CN103592317A - 一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，该方法以主控计算机、发射机、接收机、发射天线以及接收天线为测试系统，并基于校准球体的反射率测试方法来提高吸波材料反射率的测试精度。本发明不仅解决了吸波材料反射率测试过程中由于被测目标与发射和接收天线之间对正偏差以及收发耦合等引起的测试误差问题，提高了测试精度，而且本发明实现方式简单、安装灵活。

Description

一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法

技术领域

本发明涉及一种吸波材料反射率测试方法，尤其涉及一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法。

背景技术

微波吸收材料RAM，简称吸波材料，可以有效地衰减电磁波能量，消除或减弱电磁干扰，进而减小各种目标的雷达散射截面，在隐身技术中具有重要的地位。在研究和应用吸波材料的过程中，需要了解吸波材料的吸波性能，因此，准确方便地测量吸波材料的反射率就显得格外重要，目前，常用的吸波材料反射率的测量方法主要为拱形框法或远场RCS法。

拱形框法测试法是收发天线分别固定在拱形框上，通过接收被测目标的回波数据进行处理得到反射率的方法，其具体做法是将金属板放置在目标支架上，收发天线与被测材料板对称倾斜摆放，发射机产生的信号被发送至发射天线，天线将该信号辐射出去；金属板的回波信号通过接收天线被接收，被送到接收机，得到金属板的回波数据；然后将涂敷吸波材料的板放置在支架上按照同样的方法获取吸波材料板的回波数据，通过处理分析金属板与吸波材料板的回波信号，得到吸波材料的反射率特性，完成相应的测试。该测量方法场地占用面积小，且天线的架设与其同目标的对准都比较方便，但由于拱形框尺寸结构有限，收发天线的倾斜会引起天线与平板之间的垂直度产生较大的偏差，并且收发天线相聚较近，它们之间的隔离度比较低，较低的隔离度将导致发射机产生的大功率信号直接耦合到接收机，严重影响了接收机测量目标回波信号的能力，并带来较大的测量误差。

远场RCS法是反射率测试中精度比较高的一种测量方法，其具体做法是将两个天线并排放置，被测目标放置在目标支架上，目标和天线处于彼此的远场区，收发天线要指向被测目标，并保持高度一致。其原理为：发射机产生的微波毫米信号通过发射天线辐射出去，目标的回波信号通过接收天线被接收，并送到接收机，系统通过处理分析回波信号特性即可得到吸波材料的反射率特性，完成相应测试。该方法虽可大幅度提高收发隔离度和接收机测量目标回波信号的能力，降低测量误差，但该方法同时存在着天线架设、材料板放置对正、调整复杂且很难调整到位的问题，此外，由于被测目标厚度较小，很难垂直放在支架上，将会产生很大的角度偏差，角度偏差又将导致测量误差较大，不利于吸波材料板反射率特性的准确评估。

由此可见，现有技术有待于进一步的改进和提高。

发明内容

本发明为避免上述现有技术存在的不足之处，提供了一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法。

本发明所采用的技术方案为：

一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，包括如下步骤：

（1）、选取主控计算机、发射机、接收机、发射天线、接收天线、测试电缆及目标支架，并根据入射微波的测试频率和其他场地因素选择合适直径尺寸的两个高光洁度的金属球作为测试目标；

（2）、对上述步骤中的其中一个金属球进行表面涂敷吸波材料处理；

（3）、根据步骤（1）中金属球的尺寸计算出符合条件的远场测试距离，即测试目标与上述发射天线和接收天线间的距离；

（4）、将上述主控计算机、发射机、接收机、发射天线、接收天线和测试电缆进行装配，且使发射天线和接收天线与上述金属球和目标支架间的距离满足远场测试距离的要求；

（5）、根据测量参数对上述发射机和接收机的各项参数进行设置；

（6）、空背景下回波数据的测试：在上述目标支架上没有放置任何测试物的情况下，所述发射机发射微波信号，所述微波信号经过测试电缆到达发射天线并辐射出去，之后，所述接收机接收的来自接收天线的回波信号，并由主控计算机对该回波信号进行处理与存储，得到空背景回波数据；

（7）、校准球回波数据的测试：将上述未经表面涂敷吸波材料处理的金属球作为校准球放置在目标支架上，所述发射机发射微波信号，所述微波信号经测试电缆到达发射天线并辐射出去，微波信号照射到校准球后反射至接收天线，回波信号经接收天线到达接收机，主控计算机对该回波信号进行处理与存储，得到校准球回波数据；

（8）、目标球回波数据的测试：将上述经表面涂敷吸波材料处理的金属球作为目标球放置在目标支架上，所述发射机发射微波信号，所述微波信号经测试电缆达到发射天线并辐射出去，微波信号照射到目标球后反射至接收天线，回波信号经接收天线到达接收机，主控计算机对该回波信号进行处理与存储，得到目标球回波数据；

（9）、所述主控计算机对上述空背景回波数据、校准球回波数据以及目标球回波数据进行相应的数据处理，完成吸波材料反射率特性的测试。

所述步骤（9）中主控计算机对空背景、校准球、目标球回波数据的处理过程采用的是基于时域的数据处理过程，该数据处理过程具体为：将所述空背景、校准球、目标球回波数据通过Chirp-z变换到时域，得到空背景时域回波数据、校准球时域回波数据及目标球时域回波数据；用目标球时域回波数据减去空背景时域回波数据得到第一中间数据，用校准球时域回波数据减去空背景时域回波数据得到第二中间数据；对第一、第二中间数据在时域上运用门技术，得到第一处理数据和第二处理数据；对第一、第二处理数据作逆傅里叶变换到频域后，对得到的两组数据做减法得到吸波材料的反射率特性。

所述步骤（5）中的测量参数为起始频率、终止频率、测量点数、中频带宽、输出功率与平均因子。

所述步骤（3）中远场测试距离的计算公式为：R≥2D²/λ,其中，D为所述金属球的直径，λ为微波波长，R为测试目标与发射天线和接收天线间的距离。

所述步骤（2）中对金属球进行表面涂敷吸波材料处理的过程包括对金属球进行外观检查、表面脱脂、表面粗化、表面清理、表面保护、涂敷吸波材料、表面清理、晾放、烧结、冷却、第二次涂敷及烧结。

所述步骤（2）中对金属球进行表面涂敷吸波材料处理时，其涂敷层的厚度需均匀，且其不均匀度要小于±5%。

所述金属球的圆度不能大于1.5um，所述金属球的表面光洁度为12级。

所述金属球的直径大于入射微波的5倍波长、且小于入射微波的15倍波长。

所述金属球由铝或铝合金制成。

所述目标支架是由低密度泡沫材料制成的。

由于采用了上述技术方案，本发明所取得的有益效果为：

1、本发明利用远距离来加大发射天线和接收天线与校准球之间的距离，消除了近距离测试所带来的近似误差，此外，球体的各项同性消除了摆放时位置误差带来的影响，因此本发明具有更好的收发隔离度，有效地解决了收发天线夹角及测试目标对正偏差引起的测量精度问题，可实现更高的测量精度。

2、本发明相对于金属平板而言，金属球的各项同性使得其放置起来简单易行，大大节省了架设目标支架的难度。

3、本发明相对于远场RCS法测试时需要进行校准来寻找合适的测试点，校准周期长、步骤繁琐而言，本发明可以去除此步骤，大大缩减了测试时间，便于工程化使用。

附图说明

图1为本发明的测试方法实现框图。

图2为本发明中回波数据处理流程图。

其中，

1、主控计算机 2、发射机 3、发射天线 4、测试目标 5、接收机 6、接收天线 7、目标支架 8、测试电缆

具体实施方式

下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的详细说明，但本发明并不限于这些实施例。

如图1所示，一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，包括如下步骤：

（1）、选取主控计算机1、发射机2、接收机5、发射天线3、接收天线6、测试电缆8及目标支架7，并根据入射微波的测试频率和其他场地因素选择合适直径尺寸的两个高光洁度的金属球作为测试目标4；所述金属球的直径需满足大于入射微波的5倍波长、且小于入射微波的15倍波长；

（2）、对上述步骤中的其中一个金属球进行表面涂敷吸波材料处理；

（3）、根据步骤（1）中金属球的尺寸计算出符合条件的远场测试距离，即测试目标与上述发射天线3和接收天线6间的距离；

（4）、将上述主控计算机1、发射机2、接收机5、发射天线3、接收天线6和测试电缆8进行装配，且使发射天线3和接收天线6与上述金属球和目标支架7间的距离满足远场测试距离的要求；

（5）、根据测量参数对上述发射机2和接收机5的各项参数进行设置；对发射机2的参数进行设置包括发射功率、起始频率、终止频率、测量点数等参数设置，要保证足够的测量点数，点数过少所得到的傅里叶变换将不能显示出被测目标的时域峰值测量，试点数一般可以选择801点，以满足Chirp-z变换需要；对接收机5的参数进行设置包括中频带宽、平均因子等各项参数的设置，减小接收机5的带宽能减小测量中随机噪声的影响。中频带宽每减小10倍，噪声基底就降低10dB。然而，中频带宽越小，测量时间越长，因此实际操作时要按照实际应用场景进行参数的折中设置；

（6）、空背景下回波数据的测试：在上述目标支架7上没有放置任何测试物的情况下，所述发射机2发射微波信号，所述微波信号经过测试电缆8到达发射天线3并辐射出去，之后，所述接收机5接收的来自接收天线6的回波信号，并由主控计算机1对该回波信号进行处理与存储，得到空背景回波数据；

（7）、校准球回波数据的测试：将上述未经表面涂敷吸波材料处理的金属球作为校准球放置在目标支架7上，所述发射机2发射微波信号，所述微波信号经测试电缆8到达发射天线3并辐射出去，微波信号照射到校准球后反射至接收天线6，回波信号经接收天线6到达接收机5，主控计算机1对该回波信号进行处理与存储，得到校准球回波数据；

（8）、目标球回波数据的测试：将上述经表面涂敷吸波材料处理的金属球作为目标球放置在目标支架7上，所述发射机2发射微波信号，所述微波信号经测试电缆8达到发射天线3并辐射出去，微波信号照射到目标球后反射至接收天线6，回波信号经接收天线6到达接收机5，主控计算机1对该回波信号进行处理与存储，得到目标球回波数据；

（9）、所述主控计算机1对上述空背景回波数据、校准球回波数据以及目标球回波数据进行相应的数据处理，完成吸波材料反射率特性的测试。

如图2所示，所述步骤（9）中主控计算机1对空背景、校准球、目标球回波数据的处理过程采用的是基于时域的数据处理过程，该数据处理过程具体为：将所述空背景、校准球、目标球回波数据通过Chirp-z变换到时域，得到空背景时域回波数据、校准球时域回波数据及目标球时域回波数据；用目标球时域回波数据减去空背景时域回波数据得到第一中间数据，用校准球时域回波数据减去空背景时域回波数据得到第二中间数据；对第一、第二中间数据在时域上运用门技术，去除非目标区的杂波影响，得到第一处理数据和第二处理数据，所述第一、第二中间数据在时域上运用门技术时，这两组数据加门的位置要保持一致，门的中心位置要在数据的最大值附近，要保证门两侧的数据对称分布，门的中心位置要在数据的最大值附近，本发明采用对比法来确定目标的位置，首先测量空背景下的回波数据并保存，然后测量校准球的回波数据，从校准球的回波数据可以明显的看到新的信号突起，这就是校准球的时域响应特征，记录此高峰所对应的时刻值作为门的中心位置；由于微波绕射的影响会在最大位置2.57d（d为金属球的直径）后产生一个次峰值，对于此次峰值在数据处理过程中也要包含到门里面，否则会因为能量丢失而产生较大的影响；对于涂敷吸波材料的金属球而言，会产生更多的次峰值，数据处理过程中只需将主峰值以及附近最大的次峰值包含进去即可，加完门之后得到上述第一处理数据和第二处理数据；对第一、第二处理数据作逆傅里叶变换到频域后，对得到的两组数据做减法得到吸波材料的反射率特性。

所述步骤（5）中的测量参数为起始频率、终止频率、测量点数、中频带宽、输出功率与平均因子。

所述步骤（3）中远场测试距离的计算公式为：R≥2D²/λ,其中，D为所述金属球的直径，λ为微波波长，R为测试目标与发射天线和接收天线间的距离。

本发明中，金属球的表面光洁度以及吸波材料的涂敷是影响测试结果是否准确的重要因素，因此，所述金属球的圆度不能大于1.5um，所述金属球的表面光洁度为12级，才能满足本发明的要求；金属球选定后需要在其中一个上面涂敷吸波材料，所述步骤（2）中对金属球进行表面涂敷吸波材料处理的过程包括对金属球进行外观检查、表面脱脂、表面粗化、表面清理、表面保护、涂敷吸波材料、表面清理、晾放、烧结、冷却、第二次涂敷及烧结；所述步骤（2）中对金属球进行表面涂敷吸波材料处理时，其涂敷层的厚度需均匀，且其不均匀度要小于±5%。

此外，涂敷层要完全固化，性能稳定，不得产生形变，如收缩、膨胀、脱落和散离；涂敷层的表面要洁净，无油污及其他杂质或附着物，无裂缝和气泡等。

所述金属球由铝或铝合金制成。

所述目标支架7是由低密度泡沫材料制成的，此材料反射率小，可以很好地减少目标区域的回波信号。

本发明解决了吸波材料反射率测试过程中由于被测目标与发射和接收天线之间对正偏差以及收发耦合等引起的测试误差问题，提高了测试精度；此外，本发明实现方式简单、安装灵活。

本发明中未述及的部分采用或借鉴已有技术即可实现。

需要进一步说明的是，本文中所描述的具体实施例仅仅是对本发明的精神所作的举例说明。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，但并不会偏离本发明的精神或者超越所附权利要求书所定义的范围。

Claims (10)

1.一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：包括如下步骤：

（1）、选取主控计算机、发射机、接收机、发射天线、接收天线、测试电缆及目标支架，并根据入射微波的测试频率和其他场地因素选择合适直径尺寸的两个高光洁度的金属球作为测试目标；

（2）、对上述步骤中的其中一个金属球进行表面涂敷吸波材料处理；

（3）、根据步骤（1）中金属球的尺寸计算出符合条件的远场测试距离，即测试目标与上述发射天线和接收天线间的距离；

（4）、将上述主控计算机、发射机、接收机、发射天线、接收天线和测试电缆进行装配，且使发射天线和接收天线与上述金属球和目标支架间的距离满足远场测试距离的要求；

（5）、根据测量参数对上述发射机和接收机的各项参数进行设置；

（6）、空背景下回波数据的测试：在上述目标支架上没有放置任何测试物的情况下，所述发射机发射微波信号，所述微波信号经过测试电缆到达发射天线并辐射出去，之后，所述接收机接收的来自接收天线的回波信号，并由主控计算机对该回波信号进行处理与存储，得到空背景回波数据；

（7）、校准球回波数据的测试：将上述未经表面涂敷吸波材料处理的金属球作为校准球放置在目标支架上，所述发射机发射微波信号，所述微波信号经测试电缆到达发射天线并辐射出去，微波信号照射到校准球后反射至接收天线，回波信号经接收天线到达接收机，主控计算机对该回波信号进行处理与存储，得到校准球回波数据；

（8）、目标球回波数据的测试：将上述经表面涂敷吸波材料处理的金属球作为目标球放置在目标支架上，所述发射机发射微波信号，所述微波信号经测试电缆达到发射天线并辐射出去，微波信号照射到目标球后反射至接收天线，回波信号经接收天线到达接收机，主控计算机对该回波信号进行处理与存储，得到目标球回波数据；

（9）、所述主控计算机对上述空背景回波数据、校准球回波数据以及目标球回波数据进行相应的数据处理，完成吸波材料反射率特性的测试。

2.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述步骤（9）中主控计算机对空背景、校准球、目标球回波数据的处理过程采用的是基于时域的数据处理过程，该数据处理过程具体为：将所述空背景、校准球、目标球回波数据通过Chirp-z变换到时域，得到空背景时域回波数据、校准球时域回波数据及目标球时域回波数据；用目标球时域回波数据减去空背景时域回波数据得到第一中间数据，用校准球时域回波数据减去空背景时域回波数据得到第二中间数据；对第一、第二中间数据在时域上运用门技术，得到第一处理数据和第二处理数据；对第一、第二处理数据作逆傅里叶变换到频域后，对得到的两组数据做减法得到吸波材料的反射率特性。

3.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述步骤（5）中的测量参数为起始频率、终止频率、测量点数、中频带宽、输出功率与平均因子。

4.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述步骤（3）中远场测试距离的计算公式为：R≥2D²/λ,其中，D为所述金属球的直径，λ为微波波长，R为测试目标与发射天线和接收天线间的距离。

5.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述步骤（2）中对金属球进行表面涂敷吸波材料处理的过程包括对金属球进行外观检查、表面脱脂、表面粗化、表面清理、表面保护、涂敷吸波材料、表面清理、晾放、烧结、冷却、第二次涂敷及烧结。

6.根据权利要求5所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述步骤（2）中对金属球进行表面涂敷吸波材料处理时，其涂敷层的厚度需均匀，且其不均匀度要小于±5%。

7.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述金属球的圆度不能大于1.5um，所述金属球的表面光洁度为12级。

8.根据权利要求7所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述金属球的直径大于入射微波的5倍波长、且小于入射微波的15倍波长。

9.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述金属球由铝或铝合金制成。

10.根据权利要求1所述的一种基于校准球体的吸波材料反射率测试方法，其特征在于：所述目标支架是由低密度泡沫材料制成的。

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