CN104215949A - 一种基于自动增益控制电压修正的目标rcs标定方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于自动增益控制电压修正的目标RCS标定方法，包括如下步骤：A、建立接收机的输出电压与脉冲宽度间的第一关系模型；B、建立接收机的输出电压与回波功率间的第二关系模型；C、利用第一关系模型，将实测获取的接收机输出电压转换为典型脉冲宽度下的输出电压，再利用第二关系模型，将典型脉冲宽度下的输出电压转换为目标回波功率；D、建立接收机的AGC电压与回波功率间的第三关系模型；E、利用第三关系模型，对获取的目标回波功率进行修正；F、根据雷达方程，利用天线增益、发射功率、观测距离及修正后的目标回波功率，计算获取目标的雷达散射截面RCS。本发明简化了标定测量过程，有效节省测量费用和时间。

Description

一种基于自动增益控制电压修正的目标RCS标定方法

技术领域

本发明涉及目标电磁散射特性测量技术，特别涉及一种基于自动增益控制电压修正的目标RCS标定方法。

背景技术

现有的RCS(雷达散射截面)标定方法主要有两种，分别为相对定标法和绝对定标法。相对定标法即根据被测目标回波功率与已知RCS的校准体回波功率的比值，再与校准体的RCS相乘获得被测目标的RCS。绝对定标法则需已知雷达***的发射功率、天线增益、线缆损耗及接收机增益等参数，这需要标准信号发生器的信号注入雷达接收机***的前端，且必须用精密信号源对信号发生器进行校准。比较而言，相对定标法具有简便、精度较好等优点；绝对定标法则具有仅需开展一次散射测量、实用范围广的优点。对测量条件受限的特殊环境目标RCS测量而言，绝对定标法更具较大优势。

但根据雷达方程，目标散射回波功率与观测距离的四次方呈反比，不同距离下目标回波功率变化范围高达80dB以上。雷达的接收***必然采用自动增益控制(AGC)技术。AGC技术是一种在输入信号幅度变化较大的情况下，使输出信号幅度保持恒定或仅在较小范围内变化的自动控制方法，主要用于匹配整个接收通道各部分的动态范围，是雷达***中非常关键的组成部分。由于自动增益控制的原因，与雷达接收机增益将与目标回波功率关联，这对目标RCS标定带来较大难度。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于自动增益控制电压修正的目标RCS标定方法，来解决目标RCS测量过程中，雷达接收机增益将与目标回波功率耦合带来的RCS标定问题。

为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种基于自动增益控制(AGC)电压修正的目标RCS标定方法，包含以下步骤：

A、选定一输入功率，在实验室内测量的不同脉冲宽度下对应的接收机输出电压，通过拟合建立接收机的输出电压与脉冲宽度间的第一关系模型；

B、选定一参考AGC电压，在实验室内测量典型脉冲宽度下不同输入功率对应的接收机输出电压，通过拟合建立接收机的输出电压与回波功率间的第二关系模型；

C、利用输出电压与脉冲宽度间的第一关系模型，将实测获取的接收机输出电压转换为典型脉冲宽度下的输出电压，再根据典型脉冲宽度下的输出电压与回波功率间的第二关系模型，获取目标的回波功率；

D、利用实验室测量的不同输入功率下接收机的AGC电压，通过拟合建立接收机的AGC电压与回波功率间的第三关系模型；

E、利用AGC电压与回波功率间关系模型，修正获取的目标回波功率；

F、根据雷达方程，利用天线增益、发射功率、观测距离、修正后的回波功率等数据或参数计算获取目标的RCS。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

本发明根据雷达接收机输出电压与回波功率、电磁波脉冲宽度、AGC电压四者间的相互耦合关系，给出了一种目标RCS的绝对标定方法，具有如下优点：(1)、仅需在实验室内分别标定测量输出电压与回波功率、输出电压与脉冲宽度、AGC电压与回波功率三对关系，极大地简化了标定测量过程；(2)、无需开展专门的标准体RCS校标测量，可节省测量费用和时间。

附图说明

图1是本发明标定方法的流程图；

图2是接收机输出电压与回波功率间的关系拟合结果；

图3是接收机输出电压与脉冲宽度间的关系拟合结果；

图4是接收机AGC电压与回波功率间的关系拟合结果；

图5是修正后的目标回波功率；

图6是定标后的目标RCS曲线。

具体实施方式

本发明根据AGC电压与目标回波功率间的关系，提出了一种基于AGC修正的RCS标定方法，实现目标的RCS标定。这里以某目标动态回波数据的RCS标定为例进行说明。

如图1所示，本发明的标定方法，包含以下步骤：

A、接收机输出电压与脉冲宽度间关系建模；

选定某一输入功率，在实验室内测量不同脉冲宽度下接收机的输出电压数据，建立输出电压与脉冲宽度间的二次曲线关系模型，即

log(U_o)＝b₂log²(T)+b₁log(T)+b₀      (1)

式中，U_o为接收机的输出电压；T为雷达发射电磁波脉冲宽度，单位为μs。b₂、b₁、b₀为各次项系数，通过曲线拟合确定。图2给出了-10dBmW输入功率下接收机输出电压与脉冲宽度间的关系曲线。

B、接收机输出电压与回波功率间关系建模；

选定某一参考AGC电压U_a0，在实验室内测量典型脉冲T₀宽度下，不同回波功率P_r对应的接收机输出电压数据，建立输出电压与回波功率间的一次曲线关系模型，即

log(U_o)＝c₁P_r+c₀        (2)

图3给出了AGC电压U_a0＝0.76V下接收机输出电压与回波功率间的关系曲线。P_r为回波功率；c₁、c₀为各次项系数，通过曲线拟合确定。

C、目标回波功率的获取；

利用公式(1)给出的输出电压与脉冲宽度间关系模型，将实测获取的接收机输出电压转换为典型脉冲宽度下的输出电压U_o2，即

U_o2＝U_oexp[b₂log²(T)+b₁log(T)-b₂log²(T₀)-b₁log(T₀)]     (3)

式中，将实测获得雷达接收机输出电压代入上式作为U_o的取值；将实测获得的雷达发射脉冲宽度代入上式作为T的取值。

再根据式(2)给出的典型脉冲宽度下输出电压与回波功率间的关系，得到下式，即

$P_r=\frac{1}{c_1}\log \left(U_o\right)-\frac{c_0}{c_1}---\left(4\right)$

式(4)中，U_o取式(3)中获得的电压U_o2，将由此获取的目标回波功率记为P_r1。

D、接收机AGC电压与回波功率间关系建模；

调整AGC电压，使实验室测量的不同输入功率下接收机的输出电压相同，建立AGC与输入回波功率间的四次曲线关系模型，即

$U_a=a_4{P}_r^4+a_3{P}_r^3+a_2{P}_r^2+a_1{P}_r+a_0---\left(5\right)$

式中，U_a为AGC电压，单位为V；P_r为雷达输入端回波功率，单位为dBmW；a₄、a₃、a₂、a₁、a₀分别为各次项系数，通过曲线拟合确定。图4给出了输出电压固定为1.22V下接收机AGC与回波功率间的关系曲线。

E、基于AGC电压的回波功率校正；

利用公式(5)给出了的接收机AGC电压与回波功率间关系，针对实测时接收机的AGC电压与步骤B中的参考AGC电压U_a0的差异，给出回波功率的修正值。图5为利用实测数据修正获取的目标回波功率曲线。

具体的，在修正目标回波功率时，将实测时接收机的AGC电压U_ac和参考AGC电压U_a0分别代入式(5)计算相应的回波功率，即

$U_{\mathrm{ac}}=a_4{P}_{\mathrm{rc}}^4+a_3{P}_{\mathrm{rc}}^3+a_2{P}_{\mathrm{rc}}^3+a_1{P}_{\mathrm{rc}}+a_0$

$U_{a0}=a_4{P}_{r0}^4+a_3{P}_{r0}^3+a_2{P}_{r0}^3+a_1{P}_{r0}+a_0$

将两次计算结果的差值ΔP＝P_rc-P_r0作为回波功率的修正值，对目标回波功率进行修正得到P_r2＝P_r1+ΔP。

F、待测控目标动态RCS的获取；

利用校正后的目标回波功率，根据雷达方程，利用获取的回波功率标定目标RCS(即，σ值)的公式如下，即

$\mathrm{\σ}=\frac{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{R}^4{P}_r}{{\mathrm{\λ}}^2{G}_r{G}_t{P}_t}---\left(6\right)$

式中，R为观测距离；P_r取修正后的接收回波功率P_r2；λ为电磁波工作波长；G_r和G_t分别为接收和发射天线增益；P_t为发射功率。图6为标定后的目标动态RCS曲线。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种基于自动增益控制电压修正的目标RCS标定方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、建立接收机的输出电压与脉冲宽度间的第一关系模型；

B、建立接收机的输出电压与回波功率间的第二关系模型；

C、利用第一关系模型，将实测获取的接收机输出电压转换为典型脉冲宽度下的输出电压，再利用第二关系模型，将典型脉冲宽度下的输出电压转换为目标回波功率；

D、建立接收机的AGC电压与回波功率间的第三关系模型；

E、利用第三关系模型，对获取的目标回波功率进行修正；

F、根据雷达方程，利用天线增益、发射功率、观测距离及修正后的目标回波功率，计算获取目标的雷达散射截面RCS。

2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，

建立所述第一关系模型时，是通过选定一输入功率，在实验室内测量不同脉冲宽度下对应的接收机输出电压，通过拟合建立接收机的输出电压与脉冲宽度间的二次曲线关系模型：

log(U_o)＝b₂log²(T)+b₁log(T)+b₀      式1

其中，U_o为接收机的输出电压，T为雷达发射电磁波的脉冲宽度；b₂、b₁、b₀为各次项系数，通过曲线拟合确定。

3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，

建立所述第二关系模型时，是通过选定一参考AGC电压U_a0，在实验室内测量典型脉冲宽度T₀下不同输入功率对应的接收机输出电压，通过拟合建立接收机的输出电压与回波功率间的一次曲线关系模型：

log(U_o)＝c₁P_r+c₀           式2

其中，P_r为回波功率，c₁、c₀为各次项系数，通过曲线拟合确定。

4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，

获取目标回波功率时，根据式1给出的第一关系模型，由下式将实测获取的接收机输出电压U_oc转换为典型脉冲宽度T₀下的输出电压U_o2：

U_o2＝U_ocexp[b₂log²(T_c)+b₁log(T_c)-b₂log²(T₀)-b₁log(T₀)]       式3

式3中，T_c为实测获得的雷达发射脉冲宽度；

再将式3的结果代入式2给出的第二关系模型中，通过下式获取目标回波功率P_r1：

$P_{r1}=\frac{1}{c_1}\log \left(U_{o2}\right)-\frac{c_0}{c_1}$       式4。

5.如权利要求4所述的方法，其特征在于，

建立所述第三关系模型时，在实验室内测量不同输入功率下接收机的AGC电压，通过拟合建立接收机的AGC电压与回波功率间的四次曲线关系模型：

$U_a=a_4{P}_r^4+a_3{P}_r^3+a_2{P}_r^2+a_1{P}_r+a_0$         式5

式5中，U_a为AGC电压；a₄、a₃、a₂、a₁、a₀分别为各次项系数，通过曲线拟合确定。

6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

修正目标回波功率时，利用第三关系模型，将实测时接收机的AGC电压U_ac和参考AGC电压U_a0分别代入式5计算相应的回波功率，即

$U_{\mathrm{ac}}=a_4{P}_{\mathrm{rc}}^4+a_3{P}_{\mathrm{rc}}^3+a_2{P}_{\mathrm{rc}}^3+a_1{P}_{\mathrm{rc}}+a_0$

$U_{a0}=a_4{P}_{r0}^4+a_3{P}_{r0}^3+a_2{P}_{r0}^3+a_1{P}_{r0}+a_0$

将两次计算结果的差值ΔP＝P_rc-P_r0作为回波功率的修正值，对目标回波功率进行修正得到P_r2＝P_r1+ΔP。

7.如权利要求5所述的方法，其特征在于，

利用修正后的目标回波功率P_r2，根据雷达方程，获取目标的雷达散射截面RCS值σ时，公式如下：

$\mathrm{\σ}=\frac{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{R}^4{P}_{r2}}{{\mathrm{\λ}}^2{G}_r{G}_t{P}_t}$        式6

式6中，R为观测距离λ为电磁波工作波长；G_r和G_t分别为接收和发射天线增益；P_t为发射功率。