[发明专利]一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法

摘要

本发明公开了一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法，该方法有三个步骤，第一步建立一个校准模型，该校准模型包含了接收天线的串扰参数，通道不平衡的参数，发射天线的串扰参数。第二步采用一个一面为格栅的三面角校准器作为探测目标，将不同方向格栅三面角的散射矩阵代入到校准模型中，经过计算可以得到所有的串扰参数以及通道不平衡参数。第三步将得到的各个串扰参数以及不平衡参数代入到校准模型中，这样可以得到校准后的天线收发信号，从中可以提取出校准后的极化散射矩阵。

主权项

1.一种用于混合紧缩极化探地雷达系统的极化校准方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤一：考虑到天线串扰以及在测量中所产生的极化通道不平衡等因素采用了如下模型：其中M表示天线接收到的信号，I表示天线的耦合，N表示环境噪声，是一个复杂的系数，其中，天线的耦合可以通过目标信号减去背景信号去除，因为在微波暗室中进行校准实验，可以不予考虑环境噪声的影响，因此运用如下的系统模型：式中，A为Z的振幅系数；为Z的相位系数，S表示目标理想的极化散射矩阵，R、T分别表示接收天线和发射天线的参数，而复数系数可通过归一化简化消除，因此实验观测到的极化散射矩阵可以展开为： M R H M R V = 1 δ 2 δ 1 f · S H H S H V S V H S V V · T H T V - - - ( 3 ) ]]> T H T V = 1 2 1 - j · δ c - - - ( 4 ) ]]>其中δ1和δ2表示接收天线的串扰参数，f表示通道不平衡的参数，δc表示发射天线的串扰参数，为了计算这些参数用于极化校准，需要使用已知极化散射矩阵的格栅三面角作为校准器；步骤二：选用校准器作为探测目标，针对混合紧缩极化模式选用了格栅三面角作为校准器，格栅三面角与普通三面角(三个两两垂直的等腰直角三角形面组成)结构类似，不同之处在于，其中一面替换为了密集的格栅(与入射波长有关)；当不考虑损耗，就可以假定理想的回波信号中的振幅系数和相位系数已知并通过归一化来进行简化，之后可以得到： [ S g t 1 ] = 1 0 0 0 - - - ( 5 ) ]]> [ S g t 2 ] = 0 0 0 1 - - - ( 6 ) ]]>其中，Sgt1表示θ＝0，时格栅三面角的极化散射矩阵，Sgt2表示θ＝0，φ＝0时格栅三面角的极化散射矩阵；将(5)和(6)代入到极化校准模型(3)和(4)之中，经过计算后可以得到： δ 1 = M R V g t 1 M R H g t 1 δ 2 = M R H g t 2 M R H g t 1 · j δ c = 2 M R H g t 1 f = M R V g t 2 M R H g t 1 · j - - - ( 7 ) ]]>(7)式中的在校准时，将天线阵中心保持在格栅三面角格栅那面的中心，需要取信号到达时刻附近的值进行计算，因为在进行校准时，仍然存在直达波与环境噪声的影响，在校准器与雷达距离确定的情况下，可以算出信号的到达时刻，再进行计算能够减小误差；步骤三：将得到的串扰参数和不平衡参数代入到极化校准模型中，可以得到校准后的天线接收信号，再通过如下公式还原目标的极化散射矩阵： P R H P R V = S H H T H + S V H T V S H V T H + S V V T V - - - ( 8 ) ]]>每个极化天线接收到的信号都包含了两个部分，即水平极化波和垂直极化波的反射信号，因为采用的是右旋圆极化天线，且经过极化校正后可以不考虑串扰，可以得到： T H T V = 1 2 1 - j - - - ( 9 ) ]]>将上式代入(8)可以得到: S H H = 2 r e a l ( P R H ) - - - ( 10 ) . ]]> S V H = - 2 i m a g ( P R H ) ]]> S H V = 2 r e a l ( P R V ) ]]> S V V = - 2 i m a g ( P R V ) ]]>