往在5m以上，但同时受限于气动外形，天线高度有限，这样使得天线长高比往往在5以上（如E-3的长高比达到6.15），从而天线具有远场距离远，俯仰波瓣宽的特点，而这给天线标定对应喇叭的架设高度带来困难。
天线角度零值标定常采用地面架设标校塔方式，根据GJB3153-98《精密测量雷达标校》、GJB2137.6-94《机载雷达通用要求参数的标定与校正》的要求，为了抑制地面反射，减少因地面反射引起的误差，那么塔高
其中
，/>
为波长，D为雷达天线最大长度，d为喇叭天线口径，/>
为雷达俯仰波束宽度，h为雷达天线离地高度。按E-3雷达天线尺寸计算（8m×1.3m），则塔高H至少为220m。标校塔建设不仅难度大、费用高，且存在违反机场周围建筑高度要求的风险。
同时，机场附近地理环境非平坦性，会加剧地杂波对标定影响，由于俯仰波束宽度较大，若采用静止悬停挂吊龙伯球，则需俯仰扫描较大角度，导致龙伯球高度达500m、甚至1000m以上，因此需采用配试目标飞行，或者采用空飘球，相对费用都比较高。
此外，雷达安装于飞机平台上，除受机身遮挡反射影响，还受天线罩非均匀透射影响，扫描误差往往呈现非均匀性，因此对机载雷达的测角零值标定，往往需要在扫描范围内密集取点再进行拟合，从而完成大范围扫描角的标定，以减少测角误差，标校塔方法为固定角度，调整困难，因而适用性较差。机载预警相控阵雷达，以及用于靶场测量的机载测量相控阵雷达，由于作用距离远，精度指标要求高，为保持良好性能指标，雷达需定期进行检查和视情再次标定。基于此，本发明实施例提供了一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，该技术可以应用于需要对机载大口径雷达的零值进行标定的应用中。
为便于对本实施例进行理解，首先对本发明实施例所公开的一种面向机载大口径雷达的零值标定方法进行介绍，该方法应用于机载雷达，机载雷达的配套设备包括无人机；该无人机通常为多旋翼无人机，可以用于提供其他配套设备的挂载平台，且按要求进行带载情况下10m/s以上速度飞行，从而被机载雷达在脉冲多普勒模式下被检测（受地杂波影响，悬停状态下无法被雷达探测到）。
多旋翼无人机，采用锂电池供电，主要指标有：
如图1所示，该方法包括如下步骤：
步骤S102，响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定。
上述第一工作模式为角度零值标定模式，在第一工作模式下，雷达发射通道全部关闭，接收全开，挂载在无人机上的点频信号源发射开启，一次续航内完成全范围方位角、俯仰角的标定；可以在雷达显控上进行操作，将机载雷达的工作模式从当前工作模式切换至第一工作模式，测角标定的具体实现过程如下：
如图2所示的一种机载雷达零值标定场景示意图，首先将载机停放于停机坪开阔地，雷达系统和载机惯导加电，经过10分钟以上，平台惯导系统稳定后读取载机位置及姿态数据，雷达系统将其转换为天线阵面位置及姿态。
无人机作放飞前准备，包括通信测试、RTK设置、系统自检、设置点频源频率等；如图2所示，放飞无人机，无人机在雷达阵面前方距离1km-3km远、20m-300m高的范围内作方位往返、高度多次调整的折线式中速飞行，每次高度调整约2°-3°，该角度指的是在俯仰方向，无人机相对雷达阵面的仰角角度；飞行速度10m/s，无人机姿态调整使得点频信号源的天线朝向雷达天线。
无人机在雷达阵面前方距离不小于以下公式计算：
其中，R为无人机与雷达阵面之间的直线距离；
为机载雷达的工作波长，与点频信号源的工作频点一致；D为雷达长高中较大的一个值（本实施例中，天线长比天线高大数倍，D指的是天线长）；d为标校喇叭的口径长度。
无人机飞行高度不低于以下值：
其中h为雷达天线离地高度，
为雷达俯仰波束扫描至平行地面时，对应的俯仰波束宽度，/>
，/>
为雷达法线俯仰波束宽度，/>
为阵面安装预仰角。
上述点频信号源用于发射点频连续波，机载雷达接收该信号完成测角标定，具有在雷达低中高三个频点上手动切换功能，该点频信号源通常由晶振、锁相环、放大器、电源模块组成，发射连续波信号，功率≥0.5W，重量≤0.5kg，自然散热；其中，晶振、锁相环、放大器依次连接，通过电源模块为这三个模块供电。
步骤S104，响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
上述第二工作模式为距离、RCS测量标定模式，在第二工作模式下，雷达开启全阵面发射，但占空比约2%甚至可更低至1%以下即可，设置搜索小扇区，对无人机进行搜索；可以在雷达显控上进行操作，将机载雷达的工作模式从当前工作模式切换至第二工作模式，测距、测RCS标定的具体实现过程如下：
如图2所示，首先将载机停放于停机坪开阔地，雷达系统和载机惯导加电，经过10分钟以上，平台惯导系统稳定后读取载机位置及姿态数据，雷达系统将其转换为天线阵面位置及姿态。
无人机作放飞前准备，包括通信测试、RTK设置、系统自检、龙伯球安装检查等。
放飞无人机，于雷达阵面10km开外、20-30km以内，保持离地300m-500m高度采用最大速度沿径向平飞，龙伯球朝向雷达阵面方向，来回多次往返飞行；一次续航内可完成距离、RCS零值标定。
雷达搜索到无人机后进入跟踪测量状态，得到无人机连续航迹，观察目标距离与信噪比曲线。
调整无人机在雷达阵面上的方位角，再次往返多次飞行。
不少于5个方位角的来回飞行后，无人机返航。
将无人机RTK数据导入雷达数据处理，与跟踪测量的航迹信息进行距离对比，得到测距误差统计均值，作为测距零值误差，根据距离零值误差进行距离零值标定。
上述龙伯球可以用于提供雷达散射截面积标准，求取RCS（Radar Cross Section,雷达散射截面积）标定K系数。需控制重量和RCS，本发明中优选：重量≤3kg，直径≤260mm，RCS标称值2m2，方位±45°内，龙伯球在该夹角内，RCS是较为稳定的，一般是±45°×±45°的一个立体角内；起伏≤1dB，采用挂架固定于无人机下方支腿内侧。上述点频信号源和龙伯球是为了雷达标校定制性加上去的，为了满足要求，需控制二者的体积重量，所以可以采用锁相环的技术来做点频信号源。龙伯球的体积重量也受限设计，可以通过更改系统软件方法来降低龙伯球的大小要求。
上述一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。该方式中，所需配套设备仅为挂载有点频信号源和龙伯球的无人机，通过切换机载雷达的工作模式，即可实现对机载雷达的角度零值标定、距离零值标定，以及确定雷达散射截面积标定的系数，该方法配套设备简单，减少了标定工作量，标定效率高，易操作。
本发明实施例提供了另一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，该方法在上述实施例方法的基础上实现，该方法包括如下步骤：
步骤一，响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定。
当机载雷达工作于第一工作模式时，无人机用于按第一预设速度飞行；其中，第一预设速度满足以下公式：
其中，
表示第一预设速度；R表示无人机与机载雷达的雷达阵面之间的距离；M表示机载雷达的一个波位的脉冲总数；T p表示机载雷达的脉冲重复周期。其中，M和Tp是机载雷达的预设参数，可以根据地形环境调整，比如，M=32，Tp=1ms。
点频信号源采用锁相环控制方式产生点频连续波，且输出功率不高于0.5W。
点频信号源采用锁相环技术，在满足系统需求的情况下，具有比模拟直接合成、DDS（直接数字频率合成）技术更轻的重量，更低的成本。点频信号源需在雷达软件作相应相参/非相参积累设计，降低发射功率要求，从而实现轻小型设计。点频信号源的输出功率不高于0.5W，具有体积小、功耗低（自然散热）、重量轻（整重低于500g）的特点，适于无人机挂载。
步骤二，响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，将测量距离与无人机的位置信息中的位置数据进行比对，得到距离零值误差；其中，无人机的位置信息通过挂载在无人机上的差分定位模块提供。
上述差分定位模块通常为RTK（Real - Time Kinematic，实时动态）差分定位模块，可以用于提供0.1米量级高精度无人机位置信息，通常是无人机上标配的小模块。
步骤三，根据距离零值误差进行距离零值标定。
在第一工作模式下，机载雷达采用低重频波形；在第二工作模式下，机载雷达采用中重频波形。
在第一工作模式下，机载雷达采用低重频波形，重复周期设为3-4ms，每个波位5-8个脉冲。在第二工作模式下，机载雷达采用中重频模式，重复周期设为0.4ms-0.5ms，脉冲数不少于64个，该脉冲数通常是每个波位中的每个脉冲组的脉冲数，比如，一个波位由3个脉冲组组成，也就是1个波位有3×64=192个脉冲。
步骤四，获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
上述雷达参数包括：发射机输出功率、信号接收功率、天线发射增益、天线接收增益、无人机与机载雷达之间的距离、机载雷达的工作波长、总损耗系数、大气吸收损耗；将航迹中量化后的目标信号功率
，目标距离R以及相应扫描角上获得的天线发射及接收增益
、/>
，按下式得到RCS标定的K系数：
其中
为机载雷达的发射机输出功率，/>
为机载雷达的信号接收功率，/>
为龙伯球RCS，/>
、/>
为天线发射、接收增益，/>
为无人机与雷达之间的直线距离，/>
为雷达工作波长，/>
为总损耗系数，/>
为大气吸收损耗。
需要说明的是，由于距离较短，大气吸收损耗可结合机场海拔及大气湿度等参数，采用查表方式计算获得。
龙伯球的雷达散射截面积大于或等于无人机的雷达散射截面积的3倍；挂载有龙伯球的无人机在无风平飞或悬停姿态下的稳定度在-5°—+5°范围内，飞行速度不低于20m/s。
本实施例中，多旋翼无人机和龙伯球，需满足如下约束条件：
1）龙伯球最小RCS≥3×多旋翼无人机RCS；
2）挂载龙伯球后，无人机无风平飞或悬停姿态稳定度≤±5°；
3）挂载龙伯球后，无人机最大飞行速度不低于20m/s。
由以上约束条件，多旋翼无人机优选中小型，且挂载设备需进行减重设计。
步骤五，在第一工作模式下，对每个脉冲的每个波束对应的波束数据按下述公式进行处理，得到每个波束对应的处理后的波束数据；
其中，
为第j个脉冲的第i个波束的波束数据，n为波束数量，M为脉冲数量；k为第k个脉冲采样点，N为脉冲采样点的总数量；在指定的脉冲采样点时，/>
为1，在除指定的脉冲采样点外的其他脉冲采样点时，/>
为0；
在实际实现时，可以通过在机载雷达上预设的信号处理软件对每个脉冲的每个波束对应的波束数据按上述公式进行处理，
其中I 1,I 2,I 3为对应3个距离的采样时刻点，比如50km、100km、150km，对I 1,I 2,I 3的选取无需太复杂规则，只需要不重叠，相互之间大于5km即可；上述表达式中的32可以根据实际需求进行设置，通常来说，取值过大，计算量也越大，取值过小，会影响校标的准确性。
步骤六，对每个波束对应的处理后的波束数据进行傅里叶变换，得到每个波束对应的变换后的波束数据。
步骤七，对变换后的波束数据进行处理，得到滤波点迹。
步骤八，选取预设数量的滤波点迹，计算预设数量的滤波点迹的方位角对应的方位角平均值和俯仰角对应的俯仰角平均值。
步骤九，将方位角平均值与无人机的位置信息中的方位角进行比对，确定方位角零值误差。
步骤十，将俯仰角平均值与无人机的位置信息中的俯仰角进行比对，确定俯仰角零值误差。
所述的步骤六得到每个波束对应的处理后的波束数据后，随后对得到的波束数据
，分段作傅里叶变换：
所有脉冲均完成上述处理后，最终有：
所述步骤七中，最后将
送入后续信号处理的CFAR（Constant 0 Alarm RateDetector，恒定虚警概率下的检测器）处理模块，进而后续得到原始点迹、滤波点迹，将3组滤波点迹取平均后与无人机RTK数据获得的方位角、俯仰角对比后得指向零值误差，比如，点迹测量得到的是/>
，但是无人机的RTK和雷达位置姿态算出来角度是/>
，那么零值误差就是/>
，其中，后续的处理过程可参考现有技术，在此不再赘述。即本实施例中，每个脉冲截取3个以上固定的距离段，每个距离段约32个距离单元，其余距离单元对应数据作赋零操作；对多个距离段分别作傅里叶变换形成新的脉冲；新脉冲略去脉冲压缩处理环节；脉冲串之间作非相参处理，随后送CFAR模块。
可以在雷达显控上观察滤波点迹，当覆盖方位和俯仰扫描角后，无人机返回，将RTK数据导入雷达系统，经雷达数据处理，将无人机RTK的位置和经惯导获得的雷达天线及姿态，转换得到无人机在雷达阵面坐标系中的方位、俯仰扫描角，具体转换过程可以参考现有技术，在此不再赘述，与测得的滤波点迹角度对比，得到各角度的测角误差零值。
上述面向机载大口径雷达的零值标定方法，可以实现对机载大口径相控阵雷达的距离、方位角、俯仰角、RCS（反射截面积）测量零值的高精度标定，是一种实施效率高、低成本、易操作的标定方法，具有配套设备简洁，雷达软件改动少的特点。
上述面向机载大口径雷达的零值标定方法，面向实际装备使用需求，提出切实可行、操作方便、费效比高的方法，该方式可用于多种频段、多种尺寸的机载相控阵雷达；并且利用的配套设备少，无人机挂载设备重量小、成本低，但同时可满足常规的测距、测角标定，亦可满足测量雷达的RCS标定需求，同时可配套检验雷达测角测距等功能性能正确性以及稳定性，可作为机载雷达功能性能检查的常规补充手段；此外，本实施例对雷达软件改动少，调整实施工作量小，流程方法具有较强的推广通用性，可用于采用信号源类仪表在外场架设喇叭对雷达测角进行检查与标定。
另外，上述面向机载大口径雷达的零值标定方法，其特点一是标定方法所需配套设备仅为挂载轻小型点频信号源和龙伯球的多旋翼无人机，该方法配套设备量少、实施方便、操作灵活，同时满足测角标定、测距/RCS标定两种不同模式要求；其特点二是利用无人机的机动性，具有测角标定的广域覆盖性，可减小保形天线罩和机身带来的指向角非对称偏差；其特点三是角度标定模式中，在雷达信号处理中作少量数据预处理和变换则可利用雷达标准信号和数据处理流程，形成滤波点迹，进而完成角度零值标定，从而具有良好推广性的同时，利用全流程进行的误差标定，从而进一步确保雷达正常探测与标定模式的精度一致性。
本发明实施例提供了一种面向机载大口径雷达的零值标定装置，装置设置于机载雷达，机载雷达的配套设备包括无人机；如图3所示，装置包括：第一标定模块30，用于响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；第二标定模块31，用于响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
上述一种面向机载大口径雷达的零值标定装置，响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入第一工作模式，在第一工作模式下接收挂载在无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；响应从当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入第二工作模式，在第二工作模式下，对无人机进行搜索、跟踪测量，获取无人机的测量距离，根据测量距离进行距离零值标定；获取机载雷达的雷达参数，以及挂载在无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据雷达参数和雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。该装置中，所需配套设备仅为挂载有点频信号源和龙伯球的无人机，通过切换机载雷达的工作模式，即可实现对机载雷达的角度零值标定、距离零值标定，以及确定雷达散射截面积标定的系数，该装置配套设备简单，减少了标定工作量，标定效率高，易操作。
进一步的，当机载雷达工作于第一工作模式时，无人机用于按第一预设速度飞行；其中，第一预设速度满足以下公式：
其中，
表示第一预设速度；R表示无人机与机载雷达的雷达阵面之间的距离；M表示机载雷达的一个波位的脉冲总数；T p表示机载雷达的脉冲重复周期。
进一步的，该装置还用于：在第一工作模式下，对每个脉冲的每个波束对应的波束数据按下述公式进行处理，得到每个波束对应的处理后的波束数据；
其中，
为第j个脉冲的第i个波束的波束数据，n为波束数量，M为脉冲数量；k为第k个脉冲采样点，N为脉冲采样点的总数量；在指定的脉冲采样点时，/>
为1，在除指定的脉冲采样点外的其他脉冲采样点时，/>
为0；
对每个波束对应的处理后的波束数据进行傅里叶变换，得到每个波束对应的变换后的波束数据；对变换后的波束数据进行处理，得到滤波点迹；选取预设数量的滤波点迹，计算预设数量的滤波点迹的方位角对应的方位角平均值和俯仰角对应的俯仰角平均值；将方位角平均值与无人机的位置信息中的方位角进行比对，确定方位角零值误差；将俯仰角平均值与无人机的位置信息中的俯仰角进行比对，确定俯仰角零值误差。
进一步的，第二标定模块31还用于：将测量距离与无人机的位置信息中的位置数据进行比对，得到距离零值误差；其中，无人机的位置信息通过挂载在无人机上的差分定位模块提供；根据距离零值误差进行距离零值标定。
进一步的，在第一工作模式下，机载雷达采用低重频波形；在第二工作模式下，机载雷达采用中重频波形。
进一步的，点频信号源采用锁相环控制方式产生点频连续波，且输出功率不高于0.5W。
进一步的，龙伯球的雷达散射截面积大于或等于无人机的雷达散射截面积的3倍；挂载有龙伯球的无人机在无风平飞或悬停姿态下的稳定度在-5°—+5°范围内，飞行速度不低于20m/s。
本发明实施例所提供的面向机载大口径雷达的零值标定装置，其实现原理及产生的技术效果和前述面向机载大口径雷达的零值标定方法实施例相同，为简要描述，面向机载大口径雷达的零值标定装置实施例部分未提及之处，可参考前述面向机载大口径雷达的零值标定方法实施例中相应内容。
本发明实施例还提供了一种电子设备，参见图4所示，该电子设备包括处理器130和存储器131，该存储器131存储有能够被处理器130执行的机器可执行指令，该处理器130执行机器可执行指令以实现上述一种面向机载大口径雷达的零值标定方法。
进一步地，图4所示的电子设备还包括总线132和通信接口133，处理器130、通信接口133和存储器131通过总线132连接。
其中，存储器131可能包含高速随机存取存储器（RAM，Random Access Memory），也可能还包括非不稳定的存储器（non-volatile memory），例如至少一个磁盘存储器。通过至少一个通信接口133（可以是有线或者无线）实现该系统网元与至少一个其他网元之间的通信连接，可以使用互联网，广域网，本地网，城域网等。总线132可以是ISA总线、PCI总线或EISA总线等。所述总线可以分为地址总线、数据总线、控制总线等。为便于表示，图4中仅用一个双向箭头表示，但并不表示仅有一根总线或一种类型的总线。
处理器130可能是一种集成电路芯片，具有信号的处理能力。在实现过程中，上述方法的各步骤可以通过处理器130中的硬件的集成逻辑电路或者软件形式的指令完成。上述的处理器130可以是通用处理器，包括中央处理器(Central Processing Unit，简称CPU)、网络处理器(Network Processor，简称NP)等；还可以是数字信号处理器(DigitalSignal Processor，简称DSP)、专用集成电路(Application Specific IntegratedCircuit，简称ASIC)、现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，简称FPGA)或者其他可编程逻辑器件、分立门或者晶体管逻辑器件、分立硬件组件。可以实现或者执行本发明实施例中的公开的各方法、步骤及逻辑框图。通用处理器可以是微处理器或者该处理器也可以是任何常规的处理器等。结合本发明实施例所公开的方法的步骤可以直接体现为硬件译码处理器执行完成，或者用译码处理器中的硬件及软件模块组合执行完成。软件模块可以位于随机存储器，闪存、只读存储器，可编程只读存储器或者电可擦写可编程存储器、寄存器等本领域成熟的存储介质中。该存储介质位于存储器131，处理器130读取存储器131中的信息，结合其硬件完成前述实施例的方法的步骤。
本发明实施例还提供了一种机器可读存储介质，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，该机器可执行指令促使处理器实现上述一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
本发明实施例所提供的一种面向机载大口径雷达的零值标定方法的计算机程序产品，包括存储了程序代码的计算机可读存储介质，所述程序代码包括的指令可用于执行前面方法实施例中所述的方法，具体实现可参见方法实施例，在此不再赘述。
所述功能如果以软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各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，或者对其中部分或者全部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范围。
Claims (10)
1.一种面向机载大口径雷达的零值标定方法，其特征在于，所述方法应用于机载雷达，所述机载雷达的配套设备包括无人机；所述方法包括：
响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入所述第一工作模式，在所述第一工作模式下接收挂载在所述无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；
响应从所述当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入所述第二工作模式，在所述第二工作模式下，对所述无人机进行搜索、跟踪测量，获取所述无人机的测量距离，根据所述测量距离进行距离零值标定；获取所述机载雷达的雷达参数，以及挂载在所述无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据所述雷达参数和所述雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述机载雷达工作于所述第一工作模式时，所述无人机用于按第一预设速度飞行；其中，所述第一预设速度满足以下公式：
其中，
表示所述第一预设速度；R表示所述无人机与所述机载雷达的雷达阵面之间的距离；M表示所述机载雷达的一个波位的脉冲总数；T p表示所述机载雷达的脉冲重复周期。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述方法还包括：
在所述第一工作模式下，对每个脉冲的每个波束对应的波束数据按下述公式进行处理，得到每个波束对应的处理后的波束数据；
其中，
为第j个脉冲的第i个波束的波束数据，n为波束数量，M为脉冲数量；k为第k个脉冲采样点，N为脉冲采样点的总数量；在指定的脉冲采样点时，/>
为1，在除指定的脉冲采样点外的其他脉冲采样点时，/>
为0；
对每个波束对应的处理后的波束数据进行傅里叶变换，得到每个波束对应的变换后的波束数据；
对所述变换后的波束数据进行处理，得到滤波点迹；
选取预设数量的滤波点迹，计算所述预设数量的滤波点迹的方位角对应的方位角平均值和俯仰角对应的俯仰角平均值；
将所述方位角平均值与所述无人机的位置信息中的方位角进行比对，确定方位角零值误差；
将所述俯仰角平均值与所述无人机的位置信息中的俯仰角进行比对，确定俯仰角零值误差。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，根据所述测量距离进行距离零值标定的步骤包括：
将所述测量距离与所述无人机的位置信息中的位置数据进行比对，得到距离零值误差；其中，所述无人机的位置信息通过挂载在所述无人机上的差分定位模块提供；
根据所述距离零值误差进行距离零值标定。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，在所述第一工作模式下，所述机载雷达采用低重频波形；在所述第二工作模式下，所述机载雷达采用中重频波形。
6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述点频信号源采用锁相环控制方式产生点频连续波，且输出功率不高于0.5W。
7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述龙伯球的雷达散射截面积大于或等于所述无人机的雷达散射截面积的3倍；挂载有所述龙伯球的无人机在无风平飞或悬停姿态下的稳定度在-5°—+5°范围内，飞行速度不低于20m/s。
8.一种面向机载大口径雷达的零值标定装置，其特征在于，所述装置设置于机载雷达，所述机载雷达的配套设备包括无人机；所述装置包括：
第一标定模块，用于响应从当前工作模式切换至第一工作模式的操作，关闭发射通道，开启接收通道，以进入所述第一工作模式，在所述第一工作模式下接收挂载在所述无人机上的点频信号源发送的点频连续波，以进行角度零值标定；
第二标定模块，用于响应从所述当前工作模式切换至第二工作模式的操作，开启发射通道和接收通道，以进入所述第二工作模式，在所述第二工作模式下，对所述无人机进行搜索、跟踪测量，获取所述无人机的测量距离，根据所述测量距离进行距离零值标定；获取所述机载雷达的雷达参数，以及挂载在所述无人机上的龙伯球提供的雷达散射截面积标准，根据所述雷达参数和所述雷达散射截面积标准确定雷达散射截面积标定的系数。
9.一种电子设备，其特征在于，包括处理器和存储器，所述存储器存储有能够被所述处理器执行的计算机可执行指令，所述处理器执行所述计算机可执行指令以实现权利要求1至7任一项所述方法。
10.一种机器可读存储介质，其特征在于，该机器可读存储介质存储有机器可执行指令，该机器可执行指令在被处理器调用和执行时，机器可执行指令促使处理器实现权利要求1至7任一项所述的方法。
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