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申请/专利权人：西安电子科技大学

摘要：本发明公开了外场测量定标误差补偿系统，包括矢量网络分析仪，矢量网络分析仪输出端依次通过射频线连接微波放大器、定向耦合器、发射喇叭天线，矢量网络分析仪输入端通过射频线连接接收喇叭天线，发射喇叭天线、接收喇叭天线均连接扫描支架，扫描支架底部滑动连接滑轨，还包括旋转控制台，旋转控制台上端正对发射喇叭天线、接收喇叭天线；本发明误差补偿系统结构简单、操作方便。本发明还公开了外场测量定标误差补偿方法，基于矢量旋转理论，对小球的位置误差进行补偿，基于定标体高分辨率距离像的估计和补偿方法对球面不规则性带来的误差进行补偿，提升了外场目标雷达散射截面积测量及目标一维距离成像的准确度。

主权项：1.外场测量定标误差补偿方法，其特征在于，使用外场测量定标误差补偿系统，包括连接计算机的矢量网络分析仪，所述矢量网络分析仪输出端依次通过射频线连接微波放大器、定向耦合器、发射喇叭天线，所述矢量网络分析仪输入端通过射频线连接接收喇叭天线，所述发射喇叭天线、接收喇叭天线均连接扫描支架，所述扫描支架底部滑动连接滑轨，还包括旋转控制台，所述旋转控制台上端正对发射喇叭天线、接收喇叭天线；所述旋转控制台周边铺设吸波材料；所述旋转控制台连接转台控制模块，转台控制模块连接矢量网络分析仪；补偿方法过程为：将定标球放在旋转控制台上，滑动扫描支架带动发射喇叭天线、接收喇叭天线采集不同角度下的定标球点频回波信号和扫频回波信号，根据定标球扫频回波信号计算定标球一维高分辨率距离像；根据点频回波信号和扫频回波信号获得定标球位置误差补偿、不规则性误差补偿；将待测目标放置在旋转控制台的中心，获得待测目标的点频回波信号和扫频回波信号，根据待测目标扫频回波信号计算待测目标一维高分辨率距离像；确定待测目标的伪散射中心位置，结合待测目标的位置误差补偿、不规则误差补偿确定在特定角度下的雷达散射截面积值及一维高分辨率距离像；具体按照以下步骤实施：步骤1、设置矢量网络分析仪扫频范围为24～40GHz，点数为401点，极化方式为水平极化和垂直极化两种方式；步骤2、将定标球放在旋转控制台上，调整发射喇叭天线、接收喇叭天线极化状态；利用矢量网络分析仪发射单一频率的电磁波，滑动扫描支架带动发射喇叭天线、接收喇叭天线采集不同角度下定标球点频回波信号、定标球在不同角度下收发功率损耗参数并保存，利用矢量网络分析仪发射宽带扫频脉冲信号，获取定标球的扫频回波信号，根据扫频回波信号获取定标球的一维高分辨率距离像；将待测目标放置在旋转控制台的中心，利用矢量网络分析仪发射点频连续信号，控制扫描支架改变点频角度，获取待测目标在不同角度下收发功率损耗参数，利用矢量网络分析仪发射宽带扫频脉冲信号，并获得待测目标的一维高分辨率距离像；步骤3、根据定标球点频回波信号对定标球位置误差补偿，根据定标球的一维高分辨率距离像对定标球的不规则性误差补偿，得到定标球补偿后的雷达散射截面积；其中，根据定标球点频回波信号对定标球位置误差补偿的具体过程为：建立笛卡尔坐标系，以旋转控制台的旋转中心为二维笛卡尔坐标系的原点，设为O点，设定定标球的位置为A点、发射喇叭天线与接收喇叭天线的几何中心为B点，天线的几何中心与旋转控制台的旋转中心对齐，设天线的几何中心到旋转控制台的旋转中心的距离为R，定标球到旋转控制台中心的距离为r，A点和B点的坐标表示为： 1经过近似计算，A点到B点的距离表示为： 2将2代入到雷达距离方程中，其中和分别代表天线发射和接收功率，代表定标球的位置到天线的几何中心的距离，为天线增益，表示定标球的雷达散射截面积，为工作波长，得： 3同时考虑相对值 4式中为时的值，的范围表示为： 5定标球到旋转控制台旋转中心的距离用表示为： 6经过数据平滑处理之后，将的初始值表示为： 7根据初始值，确定初始角所在的区间，从而确定误差向量，将其表示为： 8修正向量；根据修正向量对定标球的位置向量进行误差补偿；根据定标球的一维高分辨率距离像对定标球的不规则性误差补偿具体过程为：对矢量网络分析仪的定标球的扫频回波信号进行处理，根据电磁散射理论，将总回波幅值表示： 9式中c代表光速，为第M个散射中心的后向散射强度，为第M个散射中心的坐标，M为散射中心总数，经傅里叶变换，得到： 10式中与分别代表扫频信号的起始频率和终止频率，获取了定标球各个角度的一维高分辨率距离像之后，利用仿真软件得到一个同等条件下的完美定标球的一维高分辨率距离像，将两者的一维高分辨率距离像相减，得到： 11 代表仿真得到的完美球体的，代表标定球的，t是两个一维高分辨率距离像序列之间的单元索引，s是标定球的测量角度；将定标球的扫频回波信号作为原始数据，利用将定标球面的不规则性定义为： 12式中为的最大值，代表当测量角为时，球面不平整度在此处的误差，利用中值滤波法遍历所有原始数据之后，得到： 13利用对进行误差补偿，得： 14对进行傅里叶变换，得到定标球的补偿电场： 15则定标球补偿后的雷达散射截面积计算公式如下： 16；步骤4、根据待测目标的一维高分辨率距离像确定待测目标的伪散射中心位置；具体过程为：步骤4.1、将待测目标的一维高分辨率距离像序列峰值设置为1，非峰值设置为0，同时，通过设置阈值过滤掉弱峰值，消除噪声的影响，将经过处理后的序列记为X；步骤4.2、构建真假散射中心之间的耦合模板，设模板表达式为 17式中是长度为N的周期离散级数，等于数字0或1，其中1表示峰值，两个最近的峰值之间的间隔表示为，是距离分辨率单元格维度的整数倍，通过改变，构造多个不同间隔的模板表示不同的散射中心对；步骤4.3、设定最佳匹配阈值，根据序列X与模板Y之间的关系进行匹配，X与Y之间的关系表示为： 18k表示序列X中移位的单元格数，通过分析每个模板与序列X之间的相互关联程度来找到成功的匹配模板，第个模板的相互关联程度用以下公式计算： 19若达到最佳匹配阈值，则模板匹配成功；步骤4.4、在确定匹配成功的模板后，对序列进行分析，表示模板与k处的序列X的相似度，通过找到与中的第一个峰对应的k值来确定第一个假散射中心，然后依据这些峰对应的k值找到其他的假散射中心；步骤5、通过待测目标的一维高分辨率距离提取待测目标的散射中心，并去除待测目标的伪散射中心位置；对矢量网络分析仪收集到的定标球在不同角度下收发功率损耗参数、待测目标在不同角度下收发功率损耗参数以及定标球补偿后的雷达散射截面积，计算待测目标的补偿后不同角度的雷达散射截面积；所述计算待测目标的补偿后不同角度的雷达散射截面积具体过程为：根据矢量网络分析仪收集到的定标球在不同角度下收发功率损耗参数、待测目标在不同角度下收发功率损耗参数以及定标球补偿后的雷达散射截面积，计算待测目标的补偿后不同角度的雷达散射截面积，计算公式为： 式中为定标球在不同角度下收发功率损耗参数，为待测目标在不同角度下收发功率损耗参数，为定标球补偿后的雷达散射截面积。

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