CN102435987A - 基于单支连续太赫兹激光源的rcs测量装置 - Google Patents

Abstract

基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，属于太赫兹雷达散射截面测量技术领域。它解决了2.52THz波段的不同尺寸目标雷达散射截面的测量问题。本发明包括CO2激光泵浦连续太赫兹激光器、斩波器、分光片、电控可变扩束比装置、P3离轴抛物面镜、P2离轴抛物面镜、精密运动平台、M1全反镜、P1离轴抛物面镜、散射信号探测器、第一锁相放大器模块、计算机和斩波器的驱动器。本发明适用于不同尺寸目标雷达散射截面的测量。

Description

基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置

技术领域

本发明涉及一种基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，属于太赫兹雷达散射截面测量技术领域。

背景技术

太赫兹(Terahertz，简称THz)辐射通常指的是频率在0.1-10THz范围内的电磁辐射，此波段内的电磁辐射可以穿透大多数非金属非极性物质。太赫兹雷达相对于其他波段雷达，具有适中的搜索能力、覆盖范围和空间分辨率，是目前国内外太赫兹技术研究的重点课题。

雷达散射截面(radar cross section，缩写RCS)是雷达中的重要参数，对雷达系统设计、目标识别和隐身技术都具有重要的指导意义。由于理论计算不能给出目标精确的实际RCS，因此目标实际RCS的测量至关重要。利用太赫兹源不仅可以测量太赫兹波段的RCS，还可以通过频率缩比技术对大尺寸目标缩比模型的测量，获得微波波段大尺寸目标的RCS，从而大大降低大尺寸目标微波波段RCS测量成本并缩短测量周期。

截止目前，国际上只有美国、德国、丹麦和芬兰对球体、飞机和坦克缩比模型、圆柱体等目标进行了RCS测量。国外太赫兹RCS测量装置所使用THz源可划分为3类：飞秒激光器泵浦晶体的THz激光器，两支CO2激光泵浦气体THz激光器，信号合成器或网络分析仪。截至目前，第一种THz源的测量波段在0.1-2THz，第三种THz源的测量波段小于0.75THz，而利用两支CO2激光泵浦气体THz激光器的测量波段不超过1.56THz，尚没有2.52THz波段的测量报道。使用飞秒激光器泵浦晶体的THz激光器或两支CO2激光泵浦气体THz激光器的目标RCS测量装置，其体积庞大、结构复杂、制作和使用成本高。

此外，截至目前，现有的太赫兹RCS测量装置中，均没有调节扩束比的装置，只能针对尺寸相差不大的目标进行测量。测量尺寸相差较大的不同目标时，如不改变照射到测量目标的平行光束尺寸，势必会产生较大的测量误差。

发明内容

本发明为了解决2.52THz波段的不同尺寸目标雷达散射截面的测量问题，提供一种基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置。

本发明所述基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，它包括CO2激光泵浦连续太赫兹激光器、斩波器、分光片、电控可变扩束比装置、P3离轴抛物面镜、P2离轴抛物面镜、精密运动平台、M1全反镜、P1离轴抛物面镜、散射信号探测器、第一锁相放大器模块、计算机和斩波器的驱动器，

CO2激光泵浦连续太赫兹激光器输出的平行光束经斩波器斩波后入射至分光片，经分光片透射的透射光束经电控可变扩束比装置扩束后，入射至P3离轴抛物面镜，P3离轴抛物面镜将其入射光束反射后入射至P2离轴抛物面镜，再经P2离轴抛物面镜反射后，入射至精密运动平台上的待测目标或标准目标，经待测目标或标准目标散射的后向散射光束入射至M1全反镜，M1全反镜反射的光束经P1离轴抛物面镜反射后，形成的输出光束被散射信号探测器的光敏面接收，散射信号探测器的电信号输出端连接第一锁相放大器模块的电信号输入端，第一锁相放大器模块的放大信号输出端连接计算机的数据采集卡的探测信号输入端，

斩波器的驱动器的驱动信号输出端连接斩波器的驱动信号输入端，斩波器的驱动器的驱动信号输出端同时连接数据采集卡的触发信号输入端和第一锁相放大器模块的参考信号输入端；

所述CO2激光泵浦连续太赫兹激光器输出的平行光束、P2离轴抛物面镜反射的光束及P1离轴抛物面镜反射形成的输出光束的光轴相互平行；

所述计算机内部还包括电控可变扩束控制模块和待测目标RCS反演计算模块，

电控可变扩束控制模块用于根据待测目标尺寸，设置电控可变扩束比装置的相应参数；

目标RCS反演计算模块用于根据计算机的数据采集卡采集的数据计算获得待测目标的RCS。

所述测量装置还包括P4离轴抛物面镜、参考信号探测器和第二锁相放大器模块，

分光片的反射光入射至P4离轴抛物面镜，经P4离轴抛物面镜反射形成的输出光束被参考信号探测器的光敏面接收，参考信号探测器的电信号输出端连接第二锁相放大器模块的电信号输入端，第二锁相放大器模块的放大信号输出端连接计算机的数据采集卡的参考信号输入端；

第二锁相放大器模块的参考信号输入端连接斩波器的驱动器的驱动信号输出端。

所述精密运动平台由标准目标电控平移台和待测目标电控平移台组成，

所述标准目标电控平移台和待测目标电控平移台上的滑道相互平行，标准目标固定架通过固定底板与标准目标电控平移台的平移台面连接，标准目标固定架的上端面上固定标准目标电控旋转台，标准目标电控旋转台的旋转台面上设置标准目标，

待测目标固定架通过固定底板与待测目标电控平移台的平移台面连接，待测目标固定架的上端面上固定待测目标电控旋转台，待测目标电控旋转台的旋转台面上设置待测目标；

所述计算机内部还设置平台控制模块，平台控制模块用于控件两个目标电控平移台步进电机工作，所述两个目标电控平移台步进电机分别用于驱动标准目标固定架和待测目标固定架沿其所在的电控平移台的滑道运动，

平台控制模块还用于控制两个目标电控旋转台步进电机电机工作，所述两个目标电控旋转台步进电机分别用于驱动标准目标电控旋转台和待测目标电控旋转台做旋转运动。

所述测量装置还包括M2全反镜，精密运动平台位于所述M2全反镜的反射面与P2离轴抛物面镜之间，P2离轴抛物面镜的反射光入射至M2全反镜的反射面，所述M2全反镜的反射面法线与其入射光的光轴之间的夹角大于45度并且小于90度。

所述测量装置还包括屏蔽舱，屏蔽舱用于将电控可变扩束比装置、P3离轴抛物面镜、P2离轴抛物面镜、精密运动平台、M1全反镜、P1离轴抛物面镜和M2全反镜罩于其内，

所述屏蔽舱的舱壁上设置有入射窗口和出射窗口，分光片的透射光通过所述入射窗口入射至电控可变扩束比装置的光接收端，P1离轴抛物面镜的反射光通过所述出射窗口入射至散射信号探测器的光敏面。

所述待测目标或标准目标的入射光束与散射光束的夹角小于5°。

计算机的数据采集卡的型号为PCI-1716。

所述电控可变扩束比装置包括第一全反镜、第二全反镜、离轴抛物面镜、一组置换离轴抛物面镜、第一电控平移台、第二电控平移台、第三电控平移台、第一电控升降台、第二电控升降台、第一电控旋转台、第二电控旋转台、第三电控旋转台、第四电控旋转台、第一固定支架、第二固定支架、光学平台和控制器，

离轴抛物面镜与一组置换离轴抛物面镜中的任一个组成共焦离轴抛物面镜组，

第一全反镜固定安装在第三电控旋转台的旋转台面上，且所述第一全反镜的反射面与该第三电控旋转台的旋转台面相垂直，第三电控旋转台的底面固定在第一固定支架的上端面，

一组置换离轴抛物面镜沿竖直方向依次固定安装在第一电控升降台的升降台面上，所述第一电控升降台的固定部件固定安装在第一电控旋转台的旋转台面上，

第一固定支架和第一电控旋转台均固定安装在第三电控平移台上，并分别通过固定底板与所述第三电控平移台滑动连接，

第一电控平移台和第二电控平移台相对平行固定安装在光学平台上；第三电控平移台跨接在第一电控平移台和第二电控平移台之间，并且第三电控平移台的两端分别通过固定底板与第一电控平移台和第二电控平移台滑动连接，

离轴抛物面镜通过固定底板与第二电控升降台的升降台面连接，第二电控升降台固定安装在第二电控旋转台的旋转台面上；

第二全反镜固定安装在第四电控旋转台的旋转台面上，第四电控旋转台固定在第二固定支架上；

第二电控旋转台和第二固定支架固定安装在光学平台上；

控制器由运动平台控制模块、微调节运动平台控制模块和扩束参数设置模块组成，

运动平台控制模块用于控制电控平移台步进电机工作，所述步进电机用于驱动第一电控平移台和第二电控平移台的运动台面，使第三电控平移台沿第一电控平移台和第二电控平移台的导轨同步平移运动，运动平台控制模块还用于控制第一升降步进电机工作，所述第一升降步进电机用于驱动第一电控升降台的升降台面做升降运动；

微调节运动平台控制模块用于分别控制四个旋转步进电机和第二升降步进电机工作，所述四个旋转步进电机分别用于驱动第一电控旋转台、第二电控旋转台、第三电控旋转台和第四电控旋转台做旋转运动；所述第二升降步进电机用于驱动第二电控升降台的升降台面做升降运动；

扩束参数设置模块用于设置第一全反镜、第二全反镜、离轴抛物面镜和置换离轴抛物面镜的扩束比参数。

所述一组置换离轴抛物面镜为三个置换离轴抛物面镜。

本发明的优点是：本发明基于单支CO₂激光泵浦连续太赫兹源实施RCS测量，实现了2.52THz波段对目标RCS的测量，本发明所述测量装置具有相对体积小、结构简单、简单易操作等优点；同时，针对不同尺寸的测试目标，通过调节电控可变扩束比装置改变光束的扩束比，即改变照射目标的平行光束尺寸，实现了不同尺寸目标采用不同尺寸光束测量的目的，以此来减小测量误差，实现高精度测量。

本发明所述测量装置采用参照测量方法，即通过对已知RCS的标准金属球和待测目标(或校准目标)的后向散射回波信号能量的测量，由计算机根据两者后向散射回波信号能量的比例关系，反演计算获得待测目标(或校准目标)的绝对RCS，同时，为了解决测量过程中激光器输出能量漂移对测量的影响，本发明使用对标准金属球进行探测的参考信号探测器的能量测量结果对待测目标(或校准目标)的散射信号探测器的能量测量结果进行修正，能够进一步提高待测目标(或校准目标)RCS测量精度。

本发明采用单支CO2激光泵浦THz激光器输出的激光束作为激光源实现2.52THz的目标RCS测量，制作和使用成本低。

附图说明

图1为本发明所述RCS测量装置的结构示意图；

图2为精密运动平台的结构示意图；

图3为电控可变扩束比装置的结构示意图；

图4为电控可变扩束比装置的扩束原理示意图；

图5为电控可变扩束比装置中控制器的功能流程示意图；

图6为电控可变扩束比装置的工作过程流程图；

图7为本发明校准目标的RCS测量步骤流程图；

图8为本发明待测目标的RCS测量步骤流程图；

图9为计算机的功能结构示意图。

具体实施方式

具体实施方式一：下面结合图1至图9说明本实施方式，本实施方式所述基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，它包括CO2激光泵浦连续太赫兹激光器1、斩波器2、分光片3、电控可变扩束比装置4、P3离轴抛物面镜5-1、P2离轴抛物面镜5-2、精密运动平台6、M1全反镜7-1、P1离轴抛物面镜5-3、散射信号探测器8-1、第一锁相放大器模块9-1、计算机10和斩波器的驱动器，

CO2激光泵浦连续太赫兹激光器1输出的平行光束经斩波器2斩波后入射至分光片3，经分光片3透射的透射光束经电控可变扩束比装置4扩束后，入射至P3离轴抛物面镜5-1，P3离轴抛物面镜5-1将其入射光束反射后入射至P2离轴抛物面镜5-2，再经P2离轴抛物面镜5-2反射后，入射至精密运动平台6上的待测目标或标准目标，经待测目标或标准目标散射的后向散射光束入射至M1全反镜7-1，M1全反镜7-1反射的光束经P1离轴抛物面镜5-3反射后，形成的输出光束被散射信号探测器8-1的光敏面接收，散射信号探测器8-1的电信号输出端连接第一锁相放大器模块9-1的电信号输入端，第一锁相放大器模块9-1的放大信号输出端连接计算机10的数据采集卡的探测信号输入端，

斩波器的驱动器的驱动信号输出端连接斩波器2的驱动信号输入端，斩波器的驱动器的驱动信号输出端同时连接数据采集卡的触发信号输入端和第一锁相放大器模块9-1的参考信号输入端；

所述CO2激光泵浦连续太赫兹激光器1输出的平行光束、P2离轴抛物面镜5-2反射的光束及P1离轴抛物面镜5-3反射形成的输出光束的光轴相互平行；

所述计算机10内部还包括电控可变扩束控制模块10-1和待测目标RCS反演计算模块10-2，

电控可变扩束控制模块10-1用于根据待测目标尺寸，设置电控可变扩束比装置4的相应参数；

目标RCS反演计算模块10-2用于根据计算机10的数据采集卡采集的数据计算获得待测目标的RCS。

所述计算机10预置有RCS测量操作软件来实现其内部各模块的控制。所述P2离轴抛物面镜5-2和P3离轴抛物面镜5-1组成固定扩束比的扩束准直系统；M1全反镜7-1和P1离轴抛物面镜5-3组成后向散射信号收集系统；分光片3采用高阻硅片，以布鲁斯特角放置，使透射光功率达到最大；CO2激光泵浦连续太赫兹激光器1可采用相干公司SIFIR-50型CO2激光泵浦连续激光器，将其输出的2.52THz连续激光作为激光源，其具有输出功率相对较高和稳定性好的特点。

具体实施方式二：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一的进一步说明，所述测量装置还包括P4离轴抛物面镜5-4、参考信号探测器8-2和第二锁相放大器模块9-2，

分光片3的反射光入射至P4离轴抛物面镜5-4，经P4离轴抛物面镜5-4反射形成的输出光束被参考信号探测器8-2的光敏面接收，参考信号探测器8-2的电信号输出端连接第二锁相放大器模块9-2的电信号输入端，第二锁相放大器模块9-2的放大信号输出端连接计算机10的数据采集卡的参考信号输入端；

第二锁相放大器模块9-2的参考信号输入端连接斩波器的驱动器的驱动信号输出端。

参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1均为热释电探测器，参考信号探测器8-2用于监测CO2激光泵浦连续太赫兹激光器1的输出功率及其输出光束的稳定性；散射信号探测器8-1用来测量经目标散射后的后向散射回波信号能量。参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1均配有锁相放大器模块，是用来提高探测信号的信噪比和实现高精度测量。斩波器2的驱动信号同时作为两个锁相放大器模块的参考信号。

为了实现参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1输出的信号被同步获取，锁相放大器模块输出的信号分别输入到计算机10数据采集卡的的两路信号输入通道，并通过斩波器2的同步触发信号作为数据采集卡的外触发信号，来实现对两路锁相放大器模块输出信号的同步采集。对数据采集卡采集信号的显示和存储由计算机10内部预置的RCS测量操作软件来完成。

具体实施方式三：下面结合图2说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一或二的进一步说明，所述精密运动平台6由标准目标电控平移台6-1和待测目标电控平移台6-4组成，

所述标准目标电控平移台6-1和待测目标电控平移台6-4上的滑道相互平行，标准目标固定架6-2通过固定底板与标准目标电控平移台6-1的平移台面连接，标准目标固定架6-2的上端面上固定标准目标电控旋转台6-3，标准目标电控旋转台6-3的旋转台面上设置标准目标，

待测目标固定架6-5通过固定底板与待测目标电控平移台6-4的平移台面连接，待测目标固定架6-5的上端面上固定待测目标电控旋转台6-6，待测目标电控旋转台6-6的旋转台面上设置待测目标；

所述计算机10内部还设置平台控制模块10-3，平台控制模块10-3用于控件两个目标电控平移台步进电机工作，所述两个目标电控平移台步进电机分别用于驱动标准目标固定架6-2和待测目标固定架6-5沿其所在的电控平移台的滑道运动，

平台控制模块10-3还用于控制两个目标电控旋转台步进电机电机工作，所述两个目标电控旋转台步进电机分别用于驱动标准目标电控旋转台6-3和待测目标电控旋转台6-6做旋转运动。

本实施方式中所述精密运动平台6为由两个目标电控平移台和两个目标电控旋转台组成的二维组合平台，平台控制模块10-3发出平移或旋转控制指令，经相应的电机驱动相应的目标电控平移台或目标电控旋转台运动，所述目标电控平移台和目标电控旋转台均采用高精密位移台，实现对精密运动平台6的高精密控制。

标准目标电控平移台6-1和待测目标电控平移台6-4上的滑道与照射目标电控平移台上目标的入射光束相垂直，由平台控制模块10-3来控制实现待测目标和标准目标的进、出测试视场、高精度定位及高精度旋转。

具体实施方式四：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二或三的进一步说明，所述测量装置还包括M2全反镜7-2，精密运动平台6位于所述M2全反镜7-2的反射面与P2离轴抛物面镜5-2之间，P2离轴抛物面镜5-2的反射光入射至M2全反镜7-2的反射面，所述M2全反镜7-2的反射面法线与其入射光的光轴之间的夹角大于45度并且小于90度。

本实施方式中M2全反镜7-2用于改变经P2离轴抛物面镜5-2反射后透过待测目标或标准目标的光束方向，改变方向后的光束由屏蔽舱11所吸收，以此减小所述测量装置的背景散射。

具体实施方式五：下面结合图1说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二、三或四的进一步说明，所述测量装置还包括屏蔽舱11，屏蔽舱11用于将电控可变扩束比装置4、P3离轴抛物面镜5-1、P2离轴抛物面镜5-2、精密运动平台6、M1全反镜7-1、P1离轴抛物面镜5-3和M2全反镜7-2罩于其内，

所述屏蔽舱11的舱壁上设置有入射窗口和出射窗口，分光片的透射光通过所述入射窗口入射至电控可变扩束比装置4的光接收端，P1离轴抛物面镜5-3的反射光通过所述出射窗口入射至散射信号探测器8-1的光敏面。

所述屏蔽舱11内壁覆盖太赫兹辐射吸收材料，用于减少所述测量装置中所有非测量目标产生的背景散射，提高所述测量装置的测量精度。

具体实施方式六：本实施方式为对实施方式一、二、三、四或五的进一步说明，所述待测目标或标准目标的入射光束与散射光束的夹角小于5°。

所述夹角小于5°是为了保证相位畸变不影响测量结果。

具体实施方式七：本实施方式为对实施方式一、二、三、四、五或六的进一步说明，计算机10的数据采集卡的型号为PCI-1716。

所述数据采集卡为研华PCI-1716数据采集卡。

具体实施方式八：下面结合图3和图4说明本实施方式，本实施方式为对实施方式一、二、三、四、五、六或七的进一步说明，所述电控可变扩束比装置4包括第一全反镜41-1、第二全反镜41-2、离轴抛物面镜42-1、一组置换离轴抛物面镜42-2、第一电控平移台44-1、第二电控平移台44-2、第三电控平移台44-3、第一电控升降台45-1、第二电控升降台45-2、第一电控旋转台46-1、第二电控旋转台46-2、第三电控旋转台46-3、第四电控旋转台46-4、第一固定支架47-1、第二固定支架47-2、光学平台48和控制器，

离轴抛物面镜42-1与一组置换离轴抛物面镜42-2中的任一个组成共焦离轴抛物面镜组，

第一全反镜41-1固定安装在第三电控旋转台46-3的旋转台面上，且所述第一全反镜41-1的反射面与该第三电控旋转台46-3的旋转台面相垂直，第三电控旋转台46-3的底面固定在第一固定支架47-1的上端面，

一组置换离轴抛物面镜42-2沿竖直方向依次固定安装在第一电控升降台45-1的升降台面上，所述第一电控升降台45-1的固定部件固定安装在第一电控旋转台46-1的旋转台面上，

第一固定支架47-1和第一电控旋转台46-1均固定安装在第三电控平移台44-3上，并分别通过固定底板与所述第三电控平移台44-3滑动连接，

第一电控平移台44-1和第二电控平移台44-2相对平行固定安装在光学平台48上；第三电控平移台44-3跨接在第一电控平移台44-1和第二电控平移台44-2之间，并且第三电控平移台44-3的两端分别通过固定底板与第一电控平移台44-1和第二电控平移台44-2滑动连接，

离轴抛物面镜42-1通过固定底板与第二电控升降台45-2的升降台面连接，第二电控升降台45-2固定安装在第二电控旋转台46-2的旋转台面上；

第二全反镜41-2固定安装在第四电控旋转台46-4的旋转台面上，第四电控旋转台46-4固定在第二固定支架47-2上；

第二电控旋转台46-2和第二固定支架47-2固定安装在光学平台48上；

控制器由运动平台控制模块49-1、微调节运动平台控制模块49-2和扩束参数设置模块49-3组成，

运动平台控制模块49-1用于控制电控平移台步进电机工作，所述步进电机用于驱动第一电控平移台44-1和第二电控平移台44-2的运动台面，使第三电控平移台44-3沿第一电控平移台44-1和第二电控平移台44-2的导轨同步平移运动，运动平台控制模块49-1还用于控制第一升降步进电机工作，所述第一升降步进电机用于驱动第一电控升降台45-1的升降台面做升降运动；

微调节运动平台控制模块49-2用于分别控制四个旋转步进电机和第二升降步进电机工作，所述四个旋转步进电机分别用于驱动第一电控旋转台46-1、第二电控旋转台46-2、第三电控旋转台46-3和第四电控旋转台46-4做旋转运动；所述第二升降步进电机用于驱动第二电控升降台45-2的升降台面做升降运动；

扩束参数设置模块49-3用于设置第一全反镜41-1、第二全反镜41-2、离轴抛物面镜42-1和置换离轴抛物面镜42-2的扩束比参数。

所述的电控可变扩束比装置在使用中，通过调整第一电控平移台44-1、第二电控平移台44-2、第三电控平移台44-3、第一电控升降台45-1、第二电控升降台45-2、第一电控旋转台46-1、第二电控旋转台46-2、第三电控旋转台46-3、第四电控旋转台46-4、第一固定支架47-1、第二固定支架47-2的相对位置，使得所述装置中的光路为：

太赫兹激光源输出的平行光束经第一全反镜41-1反射后，入射至一组置换离轴抛物面镜42-2中居中的置换离轴抛物面镜42-2，经置换离轴抛物面镜42-2反射后的反射光束再经离轴抛物面镜42-1反射后，入射至第二全反镜41-2，并经第二全反镜41-2反射后形成输出平行光束，输出平行光束与输入平行光束相平行。

具体实施方式九：下面结合图3、图6至图9说明本实施方式，本实施方式为对实施方式八的进一步说明，所述一组置换离轴抛物面镜42-2为三个置换离轴抛物面镜42-2。

本发明所述RCS测量装置的测量步骤如下：

步骤一：根据待测目标尺寸，在扩束参数设置模块49-3中设置相应参数，通过驱动器对电控可变扩束比装置4中的三维高精密组合运动平台进行精密控制，将置换离轴抛物面镜42-2置换为所需焦距的离轴抛物面镜，同时将第一全反镜41-1和一组置换离轴抛物面镜42-2平移定位至目的坐标位置，以改变电控可变扩束比装置4的扩束比，即对分束后的平行光束进行扩束或压缩，以使经过由P2离轴抛物面镜5-2和P3离轴抛物面镜5-1组成的固定扩束比的扩束准直系统后的输出光束满足在扩束参数设置模块49-3中设置的扩束比要求。

步骤二：校准目标的RCS测量：

一)通过对精密运动平台6的控制，将标准目标电控平移台6-1上的标准目标，即标准金属球置于测量中心区。控制标准目标电控旋转台6-3使标准金属球进行高精度步进旋转，同步获得标准金属球在不同旋转角度下的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的能量测量值。对不同旋转角度的标准金属球进行多次测量取平均，获得不同方位角RCS对应的能量测量均值，以提高测量精度。

为了克服连续CO2激光泵浦连续太赫兹激光器1输出漂移对测量的影响，最后需根据参考信号探测器8-2的能量测量数据，对散射信号探测器8-1的能量测量值进行修正。计算标准金属球RCS所对应的能量均值。

二)通过对高精密运动平台6的控制，将标准金属球移出测量区，同时将校准目标如圆柱体、三面体等置于标准目标电控旋转台6-3上，并通过对标准目标电控平移台6-1的控制使校准目标处于测量中心区。通过对标准目标电控旋转台6-3的高精度控制，使置于标准目标电控旋转台6-3上的校准目标旋转某-角度，对此角度下的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的能量多次测量，取均值，即获得此角度下参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的多次均值能量。通过对校准目标的高精度步进旋转测量，可以获得校准目标不同旋转角度下的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的多次均值能量。

根据标准金属球的参考信号探测器8-2的能量测量数据，对校准目标的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的能量测量数据进行修正；根据修正后的散射信号探测器8-1的能量数据与标准金属球的能量均值数据的比例关系，反演计算获得校准目标不同方位角的绝对RCS。

步骤三：待测目标的RCS测量：

一)重复步骤二中一)的操作，计算获得标准金属球RCS所对应的能量均值。

二)通过对高精密运动平台6的控制，将标准金属球移出测量区，同时将待测目标电控平移台6-4上的待测目标置于测量中心区。通过对待测目标电控旋转台6-6的高精度控制，使置于其上的待测目标旋转某一角度，测得此角度下的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的多次均值能量。通过待测目标电控旋转台6-6的高精度步进旋转，获得待测目标不同旋转角度下的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的多次均值测量。根据标准金属球的参考探测器的能量测量数据，对待测目标的参考信号探测器8-2和散射信号探测器8-1的能量测量数据进行修正。

三通过待测目标修正后的散射信号探测器8-1的能量数据与标准金属球的能量均值数据的比例关系，反演计算获得待测目标不同方位角的绝对RCS。

电控可变扩束比装置4的使用步骤如下：

步骤一、首先精细矫正电控可变扩束比装置4中各光学元件的位置：

若电控可变扩束比装置4扩束后的输出性能满足要求，则直接进入步骤二；否则，采用下面的精细矫正步骤进行电控可变扩束比装置4的精细矫正：

一)：以氦氖光代替THz激光输入电控可变扩束比装置4，在电控可变扩束比装置4的输出端使用热释电面阵探测器对经过扩束后的平行光束质量进行测量；

二)使用微调节运动平台控制模块49-2对第二电控升降台45-2进行高精度的升降调节，精细矫正装置的光路，监控电控可变扩束比装置4输出的平行光束质量；

三)使用微调节运动平台控制模块49-2对四个电控旋转台进行高精度的旋转调节，精细矫正装置的光路，监控电控可变扩束比装置4输出的平行光束质量；

四)重复二和三的操作，直至扩束后平行光束的输出性能满足要求。

步骤二：对扩束参数进行设置：

根据扩束比要求，在扩束参数设置模块49-3中设置离轴抛物面镜组扩束比参数，扩束参数设置模块49-3根据设置的扩束比参数自动计算实现扩束要求所需的其他扩束相关参数，并将这些参数传递给运动平台控制模块49-1。

步骤三：电控可变扩束比装置4自动置换不同焦距的置换离轴抛物面镜42-2并重新定位，输出所需扩束比的高性能平行光束。

运动平台控制模块49-1依据扩束参数设置模块49-3传递的参数，自动选择最优焦距置换离轴抛物面镜42-2并计算平移和升降定位坐标参数，自动生成平移和升降命令，经步进电机控制器自动驱动第一电控平移台44-1、第二电控平移台44-2、第三电控平移台44-3和第一电控升降台45-1执行相应的平移和升降命令。实现不同焦距置换离轴抛物面镜42-2的自动置换，输出所需扩束比的高性能平行光束。

Claims (9)

1.一种基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：它包括CO2激光泵浦连续太赫兹激光器(1)、斩波器(2)、分光片(3)、电控可变扩束比装置(4)、P3离轴抛物面镜(5-1)、P2离轴抛物面镜(5-2)、精密运动平台(6)、M1全反镜(7-1)、P1离轴抛物面镜(5-3)、散射信号探测器(8-1)、第一锁相放大器模块(9-1)、计算机(10)和斩波器的驱动器，

CO2激光泵浦连续太赫兹激光器(1)输出的平行光束经斩波器(2)斩波后入射至分光片(3)，经分光片(3)透射的透射光束经电控可变扩束比装置(4)扩束后，入射至P3离轴抛物面镜(5-1)，P3离轴抛物面镜(5-1)将其入射光束反射后入射至P2离轴抛物面镜(5-2)，再经P2离轴抛物面镜(5-2)反射后，入射至精密运动平台(6)上的待测目标或标准目标，经待测目标或标准目标散射的后向散射光束入射至M1全反镜(7-1)，M1全反镜(7-1)反射的光束经P1离轴抛物面镜(5-3)反射后，形成的输出光束被散射信号探测器(8-1)的光敏面接收，散射信号探测器(8-1)的电信号输出端连接第一锁相放大器模块(9-1)的电信号输入端，第一锁相放大器模块(9-1)的放大信号输出端连接计算机(10)的数据采集卡的探测信号输入端，

斩波器的驱动器的驱动信号输出端连接斩波器(2)的驱动信号输入端，斩波器的驱动器的驱动信号输出端同时连接数据采集卡的触发信号输入端和第一锁相放大器模块(9-1)的参考信号输入端；

所述CO2激光泵浦连续太赫兹激光器(1)输出的平行光束、P2离轴抛物面镜(5-2)反射的光束及P1离轴抛物面镜(5-3)反射形成的输出光束的光轴相互平行；

所述计算机(10)内部还包括电控可变扩束控制模块(10-1)和待测目标RCS反演计算模块(10-2)，

电控可变扩束控制模块(10-1)用于根据待测目标尺寸，设置电控可变扩束比装置(4)的相应参数；

目标RCS反演计算模块(10-2)用于根据计算机(10)的数据采集卡采集的数据计算获得待测目标的RCS。

2.根据权利要求1所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括P4离轴抛物面镜(5-4)、参考信号探测器(8-2)和第二锁相放大器模块(9-2)，

分光片(3)的反射光入射至P4离轴抛物面镜(5-4)，经P4离轴抛物面镜(5-4)反射形成的输出光束被参考信号探测器(8-2)的光敏面接收，参考信号探测器(8-2)的电信号输出端连接第二锁相放大器模块(9-2)的电信号输入端，第二锁相放大器模块(9-2)的放大信号输出端连接计算机(10)的数据采集卡的参考信号输入端；

第二锁相放大器模块(9-2)的参考信号输入端连接斩波器的驱动器的驱动信号输出端。

3.根据权利要求1或2所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述精密运动平台(6)由标准目标电控平移台(6-1)和待测目标电控平移台(6-4)组成，

所述标准目标电控平移台(6-1)和待测目标电控平移台(6-4)上的滑道相互平行，标准目标固定架(6-2)通过固定底板与标准目标电控平移台(6-1)的平移台面连接，标准目标固定架(6-2)的上端面上固定标准目标电控旋转台(6-3)，标准目标电控旋转台(6-3)的旋转台面上设置标准目标，

待测目标固定架(6-5)通过固定底板与待测目标电控平移台(6-4)的平移台面连接，待测目标固定架(6-5)的上端面上固定待测目标电控旋转台(6-6)，待测目标电控旋转台(6-6)的旋转台面上设置待测目标；

所述计算机(10)内部还设置平台控制模块(10-3)，平台控制模块(10-3)用于控件两个目标电控平移台步进电机工作，所述两个目标电控平移台步进电机分别用于驱动标准目标固定架(6-2)和待测目标固定架(6-5)沿其所在的电控平移台的滑道运动，

平台控制模块(10-3)还用于控制两个目标电控旋转台步进电机电机工作，所述两个目标电控旋转台步进电机分别用于驱动标准目标电控旋转台(6-3)和待测目标电控旋转台(6-6)做旋转运动。

4.根据权利要求3所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括M2全反镜(7-2)，精密运动平台(6)位于所述M2全反镜(7-2)的反射面与P2离轴抛物面镜(5-2)之间，P2离轴抛物面镜(5-2)的反射光入射至M2全反镜(7-2)的反射面，所述M2全反镜(7-2)的反射面法线与其入射光的光轴之间的夹角大于45度并且小于90度。

5.根据权利要求4所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述测量装置还包括屏蔽舱(11)，屏蔽舱(11)用于将电控可变扩束比装置(4)、P3离轴抛物面镜(5-1)、P2离轴抛物面镜(5-2)、精密运动平台(6)、M1全反镜(7-1)、P1离轴抛物面镜(5-3)和M2全反镜(7-2)罩于其内，

所述屏蔽舱(11)的舱壁上设置有入射窗口和出射窗口，分光片的透射光通过所述入射窗口入射至电控可变扩束比装置(4)的光接收端，P1离轴抛物面镜(5-3)的反射光通过所述出射窗口入射至散射信号探测器(8-1)的光敏面。

6.根据权利要求1、2、4或5所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述待测目标或标准目标的入射光束与散射光束的夹角小于5°。

7.根据权利要求6所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：计算机(10)的数据采集卡的型号为PCI-1716。

8.根据权利要求1、2、4、5或7所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述电控可变扩束比装置(4)包括第一全反镜(41-1)、第二全反镜(41-2)、离轴抛物面镜(42-1)、一组置换离轴抛物面镜(42-2)、第一电控平移台(44-1)、第二电控平移台(44-2)、第三电控平移台(44-3)、第一电控升降台(45-1)、第二电控升降台(45-2)、第一电控旋转台(46-1)、第二电控旋转台(46-2)、第三电控旋转台(46-3)、第四电控旋转台(46-4)、第一固定支架(47-1)、第二固定支架(47-2)、光学平台(48)和控制器，

离轴抛物面镜(42-1)与一组置换离轴抛物面镜(42-2)中的任一个组成共焦离轴抛物面镜组，

第一全反镜(41-1)固定安装在第三电控旋转台(46-3)的旋转台面上，且所述第一全反镜(41-1)的反射面与该第三电控旋转台(46-3)的旋转台面相垂直，第三电控旋转台(46-3)的底面固定在第一固定支架(47-1)的上端面，

一组置换离轴抛物面镜(42-2)沿竖直方向依次固定安装在第一电控升降台(45-1)的升降台面上，所述第一电控升降台(45-1)的固定部件固定安装在第一电控旋转台(46-1)的旋转台面上，

第一固定支架(47-1)和第一电控旋转台(46-1)均固定安装在第三电控平移台(44-3)上，并分别通过固定底板与所述第三电控平移台(44-3)滑动连接，

第一电控平移台(44-1)和第二电控平移台(44-2)相对平行固定安装在光学平台(48)上；第三电控平移台(44-3)跨接在第一电控平移台(44-1)和第二电控平移台(44-2)之间，并且第三电控平移台(44-3)的两端分别通过固定底板与第一电控平移台(44-1)和第二电控平移台(44-2)滑动连接，

离轴抛物面镜(42-1)通过固定底板与第二电控升降台(45-2)的升降台面连接，第二电控升降台(45-2)固定安装在第二电控旋转台(46-2)的旋转台面上；

第二全反镜(41-2)固定安装在第四电控旋转台(46-4)的旋转台面上，第四电控旋转台(46-4)固定在第二固定支架(47-2)上；

第二电控旋转台(46-2)和第二固定支架(47-2)固定安装在光学平台(48)上；

控制器由运动平台控制模块(49-1)、微调节运动平台控制模块(49-2)和扩束参数设置模块(49-3)组成，

运动平台控制模块(49-1)用于控制电控平移台步进电机工作，所述步进电机用于驱动第一电控平移台(44-1)和第二电控平移台(44-2)的运动台面，使第三电控平移台(44-3)沿第一电控平移台(44-1)和第二电控平移台(44-2)的导轨同步平移运动，运动平台控制模块(49-1)还用于控制第一升降步进电机工作，所述第一升降步进电机用于驱动第一电控升降台(45-1)的升降台面做升降运动；

微调节运动平台控制模块(49-2)用于分别控制四个旋转步进电机和第二升降步进电机工作，所述四个旋转步进电机分别用于驱动第一电控旋转台(46-1)、第二电控旋转台(46-2)、第三电控旋转台(46-3)和第四电控旋转台(46-4)做旋转运动；所述第二升降步进电机用于驱动第二电控升降台(45-2)的升降台面做升降运动；

扩束参数设置模块(49-3)用于设置第一全反镜(41-1)、第二全反镜(41-2)、离轴抛物面镜(42-1)和置换离轴抛物面镜(42-2)的扩束比参数。

9.根据权利要求8所述的基于单支连续太赫兹激光源的RCS测量装置，其特征在于：所述一组置换离轴抛物面镜(42-2)为三个置换离轴抛物面镜(42-2)。

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