一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器和雷达校准方法

摘要

本申请涉及一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器和雷达校准方法。所示极化雷达无源校准器包括空中机动平台及其控制设备，以及安装在空中机动平台上的二面角和MEMS惯导设备。通过控制设备调整空中机动平台上二面角的位置和姿态，由MEMS惯导获取二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据，由控制设备根据相对姿态测量数据，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。本申请可以准确得知雷达校准器的极化散射矩阵，并且可以通过调整校准器的位置避免地杂波干扰，可以灵活运用于不同环境中的极化雷达校准。

说明书

技术领域

本申请涉及雷达测量技术领域，特别是涉及一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器和雷达校准方法。

背景技术

雷达利用无线电波对目标进行探测和定位，不仅用于军事领域探测，也日益广泛地应用于国民经济建设和各门科学研究之中。随着技术的发展，对雷达的要求不仅是传统的测得到，还得测得准、测得清，精密测量日益成为雷达应用的标准和前提。极化雷达是当前国际上的研究热点。极化是除幅度、相位和频率外电磁波的另一个重要物理参量，表征了电磁波矢量传输特性。利用极化信息可以反演目标的姿态、尺寸、结构和材料等微物理属性信息，对目标的检测、识别与分类具有质的改善作用。

利用极化校准器对极化雷达进行校准是实现极化雷达精密测量的重要手段，其原理是：使用极化校准器测量反射回波，比较测量到的反射回波和理论反射回波的大小，得到极化雷达的系统误差。其中，极化雷达的反射回波称为极化散射矩阵，为2×2大小的复数矩阵，可以表征同极化和交叉极化分量。雷达校准器根据是否有源，可分成无源校准器和有源校准器。相比于有源校准器，无源校准器具有小型化、轻巧便携、可灵活布置等优点，适用于更多的雷达校准场景。典型的无源校准器包括金属球，角反射器、龙伯透镜等。

国内外学者针对极化雷达精密测量也开展了一些雷达校准研究工作。其中，Unal等人（C.Unal, R. Niemeijer, J. Sinttruyen, L. Ligthart. Calibration of aPolarimetric Radar Using a Rotatable Dihedral Corner Reflector[J]. IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing, 2002, 32(4): 837-845.）通过在地面放置旋转二面角的方法，获得多个角度下不同的极化散射矩阵，从而建立方程组求解极化测量模型中的未知数，然而该方法存在二面角姿态靠主观估计，且雷达测量数易受地杂波影响等问题。Yin等人（J. Yin, P. Hoogeboom, C. Unal, H. Russchenberg, F. vander Zwan, E. Oudejans. UAV-aided Weather Radar Calibration[J]. IEEETransactions on Geoscience and Remote Sensing, 2019, 57(12): 10362-10375.）提出利用无人机协飞技术，设计双GPS球准确定位金属球，通过无人机定点寻迹，实现雷达精密校准。然而该方法中由于金属球的RCS较小，为了实现金属球和无人机的回波不混叠，使用了50m的长线连接金属球和无人机，且雷达工作在高距离分辨率模式，故而该方法不适用于远场条件较大的标定场景。此外，所使用的金属球只适用于极化雷达主极化标定，不适用极化雷达的交叉极化分量标定。

发明内容

基于此，有必要针对上述技术问题，提供一种能够精确测量和调整姿态的极化雷达无源校准器和雷达校准方法。

一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器，包括空中机动平台、二面角、MEMS惯导设备和控制设备，二面角安装在空中机动平台上。

空中机动平台用于根据控制设备发送的控制指令调整进行位置和姿态调整，以调整二面角和被校准的极化雷达的相对姿态。

MEMS惯导设备用于获取二面角的位置数据。

控制设备用于根据用户输入发送对应的控制指令，以及用于根据MEMS惯导设备输出的位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

其中一个实施例中，空中机动平台为无人机，控制设备通过控制指令控制无人机的空中姿态。

其中一个实施例中，二面角和惯导设备通过硬质连杆悬挂在无人机的下方。

其中一个实施例中，MEMS惯导设备包括差分惯导单元和通信单元，通信单元用于将相对姿态测量数据发送至控制设备。

一种姿态可测可调的极化雷达校准方法，包括：

根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。

根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

其中一个实施例中，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准的方式包括：

根据相对姿态测量数据得到二面角对极化雷达的极化散射矩阵，根据极化散射矩阵对极化雷达进行校准。

其中一个实施例中，相对姿态测量数据的取值范围的设置方式包括：

获取极化雷达对应的地杂波干扰区域，根据地杂波干扰区域小于预设值的区域得到相对姿态测量数据的取值范围。

一种姿态可测可调的极化雷达校准装置，包括：

位置姿态控制模块，用于根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

相对姿态测量模块，通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

雷达校准模块，用于当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

一种计算机设备，包括存储器和处理器，所述存储器存储有计算机程序，所述处理器执行所述计算机程序时实现以下步骤：

根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。

根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。

根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

与现有技术相比，上述一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器、雷达校准方法、装置、计算机设备和存储介质，根据被校准的极化雷达的位置信息，使用空中机动平台搭载二面角和MEMS惯导设备，通过调整空中机动平台的位置和姿态调整二面角和激化雷达的相对位置和姿态，并通过MEMS惯导设备获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据，并根据得到的相对姿态测量数据，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。本申请可以准确得知雷达校准器的极化散射矩阵，并且可以通过调整校准器的位置避免地杂波干扰，可以灵活运用于不同环境中的极化雷达校准。

附图说明

图1为一个实施例中一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器的结构示意图；

图2为另一个实施例中一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器的结构示意图；

图3为一个实施例中一种姿态可测可调的极化雷达校准方法的步骤图；

图4为一个实施例中计算机设备的内部结构图。

具体实施方式

为了使本申请的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本申请进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本申请，并不用于限定本申请。

在一个实施例中，如图1所示，提供了一种姿态可测可调的极化雷达无源校准器，包括空中机动平台及其控制设备，以及安装在空中机动平台上的二面角101和微机电系统（MEMS，Microelectro Mechanical Systems）惯性-卫星组合导航设备（简称MEMS惯导设备）。其中，MEMS惯导设备设置了差分天线102。空中机动平台根据控制设备发送的控制指令调整进行位置和姿态调整，以调整二面角和被校准的极化雷达的相对姿态。MEMS惯导设备包括差分惯导单元和通信单元103，差分惯导单元用于获取二面角的位置测量数据。通信单元用于将获取到的二面角101的位置测量数据发送至控制设备，可以根据需要采用4G通信单元等设备。

进一步地，如图2所示，空中机动平台为无人机，二面角和惯导设备通过硬质连杆悬挂在无人机的下方。无人机具有控制精度高、设备小型化、易操作等优点，可以提高极化雷达校准器的集成度。

使用时，基于一种姿态可测可调的极化雷达无源校准方法进行极化雷达校准，如图3所示，包括以下步骤：

步骤302，用户根据被校准的极化雷达的位置信息，通过控制设备向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整，以调整空中机动平台位置和姿态。

步骤304，调整过程中，通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

步骤306，当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，例如当空中机动平台处于地杂波干扰区域小于预设值的区域中时，开始基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

步骤308，进行校准时，由控制设备接收MEMS惯导设备发送的二面角101的当前的位置数据，并根据已知的二面角101在空中机动平台上的安装方式、极化雷达的位置和安装方式，得到二面角和极化雷达的相对姿态测量数据，根据相对姿态测量数据得到二面角对极化雷达的极化散射矩阵，根据极化散射矩阵对极化雷达进行校准。

本实施例中可以准确得知雷达校准器的极化散射矩阵，并且可以通过调整校准器的位置避免地杂波干扰，可以灵活运用于不同环境中的极化雷达校准。

应该理解的是，虽然图3的流程图中的各个步骤按照箭头的指示依次显示，但是这些步骤并不是必然按照箭头指示的顺序依次执行。除非本文中有明确的说明，这些步骤的执行并没有严格的顺序限制，这些步骤可以以其它的顺序执行。而且，图3中的至少一部分步骤可以包括多个子步骤或者多个阶段，这些子步骤或者阶段并不必然是在同一时刻执行完成，而是可以在不同的时刻执行，这些子步骤或者阶段的执行顺序也不必然是依次进行，而是可以与其它步骤或者其它步骤的子步骤或者阶段的至少一部分轮流或者交替地执行。

在一个实施例中，提供了一种姿态可测可调的极化雷达校准装置，包括：

位置姿态控制模块，用于根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

相对姿态测量模块，通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

雷达校准模块，用于当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

其中一个实施例中，雷达校准模块用于根据相对姿态测量数据得到二面角对极化雷达的极化散射矩阵，根据极化散射矩阵对极化雷达进行校准。

其中一个实施例中，相对姿态测量模块用于获取极化雷达对应的地杂波干扰区域，根据地杂波干扰区域小于预设值的区域得到相对姿态测量数据的取值范围。

关于一种姿态可测可调的极化雷达校准装置的具体限定可以参见上文中对于一种姿态可测可调的极化雷达校准方法的限定，在此不再赘述。上述一种姿态可测可调的极化雷达校准装置中的各个模块可全部或部分通过软件、硬件及其组合来实现。上述各模块可以硬件形式内嵌于或独立于计算机设备中的处理器中，也可以以软件形式存储于计算机设备中的存储器中，以便于处理器调用执行以上各个模块对应的操作。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，该计算机设备可以是终端，其内部结构图可以如图4所示。该计算机设备包括通过系统总线连接的处理器、存储器、网络接口、显示屏和输入装置。其中，该计算机设备的处理器用于提供计算和控制能力。该计算机设备的存储器包括非易失性存储介质、内存储器。该非易失性存储介质存储有操作系统和计算机程序。该内存储器为非易失性存储介质中的操作系统和计算机程序的运行提供环境。该计算机设备的网络接口用于与外部的终端通过网络连接通信。该计算机程序被处理器执行时以实现一种姿态可测可调的极化雷达校准方法。该计算机设备的显示屏可以是液晶显示屏或者电子墨水显示屏，该计算机设备的输入装置可以是显示屏上覆盖的触摸层，也可以是计算机设备外壳上设置的按键、轨迹球或触控板，还可以是外接的键盘、触控板或鼠标等。

本领域技术人员可以理解，图4中示出的结构，仅仅是与本申请方案相关的部分结构的框图，并不构成对本申请方案所应用于其上的计算机设备的限定，具体的计算机设备可以包括比图中所示更多或更少的部件，或者组合某些部件，或者具有不同的部件布置。

在一个实施例中，提供了一种计算机设备，包括存储器和处理器，该存储器存储有计算机程序，该处理器执行计算机程序时实现以下步骤：

根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。

根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：根据相对姿态测量数据得到二面角对极化雷达的极化散射矩阵，根据极化散射矩阵对极化雷达进行校准。

在一个实施例中，处理器执行计算机程序时还实现以下步骤：获取极化雷达对应的地杂波干扰区域，根据地杂波干扰区域小于预设值的区域得到相对姿态测量数据的取值范围。

在一个实施例中，提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，计算机程序被处理器执行时实现以下步骤：

根据被校准的极化雷达的位置信息，向空中机动平台发送控制指令进行位置和姿态调整。

通过安装在空中机动平台上的MEMS惯导设备，获取安装在空中机动平台上的二面角的姿态数据，得到二面角的位置数据。

根据位置数据得到二面角相对于极化雷达的相对姿态测量数据。

当相对姿态测量数据满足预设的取值范围时，基于极化雷达无源校准技术对极化雷达进行校准。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：根据相对姿态测量数据得到二面角对极化雷达的极化散射矩阵，根据极化散射矩阵对极化雷达进行校准。

在一个实施例中，计算机程序被处理器执行时还实现以下步骤：获取极化雷达对应的地杂波干扰区域，根据地杂波干扰区域小于预设值的区域得到相对姿态测量数据的取值范围。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的计算机程序可存储于一非易失性计算机可读取存储介质中，该计算机程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，本申请所提供的各实施例中所使用的对存储器、存储、数据库或其它介质的任何引用，均可包括非易失性和/或易失性存储器。非易失性存储器可包括只读存储器（ROM）、可编程ROM（PROM）、电可编程ROM（EPROM）、电可擦除可编程ROM（EEPROM）或闪存。易失性存储器可包括随机存取存储器（RAM）或者外部高速缓冲存储器。作为说明而非局限，RAM以多种形式可得，诸如静态RAM（SRAM）、动态RAM（DRAM）、同步DRAM（SDRAM）、双数据率SDRAM（DDRSDRAM）、增强型SDRAM（ESDRAM）、同步链路（Synchlink） DRAM（SLDRAM）、存储器总线（Rambus）直接RAM（RDRAM）、直接存储器总线动态RAM（DRDRAM）、以及存储器总线动态RAM（RDRAM）等。

以上实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本申请的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本申请构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本申请的保护范围。因此，本申请专利的保护范围应以所附权利要求为准。