一种有源定标器雷达截面积标校方法及装置与流程

1.本发明涉及合成孔径雷达标校技术领域，具体涉及一种有源定标器雷达截面积标校方法和装置。另外，还涉及一种电子设备及非暂态计算机可读存储介质。


背景技术：

2.有源定标器(arc：active radar calibrator)是极化合成孔径雷达(sar：synthetic aperture radar)定标的重要设备，可以实现非常高的雷达截面积，在分辨率较低的极化合成孔径雷达辐射定标和极化定标中是非常必要的，难以用其他设备来代替。为了实现高精度的辐射定标，作为标准参考目标的有源定标器所提供的雷达散射截面积(rcs：radar cross section)必须非常精确，这就需要对有源定标器的雷达截面积值进行标定。根据雷达截面积值的定义可知，稳定的无源设备，如反射圆盘、角反射器等规则几何体的雷达截面积值可以通过理论计算和仿真计算得到。这种类型设备的雷达截面积值不需要标定，其称为第一种类型的雷达定标设备；而有源定标器的雷达截面积值则需要通过第一类设备为基准进行标校才能够准确的获知，属于间接的雷达定标设备，或称为第二种类型的雷达定标设备。一般情况下，使用反射圆盘、角反射器等标准反射器来实现有源定标器的标校。目前常用的有源定标器雷达散射截面积标校方法采用标准反射器与有源定标器组成校准系统实现。其中，标准反射器(比如反射圆盘或角反射器)与有源定标器之间距离满足远场条件，有源定标器发射与接收天线和反射圆盘对准，使发射信号经反射圆盘反射后到达接收天线，被有源定标器的接收机接收并记录下来，同时接收信号再经有源定标器内部信道转到发射天线再发射，再被反射圆盘反射、再被有源定标器接收记录并转发，由此不断循环，只要每次发射的信号是衰减的，就可以在有源定标器接收机内部得到一串递减的脉冲信号，经处理后可以实现对有源定标器的雷达散射截面积的校准。
3.然而，根据标准反射器的电磁波反射特性，标准反射器对平面入射波的散射波束非常窄，采用标准反射器进行有源定标器标校时，需要非常精确的进行波束对准，使有源定标器的发射波束正好对准标准反射器的法线，微小的波束指向偏差均会带来非常大的雷达截面积值误差。由于有源定标器的发射天线与接收天线一般是分离的，地面标校时标准反射器与有源定标器距离不会太远(即使满足远场条件时)，这相当于是双站情况，发射天线与接收天线不能同时指向标准反射器，而要恰恰使发射与接收天线正好位于标准反射器法线两侧而且夹角相等，即发射与接收天线关于标准反射器法线对称的位置，更是难以实现的条件。另外即使实现了几何对称，由于有源定标器发射与接收天线波束电轴与其几何轴并不一致，两个天线的波束电轴与其几何轴均会存在偏差，而且这种偏差是随机的。在这种条件下利用标准反射器进行有源定标器的校准必然会引入非常大的误差。还有，即使上面的苛刻要求均实现了，由于这种方案时有源定标器与标准反射器的距离不可能太远，这和实际所用到的有源定标器与星载极化合成孔径雷达(sar：synthetic aperture radar)的距离根本不在一个量级，这会导致标校的收发天线的波束角度位置与实际使用的波束角度位置不同，因此标校的雷达散射截面积与使用的实际雷达散射截面积是不一的，这会造成
误差。对于实现有源定标器的雷达散射截面积精度达到0.2db(3sgm)是非常困难的，考虑到地面多路径噪声等很多不确定因素，这个精度要求更加难以实现。由于需要进行精细的对准操作，在实际标校过程中，有源定标器的标校需要一台一台的进行，速度很慢，需要耗费大量时间。另外，这种标校方案需要研制专门的标校设备，要设计和研制反射圆盘与有源定标器的精确对准的方案和设备，要降低地面多路径噪声的影响需要选择合适的场地并购买铺设吸波材料等，这些都需要投入高昂的经费。因此，如何低成本、高精度的有源定标器雷达截面积标校方案成为本领域研究的重要课题。


技术实现要素：

4.为此，本发明提供一种有源定标器雷达截面积标校方法及装置，以解决现有技术中存在的有源定标器雷达截面积标校方案局限性较高，精度和稳定性较差的问题。
5.本发明提供一种有源定标器雷达截面积标校方法，包括：
6.基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器和角反射器的点目标图像数据；
7.基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量；
8.基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值；
9.基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
10.进一步的，所述角反射器包含多台高精度角反射器；
11.基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值，具体包括：
12.基于所述多台高精度角反射器的雷达截面积值与所述多台高精度角反射器的点目标图像能量的比值，确定雷达截面积基准值；
13.根据所述雷达截面积基准值以及所述有源定标器的点目标图像能量，得到所述有源定标器的雷达截面积值。
14.进一步的，所述等距离线位于所述星载合成孔径雷达的成像观测带内，与所述星载合成孔径雷达的星下点轨迹相平行。
15.进一步的，所述的有源定标器雷达截面积标校方法，还包括：确定所述有源定标器的点目标图像能量和雷达截面积值，与所述角反射器的点目标图像能量和雷达截面积值之间的关系模型，所述关系模型对应的表达式为(1)：
[0016][0017]
式中，σ
arc
为所述有源定标器的雷达截面积值、σ
tcr
为所述角反射器的雷达截面积值；e
arc
为所述有源定标器的点目标图像能量、e
tcr
为所述角反射器的点目标图像能量；i为大于或等于1的整数；k为一个常值，与定标常数、成像距离视角、所述合成孔径雷达的天线方向图相对应；n为高精度角反射器的数量；其中，σ
tcr
通过所述角反射器的几何尺寸和所述合成孔径雷达的工作载频的波长计算得到，或者建立所述角反射器的电磁模型通过仿真计算得到；e
arc
、e
tcr
通过在点目标图像数据计算得到。
[0018]
进一步的，若所述角反射器为多台高精度角反射器，则所述关系模型对应的表达式为(2)：
[0019][0020]
式中，σ
arc
为所述有源定标器的雷达截面积值、σ
tcr
为所述角反射器的雷达截面积值；e
arc
为所述有源定标器的点目标图像能量、e
tcr
为所述角反射器的点目标图像能量；i为大于或等于1的整数；k为一个常值，与定标常数、成像距离视角、所述合成孔径雷达的天线方向图相对应；n为高精度角反射器的数量；其中，σ
tcr
通过所述角反射器的几何尺寸和所述合成孔径雷达的工作载频的波长计算得到，或者建立所述角反射器的电磁模型通过仿真计算得到；e
arc
、e
tcr
通过在点目标图像数据计算得到。
[0021]
本发明还提供一种有源定标器雷达截面积标校装置，包括：
[0022]
点目标图像数据获取单元，用于基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器和角反射器的点目标图像数据；
[0023]
点目标图像能量提取单元，用于基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量；
[0024]
雷达截面积值确定单元，用于基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值；
[0025]
标校单元，用于基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
[0026]
进一步的，所述角反射器包含多台高精度角反射器；
[0027]
雷达截面积值确定单元具体用于：基于所述多台高精度角反射器的雷达截面积值与所述多台高精度角反射器的点目标图像能量的比值，确定雷达截面积基准值；根据所述雷达截面积基准值以及所述有源定标器的点目标图像能量，得到所述有源定标器的雷达截面积值。
[0028]
相应的，本发明还提供一种电子设备，包括：存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上述任意一项所述的有源定标器雷达截面积标校方法的步骤。
[0029]
相应的，本发明还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现如上述任意一项所述的有源定标器雷达截面积标校方法的步骤。
[0030]
采用本发明所述的有源定标器雷达截面积标校方法，操作简单，能够同时实现多套有源定标器雷达截面积值的高精度标校，减少了有源定标器标校次数，有效提高了有源定标器雷达截面积标校的稳定性和效率，降低了成本。
附图说明
[0031]
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，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
据这些附图获取其他的附图。
[0032]
图1为本发明实施例提供的一种有源定标器雷达截面积标校方法的流程示意图；
[0033]
图2为本发明实施例提供的一种有源定标器雷达截面积标校方法的示意图；
[0034]
图3为本发明实施例提供的一种有源定标器雷达截面积标校装置的结构示意图；
[0035]
图4为本发明实施例提供的一种电子设备的实体结构示意图。
具体实施方式
[0036]
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。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获取的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
[0037]
下面基于本发明所述的有源定标器雷达截面积标校方法，对其实施例进行详细描述。如图1所示，其为本发明实施例提供的有源定标器雷达截面积标校方法的流程示意图，具体实现过程包括以下步骤：
[0038]
步骤101：基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器和角反射器的点目标图像数据。
[0039]
如图2所示，以星载合成孔径雷达(sar)为例，可用星载合成孔径雷达204对部署在成像观测带中心区域的有源定标器201(arc)和角反射器202(比如三面角反射器)同时进行成像。其中，除所述角反射器之外，也可以使用其他类型反射器，在此不做具体限定。
[0040]
具体的，所述有源定标器201和所述角反射器202可分别在星载合成孔径雷达204成像观测带的中心区域等距离线203上进行布设。星载合成孔径雷达204在轨工作期间，利用sar卫星条带成像模式，对部署在成像中心区域等距离线203上的待标校有源定标器201和作为基准的角反射器202进行照射，并获取相应的回波信号，对所述回波信号进行成像处理。在所述有源定标器201和所述角反射器202同时成像处理后，得到这些定标设备的点目标图像数据。其中，所述等距离线203位于所述星载合成孔径雷达的成像观测带内，与所述星载合成孔径雷达的星下点轨迹相平行。
[0041]
步骤102：基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量。
[0042]
具体的，可基于所述点目标图像数据提取所述有源定标器和所述角反射器所产生图像上形成的点目标图像能量。
[0043]
步骤103：基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值。
[0044]
在本发明实施例中，确定所述角反射器的点目标图像能量与雷达截面积值(rcs值)的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量的情况下，基于预设的关系模型能够确定所述有源定标器的雷达截面积值，从而基于该有源定标器的雷达截面积值实现有源定标器雷达截面积值的标校。
[0045]
在具体实施过程中，沿等距离线部署的定标设备(即角反射器)与星载sar的成像几何关系是完全一致的，只有成像时间上的先后差异。进一步的，为了提高标校精度，可以采用多台角反射器参与实施提供基准，从而确保rcs基准值的稳定性，提高置信度。基于所
述多台高精度角反射器的雷达截面积值与所述多台高精度角反射器的点目标图像能量的比值，能够更加精确的得到雷达截面积基准值。根据该雷达截面积基准值以及所述有源定标器的点目标图像能量，通过关系模型计算得到所述有源定标器的雷达截面积值。具体的，如图2所示，多台有源定标器和多套高精度的角反射器沿着星载sar条带模式在成像观测带(即星载sar条带模式某波位中心角度照射的区域)的中心位置进行等距离线布设，且沿着等距离线在方位方向散布开来，使成像后彼此不互相影响。采用多台角反射器的方式可以同时实现多套有源定标器rcs值的高精度标校，减少了标校次数。
[0046]
星载sar工作在条带模式获取到回波数据后进行成像处理，但不需要进行天线方向图等辐射校正，然后提取有源定标器和角反射器所产生的点目标图像能量。在假设星载sar在成像期间其状态是稳定的条件下，可根据定标设备雷达截面积值与其点目标图像能量成正比的关系，以多台高精度角反射器的雷达截面积值为参考基准，一次执行实现对所有参试的有源定标器某阶梯雷达截面积值的精确标校，得到所述有源定标器、所述角反射器的点目标图像能量分别与所述有源定标器、所述角反射器的雷达截面积值的关系模型，所述关系模型对应的表达式为(1)：
[0047][0048]
式中，σ
arc
为所述有源定标器的雷达截面积值、σ
tcr
为所述角反射器的雷达截面积值；e
arc
为所述有源定标器的点目标图像能量、e
tcr
为所述角反射器的点目标图像能量；i为大于或等于1的整数；k为一个常值，与定标常数、成像距离视角、所述合成孔径雷达的天线方向图相对应；n为高精度角反射器的数量；其中，σ
tcr
通过所述角反射器的几何尺寸和所述合成孔径雷达的工作载频的波长计算得到，或者建立所述角反射器的电磁模型通过仿真计算得到；e
arc
、e
tcr
通过在点目标图像数据计算得到。
[0049]
在具体实施过程中，若所述角反射器为多台高精度角反射器，则所述关系模型对应的表达式为(2)：
[0050][0051]
式中，σ
arc
为所述有源定标器的雷达截面积值、σ
tcr
为所述角反射器的雷达截面积值；e
arc
为所述有源定标器的点目标图像能量、e
tcr
为所述角反射器的点目标图像能量；i为大于或等于1的整数；k为一个常值，与定标常数、成像距离视角、所述合成孔径雷达的天线方向图相对应；n为高精度角反射器的数量；其中，σ
tcr
通过所述角反射器的几何尺寸和所述合成孔径雷达的工作载频的波长计算得到，或者建立所述角反射器的电磁模型通过仿真计算得到；e
arc
、e
tcr
通过在点目标图像数据计算得到。
[0052]
步骤104：基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
[0053]
采用本发明实施例所述的有源定标器雷达截面积标校方法，操作简单，能够同时实现多套有源定标器雷达截面积值的高精度标校，减少了有源定标器标校次数，有效提高了有源定标器雷达截面积标校的稳定性和效率，降低了成本。
[0054]
与上述提供的一种有源定标器雷达截面积标校方法相对应，本发明还提供一种有源定标器雷达截面积标校装置。由于该装置的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的有源定标器雷达
截面积标校装置的实施例仅是示意性的。请参考图3所示，其为本发明实施例提供的一种有源定标器雷达截面积标校装置的结构示意图。
[0055]
本发明所述的一种有源定标器雷达截面积标校装置具体包括如下部分：
[0056]
点目标图像数据获取单元301，用于基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器和角反射器的点目标图像数据。
[0057]
点目标图像能量提取单元302，用于基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量。
[0058]
雷达截面积值确定单元303，用于基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值。
[0059]
标校单元304，用于基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
[0060]
采用本发明实施例所述的有源定标器雷达截面积标校装置，操作简单，能够同时实现多套有源定标器雷达截面积值的高精度标校，减少了有源定标器标校次数，有效提高了有源定标器雷达截面积标校的稳定性和效率，降低了成本。
[0061]
与上述提供的有源定标器雷达截面积标校方法相对应，本发明还提供一种电子设备。由于该电子设备的实施例相似于上述方法实施例，所以描述得比较简单，相关之处请参见上述方法实施例部分的说明即可，下面描述的电子设备仅是示意性的。如图4所示，其为本发明实施例公开的一种电子设备的实体结构示意图。该电子设备可以包括：处理器(processor)401、存储器(memory)402和通信总线403，其中，处理器401，存储器402通过通信总线403完成相互间的通信。通过通信接口404与外部进行通信。处理器401可以调用存储器402中的逻辑指令，以执行有源定标器雷达截面积标校方法，该方法包括：基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器和角反射器的点目标图像数据；基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量；基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值；基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
[0062]
此外，上述的存储器402中的逻辑指令可以通过软件功能单元的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本发明的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行本发明各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：u盘、移动硬盘、只读存储器(rom，read
‑
only memory)、随机存取存储器(ram，random access memory)、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。
[0063]
另一方面，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非暂态计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，计算机能够执行上述各方法实施例所提供的有源定标器雷达截面积标校方法，该方法包括：基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器
和角反射器的点目标图像数据；基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量；基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值；基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
[0064]
又一方面，本发明实施例还提供一种非暂态计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该计算机程序被处理器执行时实现以执行上述各实施例提供的有源定标器雷达截面积标校方法，该方法包括：基于星载合成孔径雷达获取沿等距离线部署的有源定标器和角反射器的点目标图像数据；基于所述点目标图像数据，确定所述有源定标器的点目标图像能量和所述角反射器的点目标图像能量；基于所述角反射器的雷达截面积值与所述角反射器的点目标图像能量的比值，以及所述有源定标器的点目标图像能量，确定所述有源定标器的雷达截面积值；基于所述雷达截面积值对所述有源定标器的雷达截面积进行标校。
[0065]
以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。本领域普通技术人员在不付出创造性的劳动的情况下，即可以理解并实施。
[0066]
通过以上的实施方式的描述，本领域的技术人员可以清楚地了解到各实施方式可借助软件加必需的通用硬件平台的方式来实现，当然也可以通过硬件。基于这样的理解，上述技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品可以存储在计算机可读存储介质中，如rom/ram、磁碟、光盘等，包括若干指令用以使得一台计算机设备(可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等)执行各个实施例或者实施例的某些部分所述的方法。
[0067]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。