CN103197157A - 一种用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及无线电物理学、海洋科学等技术领域，包括：微波暗室、面元矩阵、连杆升降机构、面元升降控制电机矩阵、电机矩阵控制系统、控制箱、控制计算机、微波雷达接收机、任意极化接收天线、第一信号线、微波雷达发射机、任意极化发射天线和第二信号线组成；本发明可用来动态模拟多种时变的不同电磁特性的粗糙面，同时用微波照射该粗糙面并接收其散射波，取得与相对应现场实验观测相当的缩模实验结果，从而快捷有效地完成对粗糙电磁散射研究的实验验证。

Description

一种用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台
技术领域
本发明涉及无线电物理学、海洋科学等技术领域，尤其涉及一种用于时变粗糙电磁散射研究实验的实验平台。
 
背景技术
研究时变粗糙面电磁散射的理论和数值方法一直是电磁场和电磁波研究领域重要和活跃的方向。其成果可以广泛地应用于地表尤其是海洋遥感的仿真计算、数据和图像的定量分析、遥感系统的性能评估、极化测量理论与技术、物理参数的反演、地物目标的分类识别和环境杂波的分析等等。
在目前的研究中，实验验证手段相对滞后，相关的研究普遍地缺乏便捷、有效并且容易操控的实验平台用于理论和数值结果的验证。目前采取的通过现场试验或者利用机载／星载平台等手段采集数据来进行分析验证的方法成本较高、灵活性不强且易受外界不定因素干扰。
 
发明内容
针对现有技术存在的不足，本发明提出了一种用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，它可动态模拟多种时变粗糙表面，从而进行时变粗糙面电磁散射实验验证。
为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案是：一种用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于包括：微波暗室、面元矩阵、连杆升降机构、面元升降控制电机矩阵、电机矩阵控制系统、控制箱、控制计算机、微波雷达接收机、任意极化接收天线、第一信号线、微波雷达发射机、任意极化发射天线和第二信号线组成；
所述的面元矩阵通过所述的连杆升降机构与所述的面元升降控制电机矩阵连接；
所述的面元升降控制电机矩阵、电机矩阵控制系统、控制箱、控制计算机通过导线顺序串联连接；
所述的微波雷达接收机通过所述的第一信号线与所述的任意极化接收天线连接；
所述的微波雷达发射机通过所述的第二信号线与所述的任意极化发射天线连接；
所述的面元升降控制电机矩阵安装在所述的微波暗室内部下底面上；
所述的任意极化接收天线、任意极化发射天线悬挂安装在所述的微波暗室内部空间中。
作为优选，所述的面元矩阵由大量可通过所述的电机矩阵控制系统控制升降的小面元排列而成。
作为优选，所述的小面元上贴敷有电介质贴片。
作为优选，所述的电介质贴片可以覆盖有不同介电常数的涂敷材料，可以来模拟不同电磁特性的粗糙面。
作为优选，所述的面元升降控制电机矩阵由大量可通过所述的电机矩阵控制系统控制的小电机排列而成。
作为优选，所述的小电机与所述的小面元通过连杆一一对应连接。
作为优选，所述的小电机是微型直线电机。
与现有技术相比，本发明具有以下优点和有益效果：
1．本发明方法简单，占用资源少，实验平台具有成本相对廉价、有效、易于实现等优点，可有效地弥补时变粗糙面散射理论算法与应用之间所缺的实验环节；
2．本发明所获取的时变粗糙面的实验结果可为散射理论与算法、无线电海洋学研究、地杂波、海杂波的特征研究、杂波中目标检测研究、SAR理论与算法研究等方面的研究提供有效的实验手段和资料支持；
3．本发明所采取验证方法可控，可避免现场实验灵活性不强且易受外界不定因素干扰等问题，易取得精确、全面的数值结果。
 
附图说明
图1：是本发明用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台构成示意图。
其中：1．微波暗室、2．面元矩阵、3．连杆升降机构、4．面元升降控制电机矩阵、5．电机矩阵控制系统、6．控制箱、7．控制计算机、8．微波雷达接收机、9．任意极化接收天线、10．第一信号线、11．微波雷达发射机、12．任意极化发射天线、13．第二信号线。
 
具体实施方式
下面结合附图及具体实施方式详细介绍本发明。
本发明的目的是提供一种可动态模拟多种时变粗糙表面，从而进行时变粗糙面电磁散射实验的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台。
请看图1，本发明提供的一种用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，包括：微波暗室1、面元矩阵2、连杆升降机构3、面元升降控制电机矩阵4、电机矩阵控制系统5、控制箱6、控制计算机7、微波雷达接收机8、任意极化接收天线9、第一信号线10、微波雷达发射机11、任意极化发射天线12和第二信号线13组成；面元矩阵2通过连杆升降机构3与面元升降控制电机矩阵4连接；面元升降控制电机矩阵4、电机矩阵控制系统5、控制箱6、控制计算机7通过导线顺序串联连接；微波雷达接收机8通过第一信号线10与任意极化接收天线9连接；微波雷达发射机11通过第二信号线13与任意极化发射天线12连接；面元升降控制电机矩阵4安装在微波暗室1内部下底面上；任意极化接收天线9、任意极化发射天线12悬挂安装在微波暗室1内部空间中。
面元矩阵2由n*m可通过电机矩阵控制系统5控制升降的小面元排列而成，小面元上贴敷有电介质贴片，电介质贴片可以覆盖有不同介电常数的涂敷材料。面元升降控制电机矩阵4由n*m可通过电机矩阵控制系统5控制的小电机排列而成。小电机是微型直线电机。小电机与小面元通过连杆一一对应连接。
上述面元矩阵部分主要由大量可通过程序控制升降的小面元（即“点阵”）排列而成，通过改变面元上贴敷的电介质贴片，可实现不同电磁特性的粗糙面模拟。通过电磁缩比关系推算面元电介质贴片的介电常数，从而选择合适的电介质贴片。
面元升降控制电机矩阵4的作用是通过控制计算机7控制面元升降控制电机矩阵4中各个微型直线电机运动的幅度和相位关系，使面元矩阵2产生相应的时变运动效果。
任意极化发射天线12可发射频率可变、任意极化的多种波形电磁波。电磁波经过面元矩阵2散射后被可任意极化的接收天线9接收。
基于本发明进行时变粗糙面电磁特性验证的实施方法包括：
1． 根据理论模型，通过电机矩阵控制系统5控制面元升降控制电机矩阵4中的微型直线电机运动的幅度和相位关系，使面元矩阵2产生相应的时变运动效果，如海面波浪传播的效果，或者在SAR研究中以飞机／卫星平台为参照系时地面相对雷达运动的效果。除此之外，还可以应用影像高程数字化技术，将摄像机等设备获取的动态地面、海面影像中的高程信息提取出来，数字化后直接用来驱动面元升降控制电机矩阵4中的微型直线电机，使本实验平台能完全模仿实际时变粗糙面的运动效果，使以往难于捕捉重现的一些复杂现象得以反复再现，为开展深入研究提供了很好的实验条件。
2． 通过改变小面元上贴敷的电介质贴片，可以模拟不同电气特性的时变粗糙表面，如海水、有油膜覆盖的海水、藻类爆发状态下的海水、特定植被覆盖的地面等等。小面元表面电介质贴片电气特性控制可通过电磁缩比关系，在实验设备各类物理参数可能的范围内，推算小面元表面电介质贴片的介电常数，或由确定可选的电介质贴片推算设备其它工作参数的配置（如微波收发系统的工作频率等）。
3． 在微波暗室1中测量时变粗糙面的散射波强度，推算出所对应条件下的雷达散射截面数据。任意极化发射天线12可发射频率可变、任意极化的多种波形电磁波，经过面元矩阵2散射后被可任意极化的接收天线9接收，进入微波雷达接收机8后可分析计算雷达散射截面等参量。具体工作频率由所研究问题的性质以及所模拟的粗糙表面的空间特征尺度来确定，如果面元尺度为1cm′1cm，那么微波雷达的工作波长在10cm以上较好。  
4． 实验平台的扩展。面元矩阵2可以作为基本单元，设计时可留出可扩展接口，具体就是可以把多块同样的单元无缝拼接在一起，构成一个更多小面元构成的扩展实验平台，可用于开展尺度更大、过程更为复杂的时变粗糙面散射特征研究。
本发明可用来动态模拟多种时变的不同电磁特性的粗糙面，同时用微波照射该粗糙面并接收其散射波，取得与相对应现场实验观测相当的缩模实验结果，从而快捷有效地完成对粗糙电磁散射研究的实验验证。
本发明还可以通过控制面元矩阵2的运动、任意极化发射天线12的移动、任意极化接收天线9的移动仿真基于运动平台（如机载或星载平台）的合成孔径成像实验。
以上内容是结合最佳实施方案对本发明所做的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只限于这些说明。本领域的技术人员应该理解，在不脱离由所附权利要求书限定的情况下，可以在细节上进行各种修改，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于包括：微波暗室（1）、面元矩阵（2）、连杆升降机构（3）、面元升降控制电机矩阵（4）、电机矩阵控制系统（5）、控制箱（6）、控制计算机（7）、微波雷达接收机（8）、任意极化接收天线（9）、第一信号线（10）、微波雷达发射机（11）、任意极化发射天线（12）和第二信号线（13）组成；
所述的面元矩阵（2）通过所述的连杆升降机构（3）与所述的面元升降控制电机矩阵（4）连接；
所述的面元升降控制电机矩阵（4）、电机矩阵控制系统（5）、控制箱（6）、控制计算机（7）通过导线顺序串联连接；
所述的微波雷达接收机（8）通过所述的第一信号线（10）与所述的任意极化接收天线（9）连接；
所述的微波雷达发射机（11）通过所述的第二信号线（13）与所述的任意极化发射天线（12）连接；
所述的面元升降控制电机矩阵（4）安装在所述的微波暗室（1）内部下底面上；
所述的任意极化接收天线（9）、任意极化发射天线（12）悬挂安装在所述的微波暗室（1）内部空间中。
2.根据权利要求1所述的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于：所述的面元矩阵（2）由大量可通过所述的电机矩阵控制系统（5）控制升降的小面元排列而成。
3.根据权利要求2所述的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于：所述的小面元上贴敷有电介质贴片。
4.根据权利要求3所述的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于：所述的电介质贴片可以覆盖有不同介电常数的涂敷材料。
5.根据权利要求2所述的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于：所述的面元升降控制电机矩阵（4）由大量可通过所述的电机矩阵控制系统（5）控制的小电机排列而成。
6.根据权利要求5所述的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于：所述的小电机与所述的小面元通过连杆一一对应连接。
7.根据权利要求5所述的用于时变粗糙面电磁散射研究的实验平台，其特征在于：所述的小电机是微型直线电机。
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Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115356703A (zh) * 2022-10-17 2022-11-18 中国人民解放军国防科技大学 基于面元分布的粗糙目标rcs缩比测量方法及装置

Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030076256A1 (en) * 2000-05-26 2003-04-24 Courtney Clifton C. Method for creation of planar or complex wavefronts in close proximity to a transmitter array
CN102176017A (zh) * 2011-01-28 2011-09-07 复旦大学 电大复杂体目标与粗糙面背景复合电磁散射数值仿真方法
CN102495400A (zh) * 2011-11-11 2012-06-13 上海无线电设备研究所 一种空间目标会合动态电磁散射特性模拟系统和模拟方法
CN102749529A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 深圳光启高等理工研究院 紧缩场天线测量系统

Patent Citations (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20030076256A1 (en) * 2000-05-26 2003-04-24 Courtney Clifton C. Method for creation of planar or complex wavefronts in close proximity to a transmitter array
CN102176017A (zh) * 2011-01-28 2011-09-07 复旦大学 电大复杂体目标与粗糙面背景复合电磁散射数值仿真方法
CN102749529A (zh) * 2011-04-20 2012-10-24 深圳光启高等理工研究院 紧缩场天线测量系统
CN102495400A (zh) * 2011-11-11 2012-06-13 上海无线电设备研究所 一种空间目标会合动态电磁散射特性模拟系统和模拟方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
吴雄斌等: "高频地波雷达海面有效波高探测实验研究", 《海洋与湖沼》 *
许小剑等: "时变海面舰船目标动态雷达特征信号模型", 《系统工程与电子技术》 *

Cited By (1)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN115356703A (zh) * 2022-10-17 2022-11-18 中国人民解放军国防科技大学 基于面元分布的粗糙目标rcs缩比测量方法及装置

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