海雜波測(cè)量定標(biāo)的姿態(tài)修正數(shù)據(jù)處理方法

張玉石尹雅磊許心瑜李慧明張浙東吳振森

①(西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院 西安 710071)

②(中國(guó)電波傳播研究所青島分所 青島 266107)

海雜波測(cè)量定標(biāo)的姿態(tài)修正數(shù)據(jù)處理方法

張玉石*①尹雅磊②許心瑜②李慧明②張浙東②吳振森①

①(西安電子科技大學(xué)物理與光電工程學(xué)院 西安 710071)

②(中國(guó)電波傳播研究所青島分所 青島 266107)

針對(duì)岸基海雜波測(cè)量雷達(dá)下視外定標(biāo)海浪運(yùn)動(dòng)的影響問(wèn)題，該文提出一種基于坐標(biāo)變換的姿態(tài)修正方法，該方法結(jié)合雷達(dá)信號(hào)采集過(guò)程和雷達(dá)方向圖因子，能夠有效解決外定標(biāo)過(guò)程中海面晃動(dòng)對(duì)定標(biāo)精度的影響。利用L波段岸基海雜波測(cè)量雷達(dá)獲取的外定標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析試驗(yàn)結(jié)果并對(duì)比姿態(tài)修正前后定標(biāo)精度的改善效果，結(jié)果表明該方法可大大提高定標(biāo)精度，可為改善岸基海雜波測(cè)量數(shù)據(jù)的普適性提供重要的技術(shù)支持。

雷達(dá)；海雜波；外定標(biāo)；測(cè)量雷達(dá)；有源雷達(dá)定標(biāo)器；坐標(biāo)變換

1 引言

為了有效解決海雜波對(duì)雷達(dá)目標(biāo)檢測(cè)影響的抑制問(wèn)題，海雜波特性研究多年來(lái)一直受到雷達(dá)領(lǐng)域廣泛的關(guān)注[1-7]。利用雷達(dá)測(cè)量實(shí)際海面的回波，并進(jìn)行實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)分析是研究海雜波特性一種最直接和有效的方法[8-10]。若要一部雷達(dá)測(cè)量的海雜波數(shù)據(jù)具有普適性，將其研究成果可應(yīng)用于其他雷達(dá)中，該雷達(dá)在雜波測(cè)量前必須進(jìn)行定標(biāo)(或校準(zhǔn))[11]?？梢哉f(shuō)雷達(dá)系統(tǒng)定標(biāo)是地海雜波測(cè)量必不可少的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，定標(biāo)主要分為內(nèi)定標(biāo)和外定標(biāo)。通過(guò)內(nèi)定標(biāo)可以消除雷達(dá)收發(fā)通道增益起伏、漂移等因素引起的信號(hào)相對(duì)變化，即對(duì)系統(tǒng)內(nèi)部誤差的校正；外定標(biāo)是對(duì)雜波測(cè)量雷達(dá)整體的絕對(duì)標(biāo)定，目的是獲得雜波散射特性的絕對(duì)值，即通過(guò)對(duì)已知雷達(dá)散射截面積(Radar Cross Section, RCS)目標(biāo)的測(cè)量來(lái)獲得未知目標(biāo)RCS的準(zhǔn)確值，這是與其他測(cè)量結(jié)果進(jìn)行對(duì)比的必要條件。

用于雷達(dá)定標(biāo)已知RCS的目標(biāo)稱為定標(biāo)體，根據(jù)采用的定標(biāo)體類型，外定標(biāo)又可分為無(wú)源定標(biāo)和有源定標(biāo)。無(wú)源定標(biāo)采用無(wú)源目標(biāo)，主要指金屬圓球、角反射器和龍伯透鏡反射器等[11]；有源定標(biāo)采用有源目標(biāo)，通常指有源定標(biāo)器(Active Radar Calibrator, ARC)[12]。雷達(dá)的承載平臺(tái)不同，所采用的外定標(biāo)方法也不同[13-18]，如車載平臺(tái)常采用上視無(wú)源定標(biāo)，機(jī)載平臺(tái)則需采用下視有源定標(biāo)。

岸基雷達(dá)通常指架設(shè)于海岸或海島上用于觀測(cè)海面雜波或用于警戒的雷達(dá)。受到架設(shè)場(chǎng)地和觀測(cè)區(qū)域的影響，制約了定標(biāo)方案的實(shí)施。雖然利用空中定標(biāo)體進(jìn)行定標(biāo)，可以大大減少背景雜波的影響，但是受到升空高度和空中管制等限制，實(shí)施困難較大，所以采用下視定標(biāo)仍不失為一種簡(jiǎn)單的方法。但與機(jī)載地雜波測(cè)量雷達(dá)定標(biāo)相比，定標(biāo)體需布置于海面上，定標(biāo)時(shí)海面背景的影響比地面更復(fù)雜。原因是，(1)定標(biāo)體需要搭載的載體，為方便實(shí)施，可采用木質(zhì)漁船或快艇，此時(shí)不僅只是海面作為定標(biāo)背景，船只也作為定標(biāo)背景的一部分，這就要求定標(biāo)體的RCS要足夠大，以提高信雜比；(2)海面背景的運(yùn)動(dòng)將引起定標(biāo)體晃動(dòng)與漂移等，從而導(dǎo)致進(jìn)行定標(biāo)時(shí)雷達(dá)采集到的定標(biāo)信號(hào)起伏較大，定標(biāo)數(shù)據(jù)結(jié)果不理想。

本文詳細(xì)闡述了海雜波測(cè)量定標(biāo)原理與基本方法，提出了岸基雷達(dá)下視外定標(biāo)基于坐標(biāo)變換的姿態(tài)修正方法，利用L波段海雜波測(cè)量雷達(dá)的外定標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)，分析了定標(biāo)時(shí)船只姿態(tài)的影響及姿態(tài)修正后的結(jié)果，結(jié)果表明通過(guò)姿態(tài)修正方法進(jìn)行定標(biāo)數(shù)據(jù)處理，可以獲得較高的定標(biāo)精度，說(shuō)明該方法的可行性和有效性，可為岸基雷達(dá)外定標(biāo)提供重要的技術(shù)支撐，進(jìn)而提高海雜波測(cè)量數(shù)據(jù)的普適性。

2 海雜波測(cè)量定標(biāo)方法

2.1 定標(biāo)原理

測(cè)量雷達(dá)的外定標(biāo)需對(duì)已知RCS目標(biāo)進(jìn)行測(cè)量，獲得雷達(dá)系統(tǒng)常數(shù)，進(jìn)而可得到海雜波散射系數(shù)的絕對(duì)值。外定標(biāo)一般在雷達(dá)測(cè)量的有效距離段區(qū)間布設(shè)已知RCS目標(biāo)，目標(biāo)可以是多個(gè)或?qū)蝹€(gè)RCS目標(biāo)進(jìn)行多次重復(fù)測(cè)試，為增大RCS目標(biāo)與背景之間的信雜比，通常采用ARC。ARC通常具有對(duì)雷達(dá)信號(hào)接收、放大及轉(zhuǎn)發(fā)功能。當(dāng)雷達(dá)發(fā)射功率、天線方向圖等參數(shù)和ARC天線參數(shù)已知時(shí)，雷達(dá)接收ARC轉(zhuǎn)發(fā)定標(biāo)信號(hào)的功率為

式中，Pt為雷達(dá)發(fā)射功率，Gr0為雷達(dá)接收天線增益，Gt0為雷達(dá)發(fā)射天線增益，Gr(θ(t),φ(t))為雷達(dá)接收天線方向性因子，Gt(θ(t),φ(t))為雷達(dá)發(fā)射天線方向性因子，θ(t)為俯角，φ(t)為方位角，λ為波長(zhǎng)，σc為定標(biāo)器RCS值，Gp為雷達(dá)接收衰減，R(t)為雷達(dá)與ARC間的距離，L為系統(tǒng)雙程損耗。

ARC的RCS值與波長(zhǎng)、收發(fā)天線增益、電路系統(tǒng)增益成正比[12]。定標(biāo)中當(dāng)雷達(dá)波束主軸與ARC主波束對(duì)準(zhǔn)時(shí)，雷達(dá)接收ARC的RCS值最大，即ARC設(shè)計(jì)的理想RCS。但實(shí)際定標(biāo)試驗(yàn)時(shí)，常常存在波束不對(duì)準(zhǔn)的情況。假設(shè)當(dāng)雷達(dá)回波數(shù)據(jù)中ARC出現(xiàn)最大值時(shí)的俯仰方位角度為(θm,φm)。而ARC的理想RCS值σcm已知，則t時(shí)刻實(shí)際RCS為

式中，Gct(θc(t),φc(t ))為ARC發(fā)射天線方向性因子，Gcr(θc(t),φc(t ))為ARC接收天線方向性因子。由此，將實(shí)際RCS值代入式(1)即可求得雷達(dá)系統(tǒng)常數(shù)。

2.2 試驗(yàn)方法

岸基雷達(dá)在進(jìn)行海雜波測(cè)量時(shí)，雷達(dá)波束下俯指向海面，接收海面后向散射回波信號(hào)。為獲取較大角度范圍下的雜波數(shù)據(jù)并降低周圍地物環(huán)境對(duì)雜波測(cè)量的影響，岸基海雜波測(cè)量雷達(dá)通常架設(shè)于沿岸或距離海面較近的高地上。因此，對(duì)其進(jìn)行外定標(biāo)，在下視模式情況下往往需將定標(biāo)體投放在海面上。為獲得較高的定標(biāo)信雜比，要求定標(biāo)體具有較大的RCS值，較為常用的定標(biāo)體為ARC。將ARC放置于海上定標(biāo)時(shí)ARC隨著海面狀態(tài)變化會(huì)出現(xiàn)漂移、方位俯仰角度偏轉(zhuǎn)等現(xiàn)象，需要進(jìn)行有效的姿態(tài)修正。

定標(biāo)試驗(yàn)時(shí)通常將ARC架設(shè)于反射截面較小的木質(zhì)漁船或快艇上。岸基雷達(dá)由于不像機(jī)載雷達(dá)那樣受飛行時(shí)間和架次的限制，對(duì)于定標(biāo)試驗(yàn)來(lái)講，其可操控性較強(qiáng)。因此，若實(shí)現(xiàn)在其波束照射范圍內(nèi)多個(gè)定標(biāo)點(diǎn)的定標(biāo)，可通過(guò)架設(shè)一套ARC后漁船航行至指定定標(biāo)點(diǎn)的方式來(lái)實(shí)現(xiàn)。

試驗(yàn)過(guò)程中，首先需要進(jìn)行時(shí)間同步，確保雷達(dá)采集回波數(shù)據(jù)和ARC記錄數(shù)據(jù)時(shí)間保持在一個(gè)基準(zhǔn)上，以便對(duì)照準(zhǔn)確的采集時(shí)間進(jìn)行定標(biāo)信號(hào)的詳細(xì)分析；接著需要對(duì)ARC的GPS位置和姿態(tài)的實(shí)時(shí)記錄，用于定標(biāo)數(shù)據(jù)處理過(guò)程的姿態(tài)修正；另外需要對(duì)試驗(yàn)過(guò)程中一些異?，F(xiàn)象進(jìn)行詳細(xì)記錄，為數(shù)據(jù)處理與分析提供最直接的依據(jù)，以便在數(shù)據(jù)中剔除異常信號(hào)。

3 定標(biāo)數(shù)據(jù)處理方法

一次定標(biāo)試驗(yàn)獲取的數(shù)據(jù)主要包括以下幾類：(1)雷達(dá)采集的回波數(shù)據(jù)，含海雜波數(shù)據(jù)、搭載船只回波數(shù)據(jù)、船只與ARC回波數(shù)據(jù)；(2)ARC采集數(shù)據(jù)；(3)全球定位系統(tǒng)(Global Positioning System, GPS)及姿態(tài)數(shù)據(jù)。定標(biāo)數(shù)據(jù)處理首先需要根據(jù)GPS時(shí)間和位置信息，尋找定標(biāo)信號(hào)最大值；接著進(jìn)行信雜比估算和異常信號(hào)剔除，保留有效數(shù)據(jù)；最后在進(jìn)行姿態(tài)修正基礎(chǔ)上根據(jù)雷達(dá)方程計(jì)算系統(tǒng)常數(shù)。

3.1 坐標(biāo)變換

試驗(yàn)過(guò)程中，波浪將引起船只橫滾、傾斜和方位姿態(tài)的變化，使得ARC在雷達(dá)天線波束中的位置以及雷達(dá)在ARC天線波束中的位置隨時(shí)間變化，將導(dǎo)致ARC的RCS發(fā)生變化。也就是說(shuō)，在雷達(dá)系統(tǒng)常數(shù)計(jì)算過(guò)程中需考慮兩者方向圖因子實(shí)時(shí)變化的影響并進(jìn)行修正。這些參數(shù)的計(jì)算需要在不同的坐標(biāo)系下進(jìn)行，這就涉及到坐標(biāo)轉(zhuǎn)換的過(guò)程[19-21]，本試驗(yàn)涉及到的兩個(gè)主要坐標(biāo)轉(zhuǎn)換為：ARC坐標(biāo)轉(zhuǎn)換和雷達(dá)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換。

3.1.1 坐標(biāo)系定義 本試驗(yàn)數(shù)據(jù)處理主要涉及到的坐標(biāo)系定義為：(1)地理參考坐標(biāo)系XnYnZn，以地理正北為基準(zhǔn)(Xn軸)的地理坐標(biāo)系，Zn向上，呈右手螺旋關(guān)系；(2)ARC理想坐標(biāo)系XaYaZa，以雷達(dá)天線指向在地面投影指向的反方向?yàn)閄a，向上為Za; (3)ARC實(shí)際坐標(biāo)系XbYbZb，以指向雷達(dá)天線的方向?yàn)閄b，向上為Zb; (4)ARC俯仰坐標(biāo)系為XcYcZc, ARC俯仰角為α(上仰為正)；(5)ARC橫滾坐標(biāo)系為XdYdZd，橫滾角為β(當(dāng)船只與雷達(dá)垂直時(shí)，順時(shí)針為正)；(6)雷達(dá)指向坐標(biāo)系XsYsZs，以雷達(dá)天線指向的方向?yàn)閄s，向上為Zs; (7)雷達(dá)實(shí)際坐標(biāo)系XrYrZr，以雷達(dá)實(shí)際指向ARC所在位置的方向?yàn)閄r，向上為Zr。

3.1.2 ARC坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 設(shè)回波數(shù)據(jù)中ARC出現(xiàn)最大值時(shí)，以雷達(dá)為視角時(shí)，ARC的位置為(θm,φm)。則坐標(biāo)變換關(guān)系為：(1)理想坐標(biāo)系到俯仰坐標(biāo)系變換矩陣為(沿Y軸旋轉(zhuǎn)，上仰取正，下俯取負(fù)，即迎Y軸看順時(shí)針旋轉(zhuǎn))

(2)俯仰坐標(biāo)系到橫滾坐標(biāo)系的變換矩陣為(沿X軸旋轉(zhuǎn)，迎ARC逆時(shí)針為正)

(3)橫滾坐標(biāo)系到ARC實(shí)際坐標(biāo)系變換矩陣為(沿Z軸旋轉(zhuǎn)，即迎Z軸看順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正)

則，總變換過(guò)程為

即，T=TαTβTφ0。根據(jù)式(7)即可求出ARC實(shí)際指向雷達(dá)的俯仰角和方位角(θc,φc)

3.1.3 雷達(dá)坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換 ARC出現(xiàn)最大值時(shí)，ARC為視角時(shí)雷達(dá)位置為(θsm,φsm)，有關(guān)系φsm=φm-π，從雷達(dá)指向坐標(biāo)系到實(shí)際坐標(biāo)系變換矩陣為(先沿Y軸旋轉(zhuǎn)，上仰取負(fù)，下俯取正；再沿Z軸旋轉(zhuǎn)，即迎Z軸看順時(shí)針旋轉(zhuǎn)為正)：XsYsZs即

3.2 姿態(tài)修正

設(shè)雷達(dá)每次采集用時(shí)為Δt1，記海浪變化周期為Δts，姿態(tài)記錄間隔為Δt0。為提高定標(biāo)精度，姿態(tài)記錄采樣頻率和海浪周期間需至少滿足Δts/Δt0＞100，以確保姿態(tài)記錄采樣樣本點(diǎn)數(shù)。在實(shí)際的定標(biāo)試驗(yàn)中，根據(jù)ARC搭載船只類型的不同，導(dǎo)致其橫滾角和傾斜角變化不同。設(shè)橫滾角、傾斜角、方位角的變化周期分別為Δta,Δtb,ctΔ，那么在進(jìn)行姿態(tài)修正時(shí)，則令Δts=min{Δta,Δtb,Δtc}，即依據(jù)姿態(tài)變化最快原則確定需修正的最短間隔。在此基礎(chǔ)上，進(jìn)一步根據(jù)雷達(dá)采集時(shí)長(zhǎng)，確定姿態(tài)修正的優(yōu)選時(shí)間段為

當(dāng)前雷達(dá)采集數(shù)據(jù)的對(duì)應(yīng)時(shí)刻為t時(shí)，外定標(biāo)目標(biāo)有效姿態(tài)數(shù)據(jù)段為[t-Δt,t]時(shí)間內(nèi)的姿態(tài)數(shù)據(jù)。確定有效姿態(tài)數(shù)據(jù)段后，在坐標(biāo)變換基礎(chǔ)上，即可獲得某一個(gè)具體時(shí)刻雷達(dá)方向圖因子和ARC的方向圖因子，進(jìn)而完成對(duì)姿態(tài)變化影響的修正。上述的過(guò)程需對(duì)雷達(dá)每一次的采集回波數(shù)據(jù)進(jìn)行，并在一段時(shí)間內(nèi)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)平均處理，最終獲得一次定標(biāo)的系統(tǒng)常數(shù)。

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 試驗(yàn)過(guò)程描述

為驗(yàn)證基于坐標(biāo)變換的姿態(tài)修正方法用于岸基雷達(dá)外定標(biāo)的有效性，利用中國(guó)電波傳播研究所架設(shè)于海拔100 m高沿岸平臺(tái)上的L波段海雜波觀測(cè)雷達(dá)[22]開(kāi)展了外定標(biāo)試驗(yàn)。試驗(yàn)雷達(dá)和參試ARC的主要技術(shù)參數(shù)如表1所示。

ARC的搭載船只選用木質(zhì)漁船，在雷達(dá)觀測(cè)的擦地角范圍內(nèi)，設(shè)定了3個(gè)定標(biāo)點(diǎn)，分別為1, 2, 3號(hào)點(diǎn)，對(duì)應(yīng)擦地角分別為3.0°, 4.4°, 1.5°。在試驗(yàn)前，采用GPS設(shè)備對(duì)所有參試設(shè)備進(jìn)行對(duì)時(shí)，確保時(shí)間基準(zhǔn)。采用姿態(tài)記錄儀實(shí)時(shí)記錄定標(biāo)器天線的姿態(tài)變化，記錄姿態(tài)數(shù)據(jù)包括橫滾角、傾斜角、方位角，其采集步長(zhǎng)為10 ms。試驗(yàn)過(guò)程中，當(dāng)船只航行至指定定標(biāo)點(diǎn)后，將船只拋錨，雷達(dá)隨后采集一段時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)，即船只和海面背景回波數(shù)據(jù)；接著打開(kāi)ARC的轉(zhuǎn)發(fā)功能，ARC開(kāi)始工作，雷達(dá)采集一段時(shí)長(zhǎng)數(shù)據(jù)，即ARC定標(biāo)信號(hào)數(shù)據(jù)；一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)數(shù)據(jù)獲取后，航行至下一個(gè)定標(biāo)點(diǎn)，如此反復(fù)，獲取多組定標(biāo)數(shù)據(jù)樣本。試驗(yàn)需選擇海情較低以及能見(jiàn)度較好的天氣進(jìn)行，一方面便于海上外場(chǎng)試驗(yàn)的實(shí)施，另一方面降低海浪運(yùn)動(dòng)引起船只晃動(dòng)的幅度，降低數(shù)據(jù)的離散度以提高外定標(biāo)的精度。以下給出的試驗(yàn)結(jié)果均是在2級(jí)海況下開(kāi)展試驗(yàn)獲得的。

表1 外定標(biāo)試驗(yàn)雷達(dá)與ARC主要技術(shù)參數(shù)

4.2 試驗(yàn)結(jié)果

圖1給出了某次定標(biāo)數(shù)據(jù)的雷達(dá)回波灰度圖，可以看出ARC在開(kāi)和關(guān)狀態(tài)下信號(hào)的差別非常明顯。ARC在關(guān)斷狀態(tài)下，雷達(dá)采集海面和船只回波信號(hào)，即定標(biāo)時(shí)的背景回波；ARC開(kāi)啟狀態(tài)下，ARC作為標(biāo)準(zhǔn)RCS點(diǎn)目標(biāo)信號(hào)，接收雷達(dá)信號(hào)并轉(zhuǎn)發(fā)給雷達(dá)。對(duì)比兩種狀態(tài)可知，定標(biāo)時(shí)的信雜比在30 dB以上，定標(biāo)數(shù)據(jù)有效，可進(jìn)行定標(biāo)數(shù)據(jù)處理。

圖1 ARC開(kāi)與關(guān)兩種狀態(tài)下雷達(dá)回波灰度圖

由姿態(tài)記錄設(shè)備實(shí)時(shí)采集的某次定標(biāo)姿態(tài)角度信息如圖2所示。從結(jié)果可以看出，橫滾角度的起伏變化較小，傾斜角度變化較大，最大達(dá)到了10°。角度范圍變化最大的是方位角度，有些情況下偏離理想指向約15°，但方位角度變化速率較慢，而橫滾和傾斜角度變化速率較快，小的抖動(dòng)較多。這些姿態(tài)角度的變化將引起雷達(dá)定標(biāo)信號(hào)的劇烈起伏，定標(biāo)數(shù)據(jù)處理中必須予以修正。

圖3給出了采用姿態(tài)修正和不采用姿態(tài)修正兩種情況下多次定標(biāo)得到的雷達(dá)系統(tǒng)常數(shù)，姿態(tài)修正前后與分別獲得的系統(tǒng)常數(shù)相對(duì)偏差結(jié)果如圖4所示，其中相對(duì)偏差用(L為實(shí)際定標(biāo)值，為其平均值)衡量?？梢钥闯鲈谧藨B(tài)修正前，多次定標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果間的離散度較大，其中系統(tǒng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差達(dá)到了4.8 dB；采用基于坐標(biāo)變換的姿態(tài)修正方法后，結(jié)果得到了明顯改善，其系統(tǒng)常數(shù)的標(biāo)準(zhǔn)偏差降低至0.9 dB，獲得了較高的定標(biāo)精度。

圖2 同步采集定標(biāo)器天線的姿態(tài)角度變化

圖3 定標(biāo)姿態(tài)修正前后兩種狀態(tài)雷達(dá)系統(tǒng)常數(shù)對(duì)比

圖4 兩種情況下系統(tǒng)常數(shù)的相對(duì)偏差對(duì)比

4 結(jié)束語(yǔ)

將定標(biāo)體放置于晃動(dòng)的海面上，是岸基海雜波測(cè)量雷達(dá)的最容易實(shí)施的一種下視外定標(biāo)方法，但同時(shí)也帶來(lái)了海面晃動(dòng)對(duì)定標(biāo)精度影響的問(wèn)題。通過(guò)基于坐標(biāo)變換的姿態(tài)修正數(shù)據(jù)處理方法，將搭載船只姿態(tài)變化對(duì)外定標(biāo)結(jié)果的影響進(jìn)行修正。通過(guò)對(duì)L波段雷達(dá)外定標(biāo)試驗(yàn)數(shù)據(jù)結(jié)果的對(duì)比分析，可以看出該修正處理方法能夠較好地補(bǔ)償船只晃動(dòng)對(duì)定標(biāo)結(jié)果的影響，獲得了較高的定標(biāo)精度，說(shuō)明了該方法的可行性和有效性。

[1] Posner F L. Spiky sea clutter at high range resolutions and very low grazing angles[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2002, 38(1): 58-73.

[2] Melief H W, Greidanus H, Genderen P V, et al.. Analysis of sea spikes in radar sea clutter data[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 2006, 44(4): 985-993.

[3] Watts S. Modeling and simulation of coherent sea clutter[J]. IEEE Transactions on Aerospace and Electronic Systems, 2012, 48(4): 3303-3317.

[4] Karimian A, Yardim C, Gerstoft P, et al.. Multiple grazing angle sea clutter modeling[J]. IEEE Transactions on Antennas and Propagation, 2012, 60(9): 4408-4417.

[5] Dong Y. Optimal coherent radar detection in a K-distributed clutter environment[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2012, 6(5): 283-292.

[6] Ward K, Tough R, and Watts S. Sea Clutter: Scattering, the K Distribution and Radar Performance[M]. 2nd Edition, London: The Institution of Engineering and Technology, 2013: 17-52.

[7] 張玉石, 許心瑜, 尹雅磊, 等. L波段小擦地角海雜波幅度統(tǒng)計(jì)特性研究[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2014, 36(5): 1044-1048.

Zhang Yu-shi, Xu Xin-yu, Yin Ya-lei, et al.. Research on amplitude statistics of L-band low grazing angle sea clutter[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2014, 36(5): 1044-1048.

[8] Walker D. Doppler modelling of radar sea clutter[J]. IEE Proceedings-F Radar Sonar and Navigation, 2001, 148(2): 73-80.

[9] Greco M, Gini F, and Rangaswamy M. Statistical analysis of measured polarimetric clutter data at different range resolutions[J]. IEE Proceedings-F Radar Sonar and Navigation, 2006, 153(6): 473-481.

[10] Dong Y and Merrett D. Analysis of L-band multi-channel sea clutter[J]. IET Radar, Sonar & Navigation, 2010, 4(2): 223-238.

[11] Ulaby F T, Moore R K, and Fung A K. Microwave Remote Sensing Vol. II: Radar Remote Sensing and Surface Scattering and Emission Theory[M]. Massachusetts: Addison-Wesley, 1982: 190-205.

[12] Brunfeldt D R and Ulaby F T. Active reflector for radar calibration[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1984, GE-22(2): 165-168.

[13] Freeman A, Alves M, Chapman B, et al.. SIR-C data quality and calibration results[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1995, 33(4): 848-857.

[14] Li L H, Heymsfield G M, Tian L, et al.. Measurements of ocean surface backscattering using an airborne 94-GHz cloud radar-implication for calibration of airborne and spaceborne W-Band radars[J]. Journal of Atmospheric and Oceanic Technology, 2005, 22(17): 1033-1045.

[15] Freeman A. SAR calibration: an overview[J]. IEEE Transactions on Geoscience and Remote Sensing, 1992, 30(6): 1107-1121.

[16] Herselman P L, Baker C J, and de Wind H J. An analysis of X-band sea clutter and small boat reflectivity at medium-to-low grazing angles[J]. International Journal of Navigation and Observation, 2008, 2008: Article ID 347518.

[17] 朱金臺(tái), 董曉龍, 林文明, 等. Ku波段旋轉(zhuǎn)掃描扇形波束散射計(jì)地面擴(kuò)展目標(biāo)在軌定標(biāo)[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2013, 35(8): 1793-1799.

Zhu Jin-tai, Dong Xiao-long, Lin Wen-ming, et al.. Calibration of the Ku-band rotating fan-beam scatterometer using land extended-area targets[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2013, 35(8): 1793-1799.

[18] 何杰穎, 張升偉. K波段微波輻射計(jì)通道優(yōu)化和定標(biāo)研究[J].電波科學(xué)學(xué)報(bào), 2012, 27(5): 1012-1018.

He Jie-ying and Zhang Sheng-wei. Channel selection and calibration of K band microwave radiometer[J]. Chinese Journal of Radio Science, 2012, 27(5): 1012-1018.

[19] 康士峰, 羅賢云, 葛德彪, 等. 任意姿態(tài)機(jī)載PD雷達(dá)三維地雜波算法研究[J]. 電子學(xué)報(bào), 2000, 28(3): 21-24.

Kang Shi-feng, Luo Xian-yun, Ge De-biao, et al.. Study on algorithm of 3D terrian clutter for airborne PD radar with arbitrary postures[J]. Acta Electronica Sinica, 2000, 28(3): 21-24.

[20] 李亮, 洪峻, 明峰, 等. 一種基于有源定標(biāo)器的電離層對(duì)星載SAR定標(biāo)影響校正方法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2012, 34(5): 1096-1101.

Li Liang, Hong Jun, Ming Feng, et al.. An approach for ionospheric effects correction on spaceborne SAR calibration based on active radar calibrator[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2012, 34(5): 1096-1101.

[21] 李飛, 糾博, 劉宏偉. 基于隨機(jī)霍夫變換的干涉ISAR橫向定標(biāo)算法[J]. 電子與信息學(xué)報(bào), 2013, 35(1): 49-55.

Li Fei, Jiu Bo, and Liu Hong-wei. A novel method of cross-range scaling interferometric ISAR based on randomized Hough transform[J]. Journal of Electronics & Information Technology, 2013, 35(1): 49-55.

[22] Zhang Yu-shi, Wu Zhen-sen, Zhang Zhe-dong, et al.. Applicability of sea clutter models in nonequilibrium sea conditions[C]. Proceedings of the IET International Radar Conference, Guilin, China, 2009: 12.

張玉石： 男，1978 年生，高級(jí)工程師，博士生，研究方向?yàn)榈睾ｋs波測(cè)試系統(tǒng)與方法、地海雜波特性與建模等.

尹雅磊： 女，1982 年生，工程師，碩士，研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理、雜波數(shù)據(jù)模擬及分析.

許心瑜： 女，1982 年生，工程師，碩士，研究方向?yàn)楹ｋs波數(shù)據(jù)處理及特性研究.

李慧明： 男，1981 年生，工程師，研究方向?yàn)榈睾ｋs波測(cè)試與軟件及地海雜波數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用技術(shù).

張浙東： 男，1976 年生，高級(jí)工程師，研究方向?yàn)榈睾ｋs波數(shù)據(jù)庫(kù)與應(yīng)用技術(shù).

吳振森： 男，1946年生，教授，博士生導(dǎo)師，研究方向?yàn)殡S機(jī)介質(zhì)、非均勻介質(zhì)中電磁(光)波的傳播與散射、目標(biāo)激光散射特性和電磁散射等.

Data Processing Method of Posture Correction for Calibration of Sea Clutter Measurement

Zhang Yu-shi①Yin Ya-lei②Xu Xin-yu②Li Hui-ming②Zhang Zhe-dong②Wu Zhen-sen①

①(School of Physics Optoelectronic Engineering, Xidian University, Xi’an 710071, China)
②(China Research Institute of Radiowave Propagation, Qingdao 266107, China)

The external calibration of shore-based sea clutter measurement radar faces the problems with influence of sea wave motion. This paper proposes a posture correction method based on a coordinate transformation. The proposed method which combines the radar signal acquisition process and radar antenna direction factor, can effectively solve the effect of sloshing on the accuracy of the external calibration. Using the external calibration trial data collected by L-band shore-based sea clutter measurement radar, the experimental results are analyzed and compared with posture correction improvement on the calibration accuracy. The results show that the proposed method can greatly improve the accuracy of the calibration and is important to provide technical support for universal adaptability of the real sea clutter data.

Radar; Sea clutter; External calibration; Measurement radar; Active radar calibrator; Coordinate transformation

TN957.51

A

1009-5896(2015)03-0607-06

10.11999/JEIT140659

2014-05-19 收到，2014-07-18改回

*通信作者：張玉石 zhang10695@126.com