机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法技术

本发明专利技术提供一种机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，包括以下步骤：步骤一、计算波束指向误差方程；步骤二、计算主波束增益和偏置角关系方程；步骤三、通过步骤一和步骤二的波束指向误差方程和主波束增益和偏置角关系方程，进行波束指向误差自适应估计；步骤四、进行载机扫描策略设定；步骤五、根据设定的载机扫描策略进行波束指向误差分解。本发明专利技术实施例通过天线波束几何形状和接受杂波信号功率估算天线指向误差，并解耦出误差分量，然后把误差分量送入空域稳定程序中，提高天线指向精度，实现气象目标的精确探测与显示，改善气象雷达探测性能。气象雷达探测性能。气象雷达探测性能。

【技术实现步骤摘要】
机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法


[0001]本专利技术涉及雷达
，具体涉及一种机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法。

技术介绍

[0002]机载气象雷达系统常常需要探测和通告飞行危险，这依赖于相对于当地地理信息的精确天线波束指向。在机载气象雷达系统中，从雷达系统外部的姿态参考传感器获取飞机姿态数据如俯仰、横滚数据是一种常见的做法。这种姿态传感器可以是惯性参考系统、垂直陀螺仪或包含垂直陀螺仪的倾斜仪。姿态传感器是众所周知的用来降低天线波束指向精确的固定误差和时变误差；在基于垂直陀螺仪的仪器中，传感器误差为2到3度并不少见。
[0003]天线波束指向也受到雷达系统内部误差的影响，例如定位器校准、天线的机械与电子瞄准线对准以及定位器机构的下垂。对于有源相控阵天线，则单元间的互耦、天线方向图的不一致性以及天线罩的影响等都会造成波束指向偏差。目前在机载雷达领域的做法是通过人工手段，使用专用仪器设备对安装天线进行校靶，该方式程序复杂，工作量大且精细度高，稍有疏忽将造成较大指向误差。该方法对操作人员的技术经验要求高，对一些不能满足专门测量条件的雷达，则无法进行安装误差的测量。因此，迫切需要一种简单有效实现天线波束指向误差自适应补偿的处理方法。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本说明书实施例提供一种机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，以实现气象目标的精确探测与显示的目的。
[0005]本说明书实施例提供以下技术方案：一种机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，包括以下步骤：步骤一、计算波束指向误差方程；步骤二、计算主波束增益和偏置角关系方程；步骤三、通过步骤一和步骤二的波束指向误差方程和主波束增益和偏置角关系方程，进行波束指向误差自适应估计；步骤四、进行载机扫描策略设定；步骤五、根据设定的载机扫描策略进行波束指向误差分解。
[0006]进一步地，步骤一包括：步骤1.1、通过公式对天线真实指向角进行第一误差估计，其中，为天线真实指向角，为天线指向俯仰角，为真实水平线和误差水平线间夹角。
[0007]进一步地，步骤一还包括：步骤1.2、通过公式对天线真实指向角进行第一误差估计，其中，表示擦地角，表示波束偏离中心的角度，Z表示载机无线电高度，R
i
表示距离门i处的距离，ΔdB
i
为杂波功率变化，K为比例系数。
[0008]进一步地，步骤二具体为：主波束增益和偏置角关系为其中，为偏置角并且dB为主波束增益。
[0009]进一步地，步骤三包括：步骤3.1、根据步骤1.2中的公式以及公式获得天线真实指向角，其中，N表示使用的杂波数据单元数。
[0010]进一步地，步骤三还包括：步骤3.2、将步骤3.1与步骤1.1结合，得到天线波束指向误差自适应估计表达式其中，是平均指令俯仰角，为指向误差。
[0011]进一步地，步骤四具体为：使载机选择平缓地形区域进行平稳飞行，并使载机采用重叠扫描方法进行扫描，且通过扫描速度、波束宽度以及帧间时间对重叠范围进行估算。
[0012]进一步地，步骤五具体为：步骤5.1、按照步骤四的载机扫描策略录取回波数据，并将录取的回波数据应用到步骤3.1中拟合得到设定范围内的指向误差；步骤5.2、将步骤5.1中的结果通过公式和获得横滚向和俯仰向的误差分量，其中，ΔRoll为横滚向的误差分量，ΔPitch为俯仰向的误差分量，为在90
°
时的指向误差，为在
‑
90
°
时的指向误差。
[0013]与现有技术相比，本说明书实施例采用的上述至少一个技术方案能够达到的有益效果至少包括：本专利技术实施例通过天线波束几何形状和接受杂波信号功率估算天线指向误差，并解耦出误差分量，然后把误差分量送入空域稳定程序中，提高天线指向精度，实现气象目标的精确探测与显示，改善气象雷达探测性能。
附图说明
[0014]为了更清楚地说明本申请实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请的一些实施例，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它的附图。
[0015]图1是本专利技术实施例中固定方位角指向误差几何示意图；
[0016]图2是主波束增益与偏置角近似关系示意图；
[0017]图3是本专利技术实施例的方位扫描策略的示意图。
具体实施方式
[0018]下面结合附图对本申请实施例进行详细描述。
[0019]需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本专利技术。
[0020]如图1至图3所示，本专利技术实施例提供了一种机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，包括以下步骤：
[0021]步骤一、计算波束指向误差方程；
[0022]步骤二、计算主波束增益和偏置角关系方程；
[0023]步骤三、通过步骤一和步骤二的波束指向误差方程和主波束增益和偏置角关系方程，进行波束指向误差自适应估计；
[0024]步骤四、进行载机扫描策略设定；
[0025]步骤五、根据设定的载机扫描策略进行波束指向误差分解。
[0026]本专利技术实施例通过天线波束几何形状和接受杂波信号功率估算天线指向误差，并解耦出误差分量，然后把误差分量送入空域稳定程序中，提高天线指向精度，实现气象目标的精确探测与显示，改善气象雷达探测性能。
[0027]步骤一包括：
[0028]步骤1.1、通过公式对天线真实指向角进行第一误差估计，其中，为天线真实指向角，为天线指向俯仰角，为真实水平线和误差水平线间夹角。
[0029]步骤1.2、通过公式对天线真实指向角进行第一误差估计，其中，表示擦地角，表示波束偏离中心的角度，Z表示载机无线电高度，R
i
表示距离门i处的距离，ΔdB
i
为杂波功率变化，K为比例系数。
[0030]如图1所示，在机载气象雷达天线存在指向误差时，其系统发出的指令俯仰角和实际的俯仰指向不一致，但存在一定的关系，该关系可以通过上述两组不同参数导出为方程。
[0031]由雷达主波束增益方向图曲线，可以得到偏离中心轴线一定方位角的功率变化幅度，进而得到主波束增益和偏置角关系方程，通常做法是测量并绘制单向天线仰角增益方向图，如图2所示，其中归一化天线增益以分贝为单位绘制为视轴偏移角的函数。
[0032]步骤二具体为：主波束增益和偏置角关系为其中，为偏置角并且dB为主波束增益。
[0033]结合实际杂波环境应用中，取多方位角数据，多距离门数据求取参数平均值，并把采集回波数据的测量值代入误差计算方程中，即可得到波束指向误差的自适应估计值。
[0034]步骤三包括：步骤3.1、根据步骤1.2中的公式以及公式获得天线真实指向角，其中，N表示使用的杂波数据单元数。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一、计算波束指向误差方程；步骤二、计算主波束增益和偏置角关系方程；步骤三、通过所述步骤一和所述步骤二的波束指向误差方程和主波束增益和偏置角关系方程，进行波束指向误差自适应估计；步骤四、进行载机扫描策略设定；步骤五、根据设定的载机扫描策略进行波束指向误差分解。2.根据权利要求1所述的机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，其特征在于，所述步骤一包括：步骤1.1、通过公式对天线真实指向角进行第一误差估计，其中，为天线真实指向角，为天线指向俯仰角，为真实水平线和误差水平线间夹角。3.根据权利要求2所述的机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，其特征在于，所述步骤一还包括：步骤1.2、通过公式对天线真实指向角进行第一误差估计，其中，表示擦地角，表示波束偏离中心的角度，Z表示载机无线电高度，R
i
表示距离门i处的距离，ΔdB
i
为杂波功率变化，K为比例系数。4.根据权利要求3所述的机载气象雷达天线波束指向自适应信号处理方法，其特征在于，所述步骤二具体为：主波束增益和偏置角关系为其中，为偏置角并且dB为主波束增益。5.根据权利要求4所述的机载气象雷达天线波束指...

【专利技术属性】
技术研发人员：钱君，徐强，王德宾，
申请(专利权)人：中国航空工业集团公司雷华电子技术研究所，
类型：发明
国别省市：