CN107192990B - 外推法测雷达散射截面积 - Google Patents

外推法测雷达散射截面积 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种外推法测雷达散射截面积的方法，包括：对发射源与被测目标体的位置进行对准，以使发射源正对被测目标体的被测位置；在发射源远离被测目标体的过程中，对应获取在多个测量位置下发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度；根据多个测量位置下发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度得到发射源和被测目标体随距离变化的雷达散射截面积测量曲线；根据雷达散射截面积测量曲线得到被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数；对函数求距离无穷远极限，得到被测目标体的雷达散射截面积。本发明具有如下优点：测量准确度高、适用范围广。

Description

外推法测雷达散射截面积
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，具体涉及一种外推法测雷达散射截面积。
背景技术
当前的雷达散射截面积(RCS)测量方法是通过球体对整个测试系统进行校准(或称“标定”，“定标”)，通过先后将球体和被测目标在测试场中进行RCS测量值的比较，得到被测目标的RCS值，球体的RCS值是由理论计算得到(金属球：Pi*r^2，r为球体半径)。用球体标定RCS测量系统的缺点是，由于球体在所有观测方向上都是球体，360度转动RCS没有变化，从而缺少对RCS测量系统的方位角、俯仰角的校准信息。此外，球体对所接收到的电磁波反射小，从而使测量信号的信号噪声比(SNR)和信号杂波比(SCR)低，会造成标定后的RCS测量系统的测量灵敏度低，测量结果不确定度大。
如果采用带有角度RCS信息的其他反射体对RCS测量系统进行校准，必须首先知道该反射体的RCS量值，目前不能得到准确的复杂几何体的RCS量值。
发明内容
本发明旨在至少解决上述技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种外推法测雷达散射截面积的方法，可以提升RCS测量的准确性。
为了实现上述目的，本发明的实施例公开了一种外推法测雷达散射截面积的方法，包括以下步骤：S1：对发射源与被测目标体的位置进行对准，以使所述发射源正对所述被测目标体的被测位置，其中，所述发射源和所述被测目标体均设置在微波暗室中；S2：在所述发射源远离所述被测目标体的过程中，对应获取在多个测量位置下所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度；S3：根据所述多个测量位置下所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度，得到所述发射源和所述被测目标体随距离变化的雷达散射截面积测量曲线；S4：根据所述雷达散射截面积测量曲线得到所述被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数；S5：对所述雷达散射截面积随距离变化的函数求距离无穷远极限，得到所述被测目标体的雷达散射截面积。
进一步地，步骤S2进一步包括：对所述每个测量位置进行多次测量，对测量数据进行相参积累得到所述每个测量位置的所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度。
进一步地，步骤S4进一步包括：对所述雷达散射截面积测量曲线进行平滑处理，并采用多项式拟合的方式得到被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数。
进一步地，当所述被测目标体为非球面体时，还包括：改变所述发射源和所述被测目标体之间的夹角并测量被测目标体的雷达散射截面积，以得到所述发射源和所述被测目标体之间的在不同夹角下所述被测目标体的雷达散射截面积。
进一步地，使用矢量网络分析仪将激光对准装置连接发射源的波导口面，并使用所述激光对准装置检测所述发射源与所述被测目标体之间的是否对准。
根据本发明实施例的外推法测雷达散射截面积的方法与现有技术相比具有如下优点：
测量准确，可以使目前国内RCS测量准确度提升5倍以上，本发明第二个优点是测量结果信息全面，可以准确测量得到被测目标在不同方位角，不同俯仰角下的RCS量值；
可以提升RCS测量准确度，具有更小的测量不确定度，更丰富的RCS测量信息，为隐身飞机、飞行器等国防领域及民用领域的飞机、飞行器的隐身效果、目标识别等方面提供精准测量；
可以通过对自行设计的RCS目标体进行精确测量，将该RCS目标体作为校准件发放给全国RCS测试场用于作为标定标准器，有利于建立我国RCS计量体系，统一全国RCS测量量值，达到统一、准确、可靠、有效。
本发明的附加方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1是本发明实施例的外推法测雷达散射截面积的方法的流程图；
图2是本发明一个实施例的外推法测雷达散射截面积采用相关设备的结构示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
参照下面的描述和附图，将清楚本发明的实施例的这些和其他方面。在这些描述和附图中，具体公开了本发明的实施例中的一些特定实施方式，来表示实施本发明的实施例的原理的一些方式，但是应当理解，本发明的实施例的范围不受此限制。相反，本发明的实施例包括落入所附加权利要求书的精神和内涵范围内的所有变化、修改和等同物。
以下结合附图描述本发明。
图1是本发明实施例的外推法测雷达散射截面积的方法的流程图。如图1所示，根据本发明实施例的外推法测雷达散射截面积的方法，包括以下步骤：
S1：对发射源与被测目标体的位置进行对准，以使所述发射源正对所述被测目标体的被测位置，其中，所述发射源和所述被测目标体均设置在微波暗室中；
S2：在所述发射源远离所述被测目标体的过程中，对应获取在多个测量位置下所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度；
S3：根据所述多个测量位置下所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度，得到所述发射源和所述被测目标体随距离变化的雷达散射截面积测量曲线；
S4：根据所述雷达散射截面积测量曲线得到所述被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数；
S5：对所述雷达散射截面积随距离变化的函数求距离无穷远极限，得到所述被测目标体的雷达散射截面积。
图2是本发明一个实施例的外推法测雷达散射截面积采用相关设备的结构示意图。如图2所示，在本发明的一个实施例中，外推法测雷达散射截面积采用的相关设备包括：导轨引导系统、导轨覆盖系统、发射天线塔和驱动系统、上极化下方位天线定位器系统、对准设备等部分。
使用外推法测量RCS要求导轨引导系统精确对齐。导轨引导系统安装在外推法暗室的坑道内，用于支撑发射天线塔，并引导发射塔沿暗室的移动轴移动，同时保持发射塔在移动过程中的对准度在指定误差范围内。导轨引导系统被直接安装到混凝土地板上。导轨引导系统与外推法暗室内的地板和发射塔连接。
为了避免发射天线塔和接收天线塔之间导轨暴露所引起的反射，暗室内具备一个自动导轨覆盖系统。在本发明的一个示例中，导轨覆盖系统采用一个可移动地板，由沿暗室纵向排列在地面上的移动托架组成。导轨覆盖系统会自动对导轨覆盖吸波材料，同时为操作人员提供进出发射塔的通路。当轨道不覆盖吸波材料时，RCS为关状态；反之为开状态。
用外推法测量RCS时，需要测量S11(反射波/发射波)随天线间距离的变化。因此设定一个发射塔能够承载发射天线和其它相关设备，以及一个驱动系统来移动发射塔。发射天线塔用于承载微调对激光对准装置、测量仪器、发射天线和极化定位器。发射天线塔包括一个距离地面大约2m的工作台。其中，激光对准装置可以是激光对准仪，也可以是激光笔。
发射天线塔由长约9米的滚珠丝杠来驱动，采用带有绝对编码的直流无刷电机。电机和编码器由运动控制器控制，运动控制器本身又可以通过计算机远程控制，也可通过发射塔上的本地控制面板控制。运动控制器能够控制发射天线塔和导轨覆盖系统。根据发射天线塔的已知位置，运动控制器对导轨覆盖系统实行全自动控制。
在本发明的一个实施例中，被测目标体为金属方板，金属方板被固定在接收天线塔的天线架上，可以通过改变方板与发射天线口面之间的夹角，从而可以得到目标体在不同角度下的RCS值。
在本发明的一个实施例中，使用矢量网络分析仪将激光对准装置连接发射源的波导口面，并使用激光对准装置检测所述发射源与所述被测目标体之间的是否对准。
准备工作完成后，将微波暗室门关闭，实验操作人员在天线塔上开始进行实验操作，然后设定测量参数。参数设置时包括对时域门进行设置，用于滤除目标体周围物体的散射信号，尤其是目标体背后天线塔的散射信号。标准增益喇叭天线口面与标准散射体之间的距离为R，测量R取不同值时的S11。
当待测体为金属球时，将金属球放置在泡沫支架上，将喇叭天线固定在发射塔上，并通过调节泡沫支架下方的升降台使喇叭天线口面中心与金属球球心对齐。喇叭天线口面到金属球球心的距离为R。
当待测体为铝合金方板时，将铝合金方板通过支架固定在天线架台上，将喇叭天线固定在发射塔上，喇叭天线口面到铝合金方板表面的距离为R。发射塔沿着导轨移动改变R的大小，并通过网络分析仪得到不同距离R下的S11值。
在测量过程中，每移动一定的距离，需要根据当前天线-目标之间的距离对时域门的center重新进行设置，从而得到更为精确的测量值。
在本发明的一个实施例中，在步骤S2中，对每个测量位置进行多次测量，对测量数据进行相参积累得到发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度，从而提高信噪比和信杂比。
实验测得数据是不同距离下的S11值，将此值带入到以下公式中可以得到对应的RCS值：
其中，R为喇叭天线与被测目标体之间的距离，G为天线增益，λ为波长。
通过对RCS测量结果分析，发现RCS测量值随着距离的增大是波动上升的，并且最后上升趋势变缓，逐渐趋于定义值(无穷远RCS量值)。
在本发明的一个实施例中，步骤S4进一步包括：对所述雷达散射截面积测量曲线进行平滑处理，并采用多项式拟合的方式得到被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数。
具体地，空间驻波形成的纹波可以通过滑动平均的方法滤掉。对于平滑后得到的外推曲线，采用多项式拟合的方式得到RCS随距离变化的函数f(R)，对f(R)求取距离为无穷大时的极限值，得到被测目标的RCSDUT量值，即RCSDUT＝limE→∞(f(R))。
本发明实施例的外推法测雷达散射截面积的方法与现有技术相比具有如下优点：
测量准确，可以使目前国内RCS测量准确度提升5倍以上，本发明第二个优点是测量结果信息全面，可以准确测量得到被测目标在不同方位角，不同俯仰角下的RCS量值；
可以提升我国RCS测量准确度，具有更小的测量不确定度，更丰富的RCS测量信息，为隐身飞机、飞行器等国防领域及民用领域的飞机、飞行器的隐身效果、目标识别等方面提供精准测量；
可以通过对自行设计的RCS目标体进行精确测量，将该RCS目标体作为校准件发放给全国RCS测试场用于作为标定标准器，有利于建立我国RCS计量体系，统一全国RCS测量量值，达到统一、准确、可靠、有效。
另外，本发明实施例的外推法测雷达散射截面积的方法的其它构成以及作用对于本领域的技术人员而言都是已知的，为了减少冗余，不做赘述。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
尽管已经示出和描述了本发明的实施例，本领域的普通技术人员可以理解：在不脱离本发明的原理和宗旨的情况下可以对这些实施例进行多种变化、修改、替换和变型，本发明的范围由权利要求及其等同限定。

Claims (5)

1.一种外推法测雷达散射截面积的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1：对发射源与被测目标体的位置进行对准，以使所述发射源正对所述被测目标体的被测位置，其中，所述发射源和所述被测目标体均设置在微波暗室中；
S2：在所述发射源远离所述被测目标体的过程中，对应获取在多个测量位置下所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度；
S3：根据所述多个测量位置下所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度，得到所述被测目标体的雷达散射截面积随所述发射源和所述被测目标体之间的距离的变化而变化的雷达散射截面积测量曲线；
S4：根据所述雷达散射截面积测量曲线得到所述被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数；
S5：对所述雷达散射截面积随距离变化的函数求距离无穷远极限，得到所述被测目标体的雷达散射截面积。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S2进一步包括：
对所述每个测量位置进行多次测量，对测量数据进行相参积累得到所述每个测量位置的所述发射源的辐射功率或电磁波幅度，以及接收到的目标散射的空间辐射功率或电磁波幅度。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S4进一步包括：
对所述雷达散射截面积测量曲线进行平滑处理，并采用多项式拟合的方式得到被测目标体的雷达散射截面积随距离变化的函数。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，当所述被测目标体为非球面体时，还包括：
改变所述发射源和所述被测目标体之间的夹角并测量被测目标体的雷达散射截面积，以得到所述发射源和所述被测目标体之间不同的夹角对应的所述被测目标体的雷达散射截面积。
5.根据权利要求1或4所述的方法，其特征在于，使用矢量网络分析仪将激光对准装置连接发射源的波导口面，并使用所述激光对准装置检测所述发射源与所述被测目标体之间是否对准。
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