CN116879857B - 一种远场目标和雷达中心波束对准方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种远场目标和雷达中心波束对准方法，涉及气象雷达技术领域，包括如下步骤：S1、计算远场目标相对雷达中心波束俯仰位置的初步径向距离和初步俯仰角；S2、控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，得出信号强度最大点的方位位置；S3、控制雷达在该方位位置上进行俯仰扫描，得出信号强度最大点的俯仰位置；S4、根据处定位的方位位置和俯仰位置上做空间体积扫描，获取雷达中心波束在空间体积内的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度。本发明通过方位角度和俯仰角度的定位，可精确的得到远场目标相对于雷达中心波束的位置。
Description
技术领域
本发明涉及气象雷达技术领域，更具体的是涉及远场目标和雷达中心波束对准方法技术领域。
背景技术
在雷达检验过程中，为了对雷达自身性能指标进行准确检验，往往需要借助外部反射体或者信号源。在远场目标与雷达中心波束对准过程中，由于远场目标与雷达之间存在距离和波束的影响，特别在双极化雷达中，雷达具有水平波束和垂直波束，很难实现波束中心的精确对准。这种情况使得检验结果的真实性和可靠性受到一定的挑战，需要进一步讨论和探索解决方法。
传统的雷达对准需要依靠操作人员根据经验进行调整，可能存在误差并且耗费时间。同时，由于雷达与远场目标存在一定的距离，并受限于测试设备的局限性，很难获取准确的雷达和远场目标相对位置的经纬度信息。特别随着距离的增大，经纬度的准确度不够时，无法准确计算雷达相对远场目标的中心位置。
因此，需要一种更快速、更准确的自动化对准方法，以提高雷达的检验效率。
发明内容
本发明的目的在于：为了解决现有雷达中线波束与远程目标无法精确对准的技术问题，本发明提供一种远场目标和雷达中心波束对准方法。此方法利用扫描技术获取远程目标空间位置信号强度分布图、定位远场目标和雷达中心波束的相对位置。
本发明为了实现上述目的具体采用以下技术方案：
本发明提供一种远场目标和雷达中心波束对准方法，包括如下步
骤
S1、俯仰位置初步计算：通过测距仪和测高仪设备获取到远场目标相对雷达的水平相对距离信息和竖直相对高度信息，计算远场目标相对雷达中心波束俯仰位置的初步径向距离和初步俯仰角；
S2、方位位置初定位：根据步骤S1得到的初步径向距离和初步俯仰角，控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，获取到雷达中心波束在方位上的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位位置，用于初步定位目标相对雷达中心波束的方位位置；
S3、俯仰位置初定位：根据步骤S2得到的初步定位目标相对雷达中心波束的方位位置，控制雷达在该方位位置上进行俯仰扫描，获取到雷达中心波束在俯仰上的信号强度分布图，得出信号强度最大点的俯仰位置，用于初步定位目标相对雷达中心波束的俯仰位置；
S4、方位俯仰位置定位：控制雷达中心波束在对步骤S2中得到的初步定位的方位位置和步骤S3中的初步定位的俯仰位置上做栅型扫描获取雷达中心波束在空间体积内的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度，用于获取远场目标相对雷达中心波束的准确位置(栅型扫描为激光雷达扫描方式)；
S5、通过步骤S4获取远场目标相对雷达中心波束的准确位置，实现远场目标和雷达中心波束的对准。
在一个实施方式中，步骤S1中，输入远场目标相对于雷达的水平相对距离和竖向相对高度，根据勾股定理得出远场目标相对雷达中心波束的俯仰位置的初步径向距离，俯仰位置的初步径向距离的计算公式如下：
式中，X为远场目标相对于雷达的水平相对距离，Y为远场目标相对于雷达的竖向相对高度，Z为远场目标相对于雷达的俯仰位置的初步径向距离。
在一个实施方式中，步骤S1中，根据三角函数可求得雷达中心波束相对远场目标的初步俯仰角，俯仰角的计算公式如下：
式中，X为远场目标相对于雷达的水平相对距离，Y为远场目标相对于雷达的竖向相对高度，EL为雷达中心波束相对远场目标的初步俯仰角，EL的单位为rad。
在一个实施方式中，步骤S2中，控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，通过以雷达中心波束方位角度为横坐标和雷达接收到的信号强度为纵坐标构建方位信号强度分布图，通过方位信号强度分布图得到得出信号强度最大点的方位位置。
具体来说，如图4为方位信号强度分布图，X轴为雷达中心波束方位角度，Y轴为雷达接收到的信号强度，从图4中可以看出，在方位角度在159.16°时信号强度最大。
在一个实施方式中，雷达中心波束以步骤S3获得的信号强度最大点的俯仰位置固定的俯仰角从0°开始以预设的速度扫描，直到扫描到360°结束。
在一个实施方式中，步骤S3中，控制雷达中心波束在该方位位置上进行俯仰扫描，通过以雷达中心波束俯仰角度为横坐标和雷达接收到的信号强度为纵坐标构建俯仰信号强度分布图，通过俯仰信号强度分布图得到得出信号强度最大点的俯仰位置。
具体来说，图6为一个俯仰信号强度分布图，X轴为雷达中心波束俯仰角度，Y轴为雷达接收到的信号强度，从图6中可以看出，在方位8.78°时信号强度最大。
在一个实施方式中，步骤S4中，空间体积内的信号强度分布图的构建：以初步定位的方位位置为横坐标，以初步定位的俯仰位置为纵坐标构建二维平面，在二维平面内通过渐变色块或强度等高线表征的信号强度分布，从而构成空间信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度，得到远场目标相对雷达中心波束的精确方位角度和俯仰角度。
具体来说，图7为空间信号强度分布图，可得出在方位角度159.16°、俯仰角度8.78°时信号强度最大，并在方位角度和俯仰角度上均表现出中心最大、两边逐渐减小的趋势；可判断远场目标相对了雷达中心波束的相对位置为方位角度159.16°、俯仰角度8.78°。
本发明的有益效果如下：
本发明设计合理，通过方位角度和俯仰角度的定位，可精确的得到远场目标相对于雷达中心波束的位置，可由此位置信息对雷达进行相应的远场检验或对远场目标进行跟踪。
附图说明
图1是远场目标和雷达中心波束对准方法流程。
图2是相对位置计算远场目标相对于雷达的俯仰位置示意图。
图3是方位位置初定位流程图。
图4是方位信号强度分布图。
图5是俯仰位置初定位方法流程。
图6是俯仰信号强度分布图。
图7是空间信号强度分布图。
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一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。
因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作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。
应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。此外，术语“第一”、“第二”等仅用于区分描述，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明实施方式的描述中，需要说明的是，术语“内”、“外”、“上”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，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，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的限制。
实施例1
如图1、图3、图5所示，本实施例提供一种远场目标和雷达中心波束对准方法，包括如下步骤：
S1、俯仰位置初步计算：通过测距仪和测高仪设备获取到远场目标相对雷达的水平相对距离信息和竖直相对高度信息，计算远场目标相对雷达中心波束俯仰位置的初步径向距离和初步俯仰角；
S2、方位位置初定位：根据步骤S1得到的初步径向距离和初步俯仰角，控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，获取到雷达中心波束在方位上的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位位置，用于初步定位目标相对雷达中心波束的方位位置；
S3、俯仰位置初定位：根据步骤S2得到的初步定位目标相对雷达中心波束的方位位置，控制雷达在该方位位置上进行俯仰扫描，获取到雷达中心波束在俯仰上的信号强度分布图，得出信号强度最大点的俯仰位置，用于初步定位目标相对雷达中心波束的俯仰位置；
S4、方位俯仰位置定位：控制雷达中心波束在对步骤S2中得到的初步定位的方位位置和步骤S3中的初步定位的俯仰位置上做删型扫描，获取雷达中心波束在空间体积内的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度，用于获取远场目标相对雷达中心波束的准确位置；
S5、通过步骤S4获取远场目标相对雷达中心波束的准确位置，实现远场目标和雷达中心波束的对准。
如图2所示，步骤S1中，输入远场目标相对于雷达的水平相对距离和竖向相对高度，根据勾股定理得出远场目标相对雷达中心波束的俯仰位置的初步径向距离，俯仰位置的初步径向距离的计算公式如下：
式中，X为远场目标相对于雷达的水平相对距离，Y为远场目标相对于雷达的竖向相对高度，Z为远场目标相对于雷达的俯仰位置的初步径向距离。
在一个实施方式中，步骤S1中，根据三角函数可求得雷达中心波束相对远场目标的初步俯仰角，俯仰角的计算公式如下：
式中，X为远场目标相对于雷达的水平相对距离，Y为远场目标相对于雷达的竖向相对高度，EL为雷达中心波束相对远场目标的初步俯仰角，EL的单位为rad。
如图4所示，步骤S2中，控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，通过以雷达中心波束方位角度为横坐标和雷达接收到的信号强度为纵坐标构建方位信号强度分布图，通过方位信号强度分布图得到得出信号强度最大点的方位位置。
具体来说，如图4为方位信号强度分布图，X轴为雷达中心波束方位角度，Y轴为雷达接收到的信号强度，从图4中可以看出，在方位角度在159.16°时信号强度最大。
雷达中心波束以步骤S3获得的信号强度最大点的俯仰位置0°开始以预设的速度扫描，直到扫描到360°结束。
如图6所示，步骤S3中，控制雷达中心波束在该方位位置上进行俯仰扫描，通过以雷达中心波束俯仰角度为横坐标和雷达接收到的信号强度为纵坐标构建俯仰信号强度分布图，通过俯仰信号强度分布图得到得出信号强度最大点的俯仰位置。
具体来说，图6为一个俯仰信号强度分布图，X轴为雷达中心波束俯仰角度，Y轴为雷达接收到的信号强度，从图6中可以看出，在方位8.78°时信号强度最大。
如图7所示，步骤S4中，空间体积内的信号强度分布图的构建：以初步定位的方位位置为横坐标，以初步定位的俯仰位置为纵坐标构建二维平面，在二维平面内通过渐变色块或强度等高线表征的信号强度分布，从而构成空间信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度，得到远场目标相对雷达中心波束的精确方位角度和俯仰角度。
具体来说，图7为一个空间信号强度分布图，可得出在方位角度159.16°、俯仰角度8.78°时信号强度最大，并在方位角度和俯仰角度上均表现出中心最大、两边逐渐减小的趋势；可判断远场目标相对了雷达中心波束的相对位置为方位角度159.16°、俯仰角度8.78。
通过方位角度和俯仰角度的定位，可精确的得到远场目标相对于雷达中心波束的位置，可由此位置信息对雷达进行相应的远场检验或对远场目标进行跟踪。
如使用金属球对雷达双偏偏振参量测量过程中，可通过本发明快速找到位置，节约人工寻找金属球位置的时间，提升测量结果的准确性。
Claims (6)
1.一种远场目标和雷达中心波束对准方法，其特征在于，包括如下步骤
S1、俯仰位置初步计算：通过测距仪和测高仪设备获取到远场目标相对雷达的水平相对距离信息和竖直相对高度信息，计算远场目标相对雷达中心波束俯仰位置的初步径向距离和初步俯仰角；
S2、方位位置初定位：根据步骤S1得到的初步径向距离和初步俯仰角，控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，获取到雷达中心波束在方位上的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位位置，用于初步定位目标相对雷达中心波束的方位位置；
S3、俯仰位置初定位：根据步骤S2得到的初步定位目标相对雷达中心波束的方位位置，控制雷达在该方位位置上进行俯仰扫描，获取到雷达中心波束在俯仰上的信号强度分布图，得出信号强度最大点的俯仰位置，用于初步定位目标相对雷达中心波束的俯仰位置；
S4、方位俯仰位置定位：控制雷达中心波束在对步骤S2中得到的初步定位的方位位置和步骤S3中的初步定位的俯仰位置上做栅型扫描获取雷达中心波束在空间体积内的信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度，用于获取远场目标相对雷达中心波束的准确位置；其中，空间体积内的信号强度分布图的构建具体如下：以初步定位的方位位置为横坐标，以初步定位的俯仰位置为纵坐标构建二维平面，在二维平面内通过渐变色块或强度等高线表征的信号强度分布，从而构成空间信号强度分布图，得出信号强度最大点的方位角度和俯仰角度，得到远场目标相对雷达中心波束的精确方位角度和俯仰角度；
S5、通过步骤S4获取远场目标相对雷达中心波束的准确位置，实现远场目标和雷达中心波束的对准。
2.根据权利要求1所述的一种远场目标和雷达中心波束对准方法，其特征在于，步骤S1中，输入远场目标相对于雷达的水平相对距离和竖向相对高度，根据勾股定理得出远场目标相对雷达中心波束的俯仰位置的初步径向距离，俯仰位置的初步径向距离的计算公式如下：
式中，X为远场目标相对于雷达的水平相对距离，Y为远场目标相对于雷达的竖向相对高度，Z为远场目标相对于雷达的俯仰位置的初步径向距离。
3.根据权利要求2所述的一种远场目标和雷达中心波束对准方法，其特征在于，步骤S1中，根据三角函数可求得雷达中心波束相对远场目标的初步俯仰角，俯仰角的计算公式如下：
式中，X为远场目标相对于雷达的水平相对距离，Y为远场目标相对于雷达的竖向相对高度，EL为雷达中心波束相对远场目标的初步俯仰角，EL的单位为rad。
4.根据权利要求1所述的一种远场目标和雷达中心波束对准方法，其特征在于，步骤S2中，控制雷达中心波束在该俯仰角上进行方位扫描，通过以雷达中心波束方位角度为横坐标和雷达接收到的信号强度为纵坐标构建方位信号强度分布图，通过方位信号强度分布图得到得出信号强度最大点的方位位置。
5.根据权利要求4所述的一种远场目标和雷达中心波束对准方法，其特征在于，雷达中心波束以步骤S3获得的信号强度最大点的俯仰位置固定的俯仰角从0°开始以预设的速度扫描，直到扫描到360°结束。
6.根据权利要求4所述的一种远场目标和雷达中心波束对准方法，其特征在于，步骤S3中，控制雷达中心波束在该方位位置上进行俯仰扫描，通过以雷达中心波束俯仰角度为横坐标和雷达接收到的信号强度为纵坐标构建俯仰信号强度分布图，通过俯仰信号强度分布图得到得出信号强度最大点的俯仰位置。
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Non-Patent Citations (1)
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|---|
| 米散射激光雷达系统的校准与调试;杨昭;《激光技术》(第1期);92-94 * |
Also Published As
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| CN116879857A (zh) | 2023-10-13 |
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