CN107966617B - 一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法 - Google Patents
一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法 Download PDFInfo
- Publication number
- CN107966617B CN107966617B CN201710970988.8A CN201710970988A CN107966617B CN 107966617 B CN107966617 B CN 107966617B CN 201710970988 A CN201710970988 A CN 201710970988A CN 107966617 B CN107966617 B CN 107966617B
- Authority
- CN
- China
- Prior art keywords
- scaling
- test
- epsilon
- wave
- dielectric constant
- Prior art date
- Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
- Active
Links
Images
Classifications
-
- G—PHYSICS
- G01—MEASURING; TESTING
- G01R—MEASURING ELECTRIC VARIABLES; MEASURING MAGNETIC VARIABLES
- G01R29/00—Arrangements for measuring or indicating electric quantities not covered by groups G01R19/00 - G01R27/00
- G01R29/08—Measuring electromagnetic field characteristics
Landscapes
- Physics & Mathematics (AREA)
- Electromagnetism (AREA)
- General Physics & Mathematics (AREA)
- Radar Systems Or Details Thereof (AREA)
- Shielding Devices Or Components To Electric Or Magnetic Fields (AREA)
Abstract
本发明涉及一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，在现有造波水池波浪产生方式的基础上，提出高海情的缩比测试方法，并对缩比测试带来的误差进行修正，获取造波池内的高海情海面缩比测试数据。本发明通过计算合适的缩比系数，开展测试，计算缩比前后水介电常数变化、计算反射系数变化，采用反射系数修正的方式，对造波池缩比测试数据进行修正，获取更为精确的测试数据。
Description
技术领域
本发明涉及海杂波静态电磁散射特性模拟测试技术，特别涉及一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法。
背景技术
海面电磁散射的外场实测可控性差，且代价巨大，无法满足大量测试的需求。利用实验室内海杂波模拟系统，采用人工造波的方式，可以在实验室内开展可控的海杂波模拟测量研究。
受造波系统造波能力的限制，人工模拟的海情有限，无法直接开展全尺寸高海情的模拟测试，目前仅能够进行3级以下海情的模拟测试。对于这种造波池人工缩比模拟高海情的方法，以及缩比测试带来的测试误差和相关的修正技术还处于空白阶段，是目前开展海面模拟测试的难点。
山东大学在专利“一种液压控制冲箱式造波装置及方法”(公开号：CN105823698A、申请号：CN201610164488.0)提出了一种液压控制冲箱式造波装置及方法，包括试验水渠、液压千斤顶、传动杆等，通过调整筒状冲箱与水面撞击，产生波浪，冲箱的圆弧构造产生的波浪更接近天然波浪，但水渠尺寸较小，不利于电磁散射特性测试，且未提及缩比波浪的造波池模拟方法以及误差修正方法。
三峡大学在专利“一种实验用推板式波浪模拟水槽”(公开号：CN204612896U、专利申请号：CN201520366830.6)中提出了一种实验用推板式波浪模拟水槽，包括水槽、消浪尖劈、伺服电机等，可以形成波浪用于模拟试验，同样该专利并未提及室内波浪缩比以及缩比误差修正的方法。
凯利斯兰特尔波浪有限责任公司在专利“表面重力波浪发生器和波浪池”(公开号CN104781486A、申请号：CN200980154911.7)中，提出了用于产生适宜冲浪的波浪池，适合于通过移动机构在沿着侧壁的方向上移动以在沟槽中产生波浪，其在槛部上形成破碎浪，该种造波设备通常尺寸较小，且需要在侧壁放置移动机构，会对电磁散射回波产生影响，因此并不适用于电磁散射测试。
西安电子科技大学在硕士论文“导体目标与海面复合电磁散射的缩比诱导关系”提出了基于互易性原理和等效边缘电磁流法计算的三维目标与二维海面的耦合场的缩比关系，但并未提出缩比测试存在误差时，如何进行改进或者进行修正。
上海无线电设备研究所在论文“粗糙海面的电磁散射缩比模拟测量的若干基本问题”中根据粗糙海面缩比模拟理论与条件，讨论了缩比PM谱海面满足几何相似性条件的要求，和对粗糙海面进行缩比模拟测量的途径，分析了缩比测试可能带来误差，但并未提出误差修正方法。
发明内容
本发明提供一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，在现有造波水池波浪产生方式的基础上，提出高海情的缩比测试方法，并对缩比测试带来的误差进行修正，获取造波池内的高海情海面缩比测试数据。
为了达到上述目的，本发明的技术方案是提供一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法：
进行海杂波的静态缩比测试，得到散射系数测试值σs；
对测试结果进行修正，获得全尺寸状态下的海面散射系数σ：
σ＝σs-20*log10(|R1|)+20*log10(|R2|)
其中，R1是与任务要求的测试频率f对应的反射系数，R2是与线性缩比后设定的测试频率p*f对应的反射系数；p为缩比系数；
任务要求的极化为垂直极化时，垂直极化下反射系数R⊥的算式为
式中，θi为电磁波入射角；ε为被测目标的相对介电常数；
将缩比前的水介电常数ε1代入ε，求解得到的R⊥作为反射系数R1；
将缩比后的水介电常数ε2代入ε，求解得到的R⊥作为反射系数R2。
任务要求的极化为水平极化时，以水平极化下反射系数R//的算式来替换垂直极化下反射系数的算式；
式中，θi为电磁波入射角；ε为被测目标的相对介电常数；
将缩比前的水介电常数ε1代入ε，求解得到的R//作为反射系数R1；
将缩比后的水介电常数ε2代入ε，求解得到的R//作为反射系数R2。
优选地，缩比前的水介电常数ε1为：
缩比后的水介电常数ε2为：
式中，εw∞＝4.9，εw0、τw是与温度T有关的物理量，写为
优选地，对波高进行线性缩比时，基于波级表、风浪对应关系表得到缩比系数p。
优选地，使用海杂波静态电磁散射特性测试试验系统进行海杂波的静态缩比测试时，调整静态电磁散射测量系统的俯仰角姿态，模拟0°～90°范围内的不同入射角θi；根据任务要求的测试频率f和极化，对应设定静态电磁散射测量系统的测试频率p*f和极化；通过静态电磁散射测量系统测得散射系数测试值σs。
本发明提供一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，通过计算合适的缩比系数，开展测试，计算缩比前后水介电常数变化、计算反射系数变化，采用反射系数修正的方式，对造波池缩比测试数据进行修正，获取更为精确的测试数据。
附图说明
图1是海杂波静态电磁散射特性测试试验系统的示意图；
图2是本发明动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法的流程图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的描述：
如图1所示的海杂波静态电磁散射特性测试试验系统，包含海环境模拟设施、海杂波测量系统。
所述海环境模拟设施包含造波水池1，造波设备2以及设置在造波水池的四壁以消除水波在波壁产生的回波干扰的消波装置3。所述海杂波测量系统包含电磁散射测量系统6，其与水平面的夹角、系统测试高度可调。
其中，造波水池1上方设置有双肢龙门构架5，用来架设高架轨路4；电磁散射测量系统6安装在双肢龙门构架5下方的吊篮7中，并可随吊篮7沿高架轨路4移动。
如图2所示，本发明提供一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，包含以下过程：
1.计算合适的缩比系数
现有造波水池只能产生中低海情(1-3级)波浪，根据附表1中的波级表以及表2中的风和浪的对应关系表，若要实现高海情(4-5级)海浪的模拟，则需要对波高进行线性缩比，选择相应的缩比系数为p。
我国国家军用标准中采用国家海洋局1978年颁布规定的浪级，以三一波高(即所观察到的波群之中的1/3最大浪高的平均值)来划分波级，见表1。
表1
| 波级 | H<sub>1/3</sub>(m) | H<sub>1/10</sub>(m) | 名称 |
| 0 | 0 | 0 | 无浪 |
| 1 | <0.1 | <0.1 | 微浪 |
| 2 | 0.1～0.5 | 0.1～0.5 | 小浪 |
| 3 | 0.5～1.25 | 0.5～1.5 | 轻浪 |
| 4 | 1.25～2.50 | 1.5～3.0 | 中浪 |
| 5 | 2.50～4.0 | 3.0～5.0 | 大浪 |
| 6 | 4.0～6.0 | 5.0～7.5 | 巨浪 |
| 7 | 6.0～9.0 | 7.5～11.5 | 狂浪 |
| 8 | 9.0～14.0 | 11.5～18 | 狂涛 |
| 9 | >14.0 | >18 | 怒涛 |
对于风—浪之间的对应关系，如表2所示。
表2
2.静态电磁散射测量系统装定及设置
通过测试系统姿态装定设备，将电磁散射测量系统6固定在吊篮7的横梁下方，并按要求调整电磁散射测量系统6的俯仰角姿态，模拟0°～90°范围内不同的入射角。
若任务要求的测试频率为f，极化为垂直极化，则在进行系统设定时将测试频率设置为p*f，极化仍为垂直极化。
3.静态模拟测试
对海杂波的静态缩比测试，电磁散射测量系统6测试海杂波的散射信号并采集存储，进行后期处理，获取散射系数测试值σs。
4.计算缩比前后水介电常数的变化
水的介电常数常表示为
式中，εw∞＝4.9，εw0、τw是与温度T(℃)有关的物理量，写为
根据公式(1)(2)，分别计算与频率f、p*f对应的水的介电常数ε1、ε2。
5.计算修正系数
垂直极化R⊥和水平极化R//下反射系数的计算公式分别为
式中θi为电磁波入射角；ε为被测目标的相对介电常数，分别以ε1、ε2代入，求解得到频率f对应的反射系数R1，和频率p*f对应的反射系数R2。
6.获得修正后的散射系数值
对测试结果进行修正，获取全尺寸状态下的海面散射系数σ，可由以下公式计算
σ＝σs-20*log10(|R1|)+20*log10(|R2|) (5)
下文提供一个具体的实施例，以在最大能造三级波浪的造波水池中获取2GHz、垂直极化下风速U＝10m/s产生的海面散射系数为例，测试的主要步骤如下：
步骤1：计算合适的缩比系数
要产生风速U＝10m/s的模拟海浪，根据表1波级表和表2风和浪的对应关系表，10m/s对应五级，产生波高2m左右，最大能模拟三级浪的造波水池(波高0.6m)，此时选择缩比系数一般应大于2/0.6≈4，此处确定缩比系数p＝4。
步骤2：静态电磁散射测量系统装定及设置
通过测试系统姿态装定设备调整的电磁散射测量系统6的俯仰角姿态，此处可选择入射角60°，若任务要求的测试频率为2GHz，则在进行系统设定时将测试频率设置为8GHz，测试的极化为垂直极化。
步骤3：静态模拟测试
对海杂波的静态缩比测试，电磁散射测量系统6测试海杂波的散射信号并采集存储，进行后期处理，获取60°入射角，垂直极化、8GHz的散射系数测试值σs，此处假设测试值为-25dB。
步骤4：计算缩比前后水介电常数的变化
根据公式(1)，假设测试时温度T＝20℃，2GHz下水的介电常数ε1为79.08+8.65i，8GHz下水的介电常数ε2为66.67+28.8i。
步骤5：计算修正系数
测试时，选择的极化为垂直极化，因此，根据公式(3)计算，2GHz下水的介电常数ε1为79.08+8.65i，8GHz下水的介电常数ε2为66.67+28.8i，电磁波入射角θi为60°。2GHz下的反射系数R1为0.64+0.02i，8GHz下的反射系数R2为0.63+0.06i。
步骤6：获得修正后的散射系数值
对测试结果进行修正，获取全尺寸状态下的海面散射系数σ，根据公式(5)计算，σ＝-25-(-3.88)+(-4.01)＝-25.13dB。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (4)
1.一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，其特征在于，进行海杂波的静态缩比测试，得到散射系数测试值σs；
对测试结果进行修正，获得全尺寸状态下的海面散射系数σ：
σ＝σs-20*log10(|R1|)+20*log10(|R2|)
其中，R1是与任务要求的测试频率f对应的反射系数，R2是与线性缩比后设定的测试频率p*f对应的反射系数；p为缩比系数；
任务要求的极化为垂直极化时，垂直极化下反射系数R⊥的算式为
式中，θi为电磁波入射角；ε为被测目标的相对介电常数；
将缩比前的水介电常数ε1代入ε，求解得到的R⊥作为反射系数R1；
将缩比后的水介电常数ε2代入ε，求解得到的R⊥作为反射系数R2；
其中，缩比前的水介电常数ε1为：
缩比后的水介电常数ε2为：
式中，εw∞＝4.9，εw0、τw是与温度T有关的物理量，写为
2.如权利要求1所述的动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，其特征在于，
任务要求的极化为水平极化时，以水平极化下反射系数R//的算式来替换垂直极化下反射系数的算式；
式中，θi为电磁波入射角；ε为被测目标的相对介电常数；
将缩比前的水介电常数ε1代入ε，求解得到的R//作为反射系数R1；
将缩比后的水介电常数ε2代入ε，求解得到的R//作为反射系数R2。
3.如权利要求1或2所述的动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，其特征在于，
对波高进行线性缩比时，基于波级表、风浪对应关系表得到缩比系数p。
4.如权利要求1或2所述的动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法，其特征在于，
使用海杂波静态电磁散射特性测试试验系统进行海杂波的静态缩比测试时，调整静态电磁散射测量系统的俯仰角姿态，模拟0°～90°范围内的不同入射角θi；根据任务要求的测试频率f和极化，对应设定静态电磁散射测量系统的测试频率p*f和极化；通过静态电磁散射测量系统测得散射系数测试值σs。
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710970988.8A CN107966617B (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法 |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| CN201710970988.8A CN107966617B (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法 |
Publications (2)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| CN107966617A CN107966617A (zh) | 2018-04-27 |
| CN107966617B true CN107966617B (zh) | 2020-02-21 |
Family
ID=61997646
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| CN201710970988.8A Active CN107966617B (zh) | 2017-10-18 | 2017-10-18 | 一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法 |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| CN (1) | CN107966617B (zh) |
Families Citing this family (2)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112611921B (zh) * | 2020-12-09 | 2022-12-23 | 上海无线电设备研究所 | 一种大气声场模拟装置及其电磁散射特性测试方法 |
| CN114896790A (zh) * | 2022-05-12 | 2022-08-12 | 中科卫星应用德清研究院 | 等效海面仿真缩比方法及系统 |
Family Cites Families (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN104573289A (zh) * | 2015-02-06 | 2015-04-29 | 西安电子科技大学 | 一维导体粗糙海面与二维导体目标的电磁散射仿真方法 |
| CN105224762B (zh) * | 2015-10-19 | 2018-08-17 | 上海无线电设备研究所 | 一种基于电磁参数优化设计的缩比复合材料配制方法 |
| CN105304248B (zh) * | 2015-11-23 | 2017-08-25 | 上海无线电设备研究所 | 一种磁性吸波贴片缩比模拟复合材料配制方法 |
| CN106093947A (zh) * | 2016-08-23 | 2016-11-09 | 南京恩瑞特实业有限公司 | Ka波段毫米波调频连续波测云雷达 |
-
2017
- 2017-10-18 CN CN201710970988.8A patent/CN107966617B/zh active Active
Also Published As
| Publication number | Publication date |
|---|---|
| CN107966617A (zh) | 2018-04-27 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| WO2022237708A1 (zh) | 一种变电站可听噪声预测的声波干涉修正方法及系统 | |
| CN107966617B (zh) | 一种动态海面缩比电磁散射特性测量误差修正方法 | |
| CN107870043A (zh) | 一种海表参数同步反演优化方法 | |
| CN107391880B (zh) | 一种精确高效的天线罩电性能分析方法 | |
| CN104408295B (zh) | 一种大跨桥梁下部结构风‑浪耦合作用荷载数值模拟方法 | |
| CN105911533B (zh) | 一种基于平面扫描结构的三维成像降采样快速扫描方法 | |
| CN109061388B (zh) | 一种输电线路电晕放电点定位系统及其定位方法 | |
| CN105181145A (zh) | 一种波浪水面透射光的水下偏振场模拟方法 | |
| CN108776340A (zh) | 一种基于遗传算法的顺轨干涉合成孔径雷达海表流场反演方法 | |
| CN115438571B (zh) | 一种基于机器学习的地波雷达波浪场计算方法及装置 | |
| CN114357571A (zh) | 建成建筑环境下大气边界层风场特性的反演方法和系统 | |
| CN104318593A (zh) | 一种雷达海杂波的仿真方法和系统 | |
| CN115508908A (zh) | 一种地震面波走时和重力异常联合反演方法与系统 | |
| CN106771664B (zh) | 基于jonswap海谱的海面缩比模拟方法及测试系统 | |
| CN109406096B (zh) | 一种浮式海上风电机组测量装置及其方法 | |
| CN104101869A (zh) | 一种极坐标下的地波雷达运动目标仿真建模方法 | |
| CN109241565B (zh) | 天线球面近场测量中采样位置误差校正方法和装置 | |
| CN105718666A (zh) | 一种浪-流耦合海面的雷达后向散射截面数值模拟方法 | |
| CN107292031A (zh) | 一种基于改进的准镜像海面散射模型的海浪斜率反演方法 | |
| CN112001099A (zh) | 大型射电望远镜天线面板脉动风压快速测算方法 | |
| Jacobs et al. | Validation of a computational electromagnetic model of a boeing 707 aircraft by comparison to scale model measurements | |
| Bischoff et al. | An approach and discussion of a simulation based measurement uncertainty estimation for a floating lidar system | |
| CN111487477B (zh) | 基于大气电场仪阵列群的雷暴云点电荷定位数据互补方法 | |
| CN113124821A (zh) | 一种基于曲面镜和平面镜的结构测量方法 | |
| Fu | Development of effective approaches to the large-scale aerodynamic testing of low-rise building |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
| PB01 | Publication | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
| GR01 | Patent grant | ||
| GR01 | Patent grant |