CN102590795B - 基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，该系统包括：矢量网络分析仪、天线和主控计算机；其中，矢量网络分析仪用于在主控计算机控制下产生指定参数的脉冲射频信号，脉冲射频信号经天线发射出去；矢量网络分析仪还用于对天线接收的目标回波信号进行选通处理，得到指定区域范围内的微波散射特性数据。矢量网络分析仪产生窄带脉冲射频信号，频率范围覆盖L、S、C、X、Ku及Ka波段，并采用脉冲内定点测试模式，根据测试对象设置接收机选通门位置。本发明测试系统便于野外工作且性能稳定，既可用于地面背景与大面积伪装网散射特性测试，又可用于目标散射特性测试。

Description

基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统

技术领域

本发明涉及雷达测试技术领域，特别是涉及一种基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统。

背景技术

在地物散射特性测量中，一般常会用到散射计，散射计是为测试后向散射系数专门设计的一种雷达，是测试面目标的散射特性的专用设备，一般雷达经过改装和校准后，也可作为散射计。

常见的配置散射计的信号形式通常包括连续波、调频连续波、频率步进连续波、脉冲信号等。连续波散射计优点是设备简单，可测试多普勒效应，但非调制的连续波散射计不能测试距离。为解决连续波散射计不能测试距离的问题，采用调频连续波体制，这种体制散射计将信号调制到一个载频上，通过在时间上改变发射频率和测试接收信号的频率来完成。频率步进连续波发射跳变频率来替代扫频模式，可提高测试的分辨率，有着瞬时接收带宽窄，A/D采样率低的优点，但测试时间较长。上述三种体制均属于连续波，连续波散射计由于收发不能分离，存在着天线近场耦合泄漏可能导致接收机饱和的问题，为了得到发射和接收间高的隔离度，通常采用收发分置天线。脉冲散射计由于脉冲体制收发分离，采用收发共用天线时，利用环形器可获得较高的收发隔离，并可将收发时间分时设置。

从野外试验的角度考虑，应尽量减轻散射计整套设备重量，且增加系统的灵活性，便于安装与运输。而且多数体制的散射计存在系统稳定性差、器件老化快、维护难等问题，在系统的稳定性、测试精度等方面，也对散射计的设计非常重要。

除了测试面目标的散射特性外，在一些指标考核例如伪装效果考核中，为了功能一体化，测试系统既需进行类似地面背景测量的大面积伪装网的散射特性测试，还需实现对真假目标雷达散射截面RCS的对比评估等。因此，需要构建一种改进的目标与环境散射特性测试系统，既可用于地面背景散射特性测量，也可用于目标RCS测试。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，该测试系统为便于野外工作，且性能稳定的多波段多功能一体化的微波散射特性测试系统。

为解决上述技术问题，本发明基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统主要包括：

矢量网络分析仪、天线和主控计算机；

其中，所述矢量网络分析仪为信号收发设备，用于在所述主控计算机控制下产生指定参数的脉冲射频信号，所述脉冲射频信号经所述天线发射出去；

所述矢量网络分析仪还用于在主控计算机控制下对所述天线接收的目标回波信号进行选通处理，得到指定区域范围内的微波散射特性数据，实现微波散射特性测试。

进一步地所述脉冲射频信号为所述矢量网络分析仪采用窄带模式生成的脉冲射频信号，其频率范围覆盖L、S、C、X、Ku及Ka波段。

进一步地，所述矢量网络分析仪采用脉冲内定点测试类型，并根据测试对象设置接收机选通门位置。

进一步地，所述微波散射特性测试指地面背景散射特性测试，或大面积伪装网散射特性测试，或目标散射特性测试。

更进一步地，本发明所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统还包括数据分析模块，所述数据分析模块用于：在目标散射特性测试中，根据用户选择的参数，计算显示散射特性变化曲线或均值，并直观对比真假目标的特性曲线或均值；在地面背景散射特性测试或大面积伪装网散射特性测试中，统计不同俯仰、方位、极化、分位点、波段下散射系数的变化，显示变化曲线。

进一步地，本发明所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统还包括还包括外定标模块；所述外定标模块用于在微波散射特性测试之前对本发明所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统进行外定标，获得散射特性的绝对值。

进一步地，本发明所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统还包括矢网保护柜和抱闸装置；其中，所述矢网保护柜用于在野外环境中保护所述矢量网络分析仪，并作为抱闸装置和天线的连接部件，所述矢网保护柜前面板只留发射和接收微波接头，后面板的接口采用航空插头方式，并采用凹槽方式集中放置在面板偏下位置，矢量网络分析仪螺装固定于托盘上，通过导轨抽拉进行安装与拆卸，矢量网络分析仪安装托盘通过带有闭合锁定装置的导轨固定，矢网保护柜内部粘接阻燃型CR发泡带胶海绵，外部有可拆卸的反光材料制作的防护套；所述抱闸装置用于测试设备的可靠性连接，所述抱闸装置采用等高的十字交叉轴分别制动形式，制动器采用不对称设计，并由抱闸电源盒提供监控单元供电和直接供电两种方式。

更进一步地，通过主控计算机与矢网保护柜间连接的以太网线实现对测试设备的远程通信与控制，将以太网交换机内置于矢网保护柜，引出两条以太网线分别用于控制摄像机及伺服控制盒，在矢网保护柜内用微波线缆连接矢网与极化控制电路后再连接微波电缆至天线。

更进一步地，本发明所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统还包括天线座架，所述天线座架采用方位俯仰转台式天线座架，方位俯仰均采用涡轮蜗杆结构，方位、俯仰同步采用无回差的双片齿轮，联轴节均采用无回差的波纹管联轴节，所述天线座架上安装有摄像机，与天线波束同向，用于实时采集测试区域图像，以供主控计算机实时显示。

再进一步地，本发明所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统还包括伺服控制盒，安装于天线座架与矢网保护柜连接的立筒中，由单片机控制，与主控计算机通过网口进行通信；由控制器局域网络总线作为主要总线传输形式；在天线方位轴、俯仰轴上安装方位、俯仰轴角传感器，用以感应方位、俯仰角度；在方位、俯仰轴向极限位置安装安全保护装置。

本发明为基于矢网构建的脉冲体制的微波散射特性测试系统，具备多极化条件下对典型地物、伪装网及真假目标的散射特性测试的能力。

本发明与现有大多数散射计相比，具有以下优点：

(1)只需一套收发设备，结合分频段设计的天线及其他部件，即可覆盖L、S、C、X、Ku和Ka六个工作频段，实现宽频段下多方位、多俯仰角度下的地物及目标散射特性测试，减少了设备数量，且基于矢网的测试系统性能稳定，测试速度快，测试系统动态范围大。

(2)实现了系统功能的扩展和多样化，将背景散射特性测试与目标RCS测试一体化，可实现地面散射特性、伪装网散射特性和目标散射特性测试等多种情况下的测试。测试系统兼具吊装设备和地面固定平台两种工作方式，环境适应性强，便于野外工作。

附图说明

图1为本发明实施例的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统组成框图；

图2为本发明实施例的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统连线图；

图3为本发明实施例的散射特性自动化测试流程框图；

图4为本发明实施例的伺服控制原理示意图；

图5为本发明实施例的数据采集与控制份系统接口关系图；

图6为本发明实施例的数据采集与控制软件系统组成示意图；

图7为本发明实施例的系统安装与使用流程示意图；

图8(A)为本发明实施例的不同俯仰的背景散射特性测试示意图；

图8(B)为本发明实施例的不同方位的背景散射特性测试示意图。

具体实施方式

以下结合附图以及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不限定本发明。

本发明基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统采用矢网的窄带脉冲检测模式，实现单天线模式下的收发有效隔离，且具备多波段(L、S、C、X、Ku及Ka波段)、多极化(HH、VV、HV及VH极化)、多角度(俯仰和方位)的地面、伪装网及目标散射特性测试功能。

如图1所示，本发明基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统由收发分系统、结构分系统、数据采集与控制分系统及辅助设备组成。

其中收发分系统实现指定参数下信号的发射与接收，包括矢网和测试电缆，以矢量网络分析仪(简称矢网)为核心组成部分，可完成六个波段下的信号收发；结构分系统由抱闸装置、矢网保护柜、天伺系统等组成，抱闸装置用于测试设备的可靠连接，矢网保护柜用于有效保护仪器以及相关设备的集成，天伺系统包括天线、天线座架、伺服控制单元、伺服驱动单元及摄像机等，用于控制天线的俯仰、方位转动，回传角度信息；数据采集与控制分系统由主控计算机、接口转换与控制设备、监控单元及极化控制电路等组成，实现接口转换与连接、设备的远程控制、信号采集与显示、数据保存以及测试数据的数据库管理，其中接口转换与控制设备包括以太网交换机和串口联网服务器；辅助设备包括校准球、供电设备(UPS、发电机等)和安装工具等，用于系统外定标和提供电力、稳压、安装等保障。

本发明具有通用连接装置，适合吊装平台和地面固定平台两种方式，系统设计时留有备用的安装和固定接口，在吊装设备无法采用的特殊环境条件下可采用固定平台工作方式。

以吊装方式为例，测试系统整体连线框如图2所示。主控计算机通过以太网线实现对吊装设备进行控制。以太网交换机是主控计算机和伺服控制单元、串口联网服务器、矢网及摄像机的数据传输纽带。串口联网服务器与以太网交换机、监控单元实现RS232信号与以太网网络信号的直接转换。吊装设备的供电均采用220V交流电，只采用一根电源线满足吊装设备的用电需求。同时只采用一条以太网线完成地面设备和吊装设备的通信与控制。矢网保护柜与天线伺服的连接采用两条以太网线，其中一条用于以太网交换机与摄像机的连接，实现对摄像机图像信号的采集，另一条与伺服装置中的伺服控制单元相连，实现对天线伺服方位、俯仰控制以及相应姿态数据的采集；将AC220V电源线与伺服驱动单元相连，给方位、俯仰电机等相关设备供电；连接DC12V电源线至摄像机用于供电；用微波电缆连接矢网、极化控制电路及天线，实现对信号的收、发和极化切换。系统连线布局采用封装式设计，矢网保护柜前面板只留发射和接收微波接头。后面板的接口采用航空插头方式，在保证耐用的同时兼顾连接的易操作性，并采用凹槽方式集中放置在面板偏下位置。

本发明通过数据采集与控制软件对吊装设备进行远程控制，设置测试参数后，实现散射特性的自动化测试，并对测试数据进行数据库管理。

软件设计采用有效的数据存储格式、参数文件配置方式、工作模式与逻辑操作及完备的故障恢复等功能。为每一个参数设定测试优先级和次数，规范批处理参数文件格式与参数格式，保证软件启动后调用文件及参数的准确性。同时在软件执行的必要过程控制点设置保护功能，在软件进行自动测试过程中出现死机、计算机掉电等故障时，实现自动重启或人为干预的重新启动，在上次执行出错的故障点继续进行测试。具体实现流程如图3所示。

开始测试后，首先进入确定参数环节。在该环节，软件分析参数文件和临时文件后，确定测试参数。参数文件用来保存用户设置的若干组测试参数(即用户的测试计划)，临时文件用来记录上一次测试的测试参数(初次测试时文件内容为空)。无论是正常测试还是故障恢复后的测试，软件通过比较两组参数，来确定测试参数。

确定测试参数后，即进入设备就绪环节。在该环节软件分析测试参数，按正确的工作流程设置各设备的状态。其中天线伺服准备主要是抱闸装置的通断电和天线位置的确定，天线姿态调整即调整天线的俯仰角和方位角，天线极化设置即按照极化控制极化开关的状态。在该环节重点考虑设备的精度与测试精度之间的协调一致，既考虑对天线姿态的控制在设备精度范围内又考虑测试结果的精度要求。

以上两个环节就绪后，进入执行测试环节，即设置矢网工作参数，设备测试和测试结果的保存，其中测试结果的保存不仅包括原始数据和测试数据等的保存还包括临时参数文件的保存。这三个环节顺序、循环执行以满足软件的自动化测试和故障后恢复测试的要求。

如上所述，本发明实施例的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统由收发分系统、结构分系统、数据采集与控制分系统及辅助设备组成，以下结合附图对各部分详细构成及功能做进一步说明。

1)收发分系统

收发分系统主要由矢网和测试电缆组成，矢网是收发系统的核心，包括信号发射机和接收机，本发明实施例中，矢网选用安捷伦公司PNA-X系列的N5244A网络分析仪，频率范围从10M到43.5GHz，利用一台设备覆盖L～Ka六个波段，采用脉冲射频测试，测试电缆选用低损耗半刚性的同轴微波测试电缆。

测试系统通过外部接口用主控计算机进行编程和控制，提供检测、处理和数据发送功能。采用矢网脉冲体制的窄带模式进行测试，脉冲宽度较低，在目标距离天线较近时，仍能实现收发分时。为去除不必要的地物回波影响，采用脉冲内定点测试，其中数据采集窗口通过硬件开关(或者称为“选通门”)来设定，结合软件选通技术，根据测试对象的相关信息，利用软件实现每次测试中选通门位置的设定，消除选通开关断开状态下的噪声，从根本上提高测试灵敏度。

2)结构分系统

结构分系统由抱闸装置、矢网保护柜、天伺系统等组成。

抱闸装置由十字交叉轴、长轴方向制动器、短轴方向制动器、轴承、端盖、制动器电源盒及相关联接结构件组成。抱闸采用等高的十字交叉轴分别制动形式，使抱闸在充分满足双轴向吊装转角自由度的前提下具有最为紧凑的连接高度。双向十字轴每根轴上分别安装两个电磁制动器，通电解除锁紧，实现自由旋转；定位时断电锁紧，实现无级分度锁紧。加长长轴制动器座的高度，使得在保证制动器解锁状态下，避免整套系统因风载荷摆动而干涉吊装设备吊臂。设计抱闸电源盒实现对四个制动器供电，提供直接供电与监控单元供电两种方式，在正常模式下由通过监控单元实现对抱闸的控制，而直接供电是在紧急情况或非常规操作的情况下实现对抱闸的控制。抱闸供电接头为三针航空插座，电源盒采用密封设计，满足野外使用条件。

为了降低电缆损耗对测试系统的影响，将矢网安放于接近天线的位置，设计矢网保护柜，保护矢网在野外工作环境下可靠工作，并作为过渡段和天线座架的连接部件。矢网保护柜主要由框架、上下盖板，侧板、前后面板、托盘、把手、橡胶支脚及上下联接接口组成。前面板上安装矢网屏幕观察窗、输入输出接头、矢网开关口和面板把手。后面板安装2个风扇，以太网交换机，串口联网服务器，监控单元，直流电源以及输入输出航空接插件。

矢网螺装固定于托盘上，通过导轨抽拉进行矢网安装与拆卸。将矢网保护柜前面板与矢网安装托盘分别安装，矢网安装托盘通过带有闭合锁定装置的导轨固定，而不是通过前面板与机柜固定，解决系统联线过程中，矢网与前面板间距小、联线困难的问题，并通过设计专用锁紧体过线圈保证前面板的防雨要求。

矢网保护柜内部粘接高性能隔热保温材料，选用阻燃型CR发泡带胶海绵，减少环境温度过高或过低对设备工作的影响。用反光材料制作防护套在矢网保护柜外部，实现在环境温度高，太阳光照强的情况下，尽可能地反射太阳光，保证保护柜内部温度不至于过高以影响设备正常工作。不需要使用防护套时，可以很方便地拆掉。

上述的天伺系统由天线、天线座架、伺服控制设备及摄像机等组成。天线由L、S、C、X、Ku、Ka波段共6套天线组成。其中L、S、C波段天线采用平板阵列天线，拼阵单元为十字交叉振子，可实现双线极化；X、Ku、Ka频段采用矩形多模喇叭天线。

天线座架包括方位、俯仰两大部分，选用方位俯仰转台式天线座架，运动相对独立，方位轴采用大转盘形式，可大范围旋转，俯仰驱动系统置于方位转盘上。方位俯仰均采用涡轮蜗杆结构，具有收藏自锁功能。方位部分由方位转台、方位支架、方位轴承、方位驱动、方位同步机和方位限位等组成。俯仰部分由俯仰圆筒、俯仰支座、俯仰驱动、俯仰同步和俯仰限位等组成。方位、俯仰同步采用无回差的双片齿轮，联轴节均采用无回差的波纹管联轴节。

伺服控制设备包含伺服控制盒、电机、轴角传感器(码盘)、安全保护装置。伺服控制原理设计如图4所示。

伺服控制盒是伺服控制核心，安装在天线座架与矢网保护柜连接的立筒中，与主控计算机间用一条以太网线实现控制与通信，简化系统控制的连线方式。方位、俯仰电机驱动器将驱动电路控制和电机集成一体，体积小，提供控制器局域网络(Controller Area Network，CAN)接口，方便与伺服控制盒通讯。方位、俯仰轴角传感器安装在天线方位轴、俯仰轴上，用以感应方位、俯仰角度。安全保护装置安装在方位、俯仰轴向极限位置，一旦伺服控制盒检测到天线方位或俯仰已转到某极限状态，则自动切断该轴向驱动回路，保护运动安全可靠。

伺服控制设备以单片机作为主要控制核心，由CAN总线作为主要的总线传输形式，码盘采集的角度数据，由单片机处理后驱动电机动作。伺服控制盒提供10/100M以太网网口，内置网口转串口模块，与主控计算机通过网口进行通信。

此外将摄像机安装于天线座架，对摄像机与天线波束指向进行一致性设计，实现对天线波束指向进行实时同步监控。

3)数据采集与控制分系统

数据采集与控制分系统由主控计算机、数据存储器、数据采集与控制软件、极化开关、极化开关驱动器、以太网交换机、串口联网服务器、环行器等组成。其中，极化开关、极化开关驱动器和环形器属于极化控制电路；以太网交换机和串口联网服务器属于接口转换与控制设备。

数据采集与控制分系统与其他系统之间的接口关系如图5所示，收发分系统、天伺系统、抱闸装置和数据采集与控制分系统之间通过以太网交换机和串口联网服务器连接。控制系统中的主控计算机用来发送测试、控制指令和记录测试数据，通过软件来完成与各设备的通信，以实现自动工作。主控计算机通过以太网交换机远程控制收发分系统中的矢网，向矢网发送工作指令，使矢网能够按照用户设置的参数进行测试并获得测试结果；通过串口联网服务器向天线伺服发送调整姿态的指令并监视天线伺服的当前状态，完成多角度、多方位的测试；向极化控制电路发送设置极化的指令并获取天线的当前极化；向温度采集模块发送查询命令获取当前的环境温度，通过实时通信来监视矢网保护柜内的工作温度，保证仪器安全；通过控制抱闸供电的连通和断开来实现天线伺服的释放和制动。信号极化形式由监控单元通过高低电平对极化开关(发射)和极化开关(接收)的控制完成。

数据采集与控制软件是本发明的核心控制部分，通过远程控制接口负责散射特性测试，天线姿态的改变，信号的极化控制，抱闸的制动与释放，温度的监控等，使系统按照要求进行散射特性测试和外定标，实时采集和显示测试数据，并保存测试结果。测试软件的集成度和自动化程度高，可通过主控计算机对信号收发，抱闸通断、伺服转动等进行远程控制。在一定角度范围内可按设定步长进行批量自动测试，操作流程简单。具有完备的设备状态监视、操作控制功能，可进行故障提示，甚至出现意外断电、死机等情况后，系统重启后仍可继续自动化运行测试。

数据采集与控制软件由散射特性测试、设备控制与监视以及数据库管理三大模块组成。数据采集与控制软件系统组成如图6所示。

散射特性测试是软件部分的最重要的功能，是本发明的关键技术，散射特性测试包括三个模块：包括外定标、地面背景及大面积伪装网散射特性测试及目标散射特性测试。用户设置矢网的工作参数和天线伺服的工作参数，程序自动完成对天线姿态的调整后，测试或定标功能通过远程控制矢网，完成测试。测试结束后，返回测试结果，软件完成对原始数据和测试数据的保存。整个过程由控制与监视抱闸、控制与监视天线伺服、控制与监视极化开关、图像数据采集和控制与监视网络分析仪等一系列的设备控制与监视子功能按一定流程顺序执行实现。

在外场实际操作中，以吊装方式为例，本发明的安装与使用流程如图7所示，采用自上而下的安装方式。首先，将吊装设备进行改装，在吊装设备上利用通用连接装置将抱闸固定；接着将过渡段用螺栓固定于抱闸底部，并将矢网保护柜与过渡段连接固定；然后将天线座架与矢网保护柜安装，并通过天线座架的转接口与天线实现紧固安装；将矢网放置于矢网保护柜内，按照标识连接测试和控制电缆；设备加电初始化，在主控计算机上开启数据采集与控制软件，一切正常后，将设备吊起至测试高度和方位；确定位置后，抱闸断电；软件初始化，设置测试参数，开始测试。

以下对散射特性测试的三个模块的具体实现方式分别进行详细说明。

1)外定标

设计外定标模块，可在散射特性测试前对测试系统进行定标，获得散射特性的绝对值，使得测试结果具有普遍意义和推广应用。

外场试验中定标场地要求开阔，周围无强反射体；地面要求粗糙，以避免某个方向的强反射，本发明中定标体选取校准球，例如选择金属校准球，可以采用支架支撑，也可采用绳子吊升。将测试系统置于一个二维转动平台上，安排多个距离、多个方位的测试，以尽量选取信噪比高的结果。将金属球悬挂至一定高度，测试并记录校准球实际高度，天线面的高度，天线面与校准球的水平距离，输入软件，得到校准球和天线的距离。

首先根据校准球和天线的位置给出一个大致的仰角和方位角，然后设置一定的方位角和俯仰角范围和步进值，根据此预设范围，步进地改变俯仰角和方位角，每一组角度下进行脉冲内定点测试，得到一个二维点阵，显示在界面，并给出回波最强的幅值对应的俯仰值和方位值。根据最大回波方向时的天线角度确定天线和球的距离，然后设置矢网脉冲内定点测试参数，开始进行测试，测试结果为一条随频率范围变化的轨迹。

改变天线极化，改变测试距离(移动天线位置或金属球位置)，更换不同波段天线，重复以上操作，得到不同波段，不同极化条件下，不同入射角下对应的数据。通过散射系数计算公式及雷达方程，得到未知的系统常数，内置于软件，用于地面背景、大面积伪装网和目标散射特性测试。

用户选择外定标功能，在设置定标参数后，测试系统自动调整设备状态，在定标区域内完成系统的外定标。定标结束后，界面显示定标结果。

2)地面背景及大面积伪装网散射特性测试

通过改变天线伺服的俯仰角度，某一方位下自动进行一个俯仰角变化范围内的测试，步进角度由用户设置，得到不同擦地角的散射特性数据，不同方位的测试通过改变吊装设备吊臂的方位实现，其中，不同俯仰的背景散射特性测试如图8(A)所示，不同方位的背景散射特性测试如图8(B)所示。同时也可在某一指定俯仰角和方位角进行测试。根据摄像机实时反馈的天线照射区域图像，调整选取所测区域。

软件在矢网测试参数设置中，采用脉冲内定点测试。基于接收机选通技术，进行指定窗口的数据采集，根据测试对象的信息，软件由测试区域即天线波束照射区域的范围计算最近点和最远点的回波的脉冲到达时刻，从而确定测试接收机和参考接收机的选通门位置。测试结果为多个频点上的数据。

此外，以吊装方式为例，实际测试中在地面背景测试时同步记录地面环境参数，在大面积伪装网测试时同步记录吊装设备的位置、测试高度、起始方位、方位步长、起始擦地角、擦地角步长等信息。

3)目标散射特性测试

利用转台或其他设备完成目标多个方位的测试，首选目标的多个典型方位进行准同步测试。软件界面显示摄像机采集的图像，由于与天线波束方向安装一致，可实时直观反映照射区域的图像。

软件在矢网测试参数设置中，采用矢网脉冲内定点测试，由目标位置、目标信息及天线与目标水平距离、天线俯仰角计算可得目标回波时延，进而确定测试接收机和参考接收机的选通门位置。根据选定的接收机参数得到目标该照射面的散射特性数据，对测试数据进行统计平均处理，获得目标某一方位的散射特性。

目标其他方位的测量过程类似。在具备转台条件时，在其他参数固定时连续测量多个方位的数据。在不具备转台条件时，在某一方位时，测量不同波段、不同入射角、不同极化的散射特性数据，然后再移动至下一个方位，重复操作。在不同入射角下，结合摄像机实时采取图像，确保目标位于照射区域内且大致位于波束中心位置。对于体型较大的目标，选取其代表性部位测试，采集该部位图像，散射特性测试过程类似，对于伪装目标，可在伪装前后分别进行测试，以供对比分析。

在以上三种测试过程中，软件内部完成的矢网部分的测试设置归纳为以下方面：

a)频率范围设置：根据用户选择的波段更改频率范围设置；

b)脉冲参数设置：选择脉冲内定点测试，并利用脉冲重复频率优化功能，对脉冲频率进行微调，达到最佳频谱零点滤波。

c)接收机设置：设置测试接收机和参考接收机；选通参数根据地面背景或伪装网以及目标分别设置，利用软硬件选通技术，有效隔离其他回波。

d)功率设置：设置发射端口的发射功率。

e)触发设置：设置为内部单次通道触发，在每组参数设置完后触发一次，完成一次测试，脉冲触发选择内部触发源。得到测试数据后再在软件内部进行地面或伪装网散射系数以及目标RCS的计算。

本发明具备数据库管理模块，测试数据实时采集、显示和保存。数据库管理模块包括数据管理、数据库维护及数据分析三个子模块。在每次测试后数据自动入库，以二维表格的形式进行保存，所包含的数据表有测试参数表、目标散射特性测试参数表、目标信息参数表、地面背景散射特性测试参数表、测试区域信息参数表、系统常数表、工作状态日志表(主要是出现端口工作状态异常等信息)及测试日志表等，表与表之间存在着一对一或者一对多的对应关系。摄像机每次测试时的采集图像入库，与测试参数建立对应，在数据分析时可直观还原天线照射区域情况。

数据库维护包括查询、增加、修改、删除以及输出等功能，方便测试数据的整理。从数据安全的角度考虑，设计备份和恢复功能，数据库备份时间可选，并在长时间不进行备份的情况下提示是否进行备份。

数据分析模块包括对背景、大面积伪装网、目标三种对象的分析，按照一定的条件对已有的数据进行查询和统计分析等操作。不同的测试功能对应不同的数据分析功能，分为目标统计分析和地面背景及大面积雷达伪装网统计分析两类。目标统计分析中根据用户选择的参数，在某一波段某个入射角某种极化方式下统计目标RCS随方位的变化曲线或RCS均值；背景及大面积雷达伪装网统计分析中统计不同俯仰、方位、极化、分位点、波段下散射系数的变化，显示变化曲线。

尽管为示例目的，已经公开了本发明优选实施例，本领域技术人员将意识到各种改进、增加和取代也是可能的，因此，本发明的范围不限于上述实施例。

Claims (9)

1.一种基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，主要包括：

矢量网络分析仪、天线、主控计算机、矢网保护柜和抱闸装置；

其中，所述矢量网络分析仪为信号收发设备，用于在所述主控计算机控制下产生指定参数的脉冲射频信号，所述脉冲射频信号经所述天线发射出去；其中，所述矢量网络分析仪为PNA-X系列矢量网络分析仪；

所述矢量网络分析仪还用于在主控计算机控制下对所述天线接收的目标回波信号进行选通处理，得到指定区域范围内的微波散射特性数据，实现微波散射特性测试；

所述矢网保护柜用于在野外环境中保护所述矢量网络分析仪，并作为抱闸装置和天线的连接部件，所述矢网保护柜前面板只留发射和接收微波接头，后面板的接口采用航空插头方式，并采用凹槽方式集中放置在面板偏下位置，矢量网络分析仪螺装固定于托盘上，通过导轨抽拉进行安装与拆卸，矢量网络分析仪安装托盘通过带有闭合锁定装置的导轨固定，矢网保护柜内部粘接阻燃型CR发泡带胶海绵，外部有可拆卸的反光材料制作的防护套；

所述抱闸装置用于测试设备的可靠性连接，所述抱闸装置采用等高的十字交叉轴分别制动形式，制动器采用不对称设计。

2.如权利要求1所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，所述脉冲射频信号为所述矢量网络分析仪采用窄带模式生成的脉冲射频信号，其频率范围覆盖L、S、C、X、Ku及Ka波段。

3.如权利要求1或2所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，所述矢量网络分析仪采用脉冲内定点测试类型，并根据测试对象设置接收机选通门位置。

4.如权利要求1或2所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，所述微波散射特性测试指地面背景散射特性测试，或大面积伪装网散射特性测试，或目标散射特性测试。

5.如权利要求4所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，还包括数据分析模块，所述数据分析模块用于：

在地面背景散射特性测试或大面积伪装网散射特性测试中，统计显示不同俯仰、方位、极化、分位点、波段下散射系数的特性曲线；

在目标散射特性测试中，根据用户选择的测试参数，统计显示雷达散射截面RCS变化曲线或均值。

6.如权利要求1或2所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，还包括外定标模块；

所述外定标模块用于在微波散射特性测试之前对所述基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统进行外定标，获得散射特性的绝对值。

7.如权利要求1或2所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，通过主控计算机与矢网保护柜间连接的以太网线实现对测试设备的远程通信与控制，将以太网交换机内置于矢网保护柜，引出两条以太网线分别用于控制摄像机及伺服控制盒，在矢网保护柜内用微波线缆连接矢网与极化控制电路后再连接微波电缆至天线。

8.如权利要求1或2所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，还包括天线座架；

所述天线座架采用方位俯仰转台式天线座架，方位和俯仰均采用涡轮蜗杆结构，方位、俯仰同步采用无回差的双片齿轮，联轴节均采用无回差的波纹管联轴节；

所述天线座架上安装有摄像机，与天线波束同向，用于实时采集测试区域图像，以供主控计算机实时显示。

9.如权利要求8所述的基于矢量网络分析仪的微波散射特性测试系统，其特征在于，还包括伺服控制盒，安装于天线座架与矢网保护柜连接的立筒中，由单片机控制，与主控计算机通过网口进行通信；由控制器局域网络总线作为主要总线传输形式；在天线方位轴、俯仰轴上安装方位、俯仰轴角传感器，用以感应方位、俯仰角度；在方位、俯仰轴向极限位置安装安全保护装置。

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