船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标RCS的方法与流程

船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法
技术领域
1.本公开涉及雷达技术领域，尤其涉及一种船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法。


背景技术：

2.rcs(radar cross section，雷达散射截面)是描述目标电磁散射能力的物理量，与目标的几何结构、物理特性以及雷达工作参数等因素有关，在雷达目标识别、隐身和反隐身以及微波遥感图像识别等一系列重要应用中，都需要准确的目标rcs信息。
3.获取目标rcs的途径包括理论计算和实际测量两种，与理论计算方法相比，实际测量能更为准确地获得目标在真实环境中的数据信息。实际测量一般需要在后向散射系数较小的环境中，将定标体与目标先后放置在同一位置，通过已知rcs的定标设备反射的信号来标定雷达系统性能，从而得到目标rcs测量值。但是船载雷达测量时，面临复杂气象条件，雷达工作的温度环境范围大；定标场地有限，且易受海杂波影响；尤其是对非合作目标，其出现时机、位置、气象条件等因素均等无法确定等情况，无法按照常规外定标方法。


技术实现要素：

4.(一)要解决的技术问题
5.基于上述问题，本公开提供了一种船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法，以缓解现有船载雷达测量技术中面临的工作环境温度变化范围大，定标场地有限，尤其是对非合作目标，其出现时机、位置、气象条件等因素等不确定性而导致的测量难度大等技术问题。
6.(二)技术方案
7.本公开的一个方面，提供一种船载雷达系统的定标方法，包括：
8.操作s1：通过微波暗室测量雷达系统参数，得到雷达系统性能参数；操作s2：通过雷达与有源/无源定标器外定标计算大气衰减因子；以及操作s3：通过船载雷达与有源定标器外定标，记录雷达性能随温度变化参数曲线，完成船载雷达系统的定标。
9.根据本公开实施例，所述通过微波暗室测量雷达系统参数，得到雷达系统性能参数，包括：在微波暗室对包括雷达天线增益g、雷达工作波长λ、天线方向图传播因子f、雷达系统损耗l进行实测，得到雷达性能参数k，表示为：
[0010][0011]
根据本公开实施例，所述计算大气衰减因子，包括：选取后向散射系数较小的场地作为定标场地；将有源或无源定标器布设在距雷达不同的距离处；以及将雷达设置于设定的高度后向所述定标器发射信号，并通过雷达接收机接收定标器的回波信号。
[0012]
根据本公开实施例，所述雷达接收机输出功率为pr，计算公式如下：
[0013][0014]
其中，p
t
为雷达发射功率、σ为定标器的rcs值；r为雷达与目标之间距离；a、b为大气衰减因子；对修正后的方程取对数得：
[0015]
ar br
2-log
10
(r4)＝log
10
p
r-log
10
(p
t
k)-log
10
σ；
[0016]
用定标器进行定标时，记录不同距离ri的雷达接收机输出功率p
ri
、雷达发射功率p
ti
，对上式进行二项式拟合便可得到a、b值，从而确定不同波段不同距离的大气衰减系数。
[0017]
根据本公开实施例，所述确认船载雷达性能随温度变化参数曲线，包括：将有源定标设备布设于舰船开阔甲板上，与雷达间无遮挡；温度每变化一设定值，通过雷达向定标器发射信号，并接收定标器的回波信号；以及记录不同的环境温度下雷达接收机输出功率、雷达发射功率，有源定标器rcs值，雷达与目标之间距离，从而确定雷达性能随温度变化参数曲线。
[0018]
根据本公开实施例，所述设定值为1℃～10℃之间任意一整数值。
[0019]
根据本公开实施例，雷达性能随温度变化参数η(t)曲线表达如下：
[0020][0021]
其中，k值采用操作s1所测量值，a、b采用操作s2计算值。
[0022]
根据本公开实施例，确认船载雷达性能随温度变化参数曲线时，每隔7天进行重复操作。
[0023]
本公开的另一方面，提供一种船载雷达探测非合作目标rcs的方法，通过上述任一项所述船载雷达系统的定标方法完成定标后的雷达系统进行探测，所述船载雷达探测非合作目标rcs的方法，包括：操作s1
′
：通过雷达搜索模式或其他载荷引导，判断非合作目标的准确方位；操作s2
′
：设置扫描方式为定向凝视或小扇区相扫，向目标发射信号，并接收目标的回波信号；以及操作s3
′
：结合雷达系统性能参数，大气衰减因子值，雷达性能随温度变化参数曲线，用测得非合作目标的雷达接收机输出功率、目标距离、雷达发射功率，工作时的温度，得到非合作目标的rcs值。
[0024]
根据本公开实施例，当船遇到非合作目标需要进行rcs测量时，非合作目标的rcs值σ
′
为：
[0025][0026]
其中，p
rt
为测得非合作目标的雷达接收机输出功率、r
t
为非合作目标距离、p
tt
为雷达发射功率，t
t
为工作时的温度。
[0027]
(三)有益效果
[0028]
从上述技术方案可以看出，本公开船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法至少具有以下有益效果其中之一或其中一部分：
[0029]
(1)能够对各类合作、非合作的舰船目标进行电磁散射特性数据实测；
[0030]
(2)操作简便，工程实用性高。
附图说明
[0031]
图1为本公开实施例的船载雷达系统的定标方法的流程示意图。
[0032]
图2a为本公开实施例的将雷达、定标器布设在宽阔空旷的定标场地上完成地面大气衰减因子标定的布设方式示意图。
[0033]
图2b为本公开实施例的将雷达装载在船上，定标器布设在岸基、浮台上完成对大气衰减因子的标定的布设方式示意图。
[0034]
图3为本公开实施例的船载外定标雷达与有源定标设备的布设示意图。
[0035]
图4为本公开实施例的船载雷达系统探测非合作目标rcs的方法流程示意图。
具体实施方式
[0036]
本公开提供了一种船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法，其中定标方法中包括微波暗室系统参数测量、地面外场大气衰减因子测量与标定和系统性能随温度变化性能测量与标定三部分，适用于船载雷达系统，进行探测时，能够实现对遭遇的非合作目标rcs测量，操作简便，工程实用性高。
[0037]
在实现本公开的过程中发明人发现，将定标体和目标放置在同一位置照射测量，这就需要船载雷达系统在微波暗室、地面和船上等进行多次、周期性的外定标，标定雷达性能随距离、温度等环境的变化，以保证系统具备定量化测量状态。船载雷达按本公开的定标方法完成定标后，可以在巡航时可对各类合作、非合作的舰船目标进行电磁散射特性数据实测，有助于建立海面目标特性数据库，提升海面目标特性获取能力与处理水平。
[0038]
为使本公开的目的、技术方案和优点更加清楚明白，以下结合具体实施例，并参照附图，对本公开进一步详细说明。
[0039]
在本公开实施例中，提供一种船载雷达系统的定标方法，如图1至图3所示，所述船载雷达系统的定标方法，包括：
[0040]
操作s1：通过微波暗室测量雷达系统参数，得到雷达系统性能参数；
[0041]
操作s2：通过雷达与有源/无源定标器外定标计算大气衰减因子；以及
[0042]
操作s3：通过船载雷达与有源定标器外定标，记录雷达性能随温度变化参数曲线，完成船载雷达系统的定标。
[0043]
在本公开实施例中，操作s1时，在微波暗室对雷达天线增益g、雷达工作波长λ、天线方向图传播因子f、雷达系统损耗l进行实测，对于无法实测的指标值可利用设计仿真值代替。例如具体操作时，在微波暗室测量得到雷达天线方向图、中心频率9.5ghz、得到波长0.0316m，无法实测的指标值利用设计仿真值：雷达天线方向图传播因子3db、雷达系统损耗3db。
[0044]
上述参数用雷达性能参数k来表示：
[0045][0046]
在本公开实施例中，操作s2时，如图2a或2b所示，将雷达、定标器布设在宽阔空旷的定标场地上，或是将雷达装载在船上，定标器布设在岸基、浮台上，完成对大气衰减因子的标定。例如具体操作时，将雷达、定标器布设在宽阔空旷的定标场地上。定标场地选取机场跑道，后向散射系数较小，地形无明显起伏，且应该在一定时间内不发生显著变化。在距
离雷达500m、1000m、1500m、2000m处分别布设三面角反射器，对雷达不同距离大气衰减因子进行标定。
[0047]
选取后向散射系数较小的场地作为定标场地，例如柏油路面、水泥路面等。地形无明显起伏，且应该在一定时间内不发生显著变化。将有源或无源定标器布设在与雷达一定距离处，为了对雷达不同距离大气衰减因子进行标定，在满足定标设备间无互相干扰的情况下，应尽可能在雷达全作用距离范围内布设定标设备。为获取不同距离的定标设备回波数据，雷达应架设在地面一定高度上，向定标器发射信号，并接收定标器的回波信号。
[0048]
对大气衰减因子计算的公式如下：
[0049][0050]
pr为接收机输出功率、p
t
为雷达发射功率、σ为定标体的rcs；r为雷达与目标之间距离；α为大气衰减因子。对修正后的雷达方程取对数得：
[0051]
ar br
2-log
10
(r4)＝log
10
p
r-log
10
(p
t
k)-log
10
σ
[0052]
用定标体进行定标时，记录不同距离ri的雷达接收机输出功率p
ri
、雷达发射功率p
ti
，对上式进行二项式拟合便可得到a、b值，进而确定不同波段不同距离的大气衰减系数。
[0053]
在本公开实施例中，操作s3时，雷达装载在船上以后，需要测量对雷达工作性能随温度变化情况。将有源定标设备布设于舰船开阔甲板上，与雷达间无遮挡且尽可能远(30～60米)，如图3所示。获取每10℃温度间隔(也可以为1℃、2℃、3℃
…
9℃温度间隔)，雷达向定标器发射信号，并接收定标器的回波信号，记录此时环境温度、雷达接收机输出功率pr、雷达发射功率p
t
，有源定标器rcs值σ，雷达与目标之间距离r，从而确定雷达性能随温度t变化参数η(t)曲线。
[0054][0055]
其中，k值采用操作s1测量值，a、b采用操作s2的计算值。
[0056]
雷达随温度变化定标工作间隔7天一次。
[0057]
本公开的另一方面，还提供一种船载雷达探测非合作目标rcs的方法，通过上述船载雷达系统的定标方法完成定标后的雷达系统进行探测，所述船载雷达探测非合作目标rcs的方法，如图4所示，所述方法包括：
[0058]
操作s1
′
：通过雷达搜索模式或其他载荷引导，判断非合作目标的准确方位；
[0059]
操作s2
′
：设置扫描方式为定向凝视或小扇区相扫，向目标发射信号，并接收目标的回波信号；以及
[0060]
操作s3
′
：结合雷达系统性能参数，大气衰减因子值，雷达性能随温度变化参数曲线，用测得非合作目标的雷达接收机输出功率、目标距离、雷达发射功率，工作时的温度，得到非合作目标的rcs值。
[0061]
在本公开实施例中，经过上述操作s1至s3的测量与定标，当船遇到非合作目标需要进行rcs测量时，根据雷达p显数据或其它载荷信息判断目标的准确方位后，设置扫描方式为定向(目标方向)凝视或小扇区(正负5度)相扫，向目标发射信号，并接收目标的回波信号，结合操作s1测得的雷达系统性能参数k，操作s2计算的大气衰减参数a、b值，操作s3测量
的雷达性能随温度变化参数η(t)曲线，用测得非合作目标的雷达接收机输出功率、目标距离、雷达发射功率，工作时的温度，可得到目标的rcs值σ
′
为：
[0062][0063]
其中，p
rt
为测得非合作目标的雷达接收机输出功率、r
t
为非合作目标距离、p
tt
为雷达发射功率，t
t
为工作时的温度。
[0064]
至此，已经结合附图对本公开实施例进行了详细描述。需要说明的是，在附图或说明书正文中，未绘示或描述的实现方式，均为所属技术领域中普通技术人员所知的形式，并未进行详细说明。此外，上述对各元件和方法的定义并不仅限于实施例中提到的各种具体结构、形状或方式，本领域普通技术人员可对其进行简单地更改或替换。
[0065]
依据以上描述，本领域技术人员应当对本公开船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法有了清楚的认识。
[0066]
综上所述，本公开提供了一种船载雷达系统的定标方法及探测非合作目标rcs的方法，经过标定的雷达系统性能在一定温度范围内稳定，但船载雷达工作温度跨度大，不能忽视不同温度条件下的系统性能差异；同时，对于非合作目标，其出现时机、位置等无法确定，常规外定标方法难以满足需求，船载雷达系统需要在微波暗室、地面和船上等进行多次、周期性的外定标，以保证系统具备定量化测试状态。本发明提出了一种包括微波暗室系统参数测量、地面外场大气衰减因子测量与标定和系统性能随温度变化性能测量与标定三部分的定标方法，适用于船载雷达系统，采用所述方法，能够实现对遭遇的非合作目标rcs测量，操作简便，工程实用。
[0067]
还需要说明的是，实施例中提到的方向用语，例如“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”等，仅是参考附图的方向，并非用来限制本公开的保护范围。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在可能导致对本公开的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。并且图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本公开实施例的内容。
[0068]
说明书与权利要求中所使用的序数例如“第一”、“第二”、“第三”等的用词，以修饰相应的元件，其本身并不意味着该元件有任何的序数，也不代表某一元件与另一元件的顺序、或是制造方法上的顺序，该些序数的使用仅用来使具有某命名的一元件得以和另一具有相同命名的元件能做出清楚区分。
[0069]
此外，除非特别描述或必须依序发生的步骤，上述步骤的顺序并无限制于以上所列，且可根据所需设计而变化或重新安排。并且上述实施例可基于设计及可靠度的考虑，彼此混合搭配使用或与其他实施例混合搭配使用，即不同实施例中的技术特征可以自由组合形成更多的实施例。
[0070]
以上所述的具体实施例，对本公开的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本公开的具体实施例而已，并不用于限制本公开，凡在本公开的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本公开的保护范围之内。