CN108693519A - 水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统 - Google Patents

水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统 Download PDF

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刘立国
卢建斌
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Abstract

本发明涉及雷达目标散射特性测试领域，尤其是涉及水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统。该试验系统，包括消声水池、仪器平台、导轨和空中雷达目标缩比模型，空中雷达目标缩比模型能在水平方位上360°旋转；导轨上设有的若干个收发合置换能器阵均能沿导轨在0～180°范围内运动，且均能照射到空中雷达目标缩比模型。该试验系统除仪器平台外，均置于消声水池中，真实模拟雷达波自由场条件，提供符合实际空中雷达目标所处大气环境的试验条件，可在实验室条件下模拟测量空中雷达目标的电磁散射特性；该试验系统可以测量空中雷达目标全角度(水平方位角0～360°、入射余角0～180°)的电磁散射特性。

Description

水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统
技术领域
本发明涉及雷达目标散射特性测试领域，尤其是涉及水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统。
背景技术
试验测量空中雷达目标(包括飞机、导弹等)电磁散射特性的方法主要有两种：一是外场实测法，所需的测量空间较大、电磁干扰多、需组织空中管制，且实际中探测目标大都是非合作，难以试验探测目的，这种方法投入的资金、人力非常大；二是微波暗室法，是当前试验室测量空中雷达目标电磁散射特性的常规方法，这种方法的基础建设资金投入非常大。
水声模拟法是一种模拟测量水面目标电磁散射特性的方法，该方法同样可用于测量空中雷达目标的电磁散射特性，即基于声波与电磁波在目标散射中的相似性原理，将空气-海水互易，空中雷达目标缩比模型倒置于消声水池中，采用满足相似性原理和光学散射条件的超高频声波信号，照射缩比模型，获得目标雷达回波，可模拟测量空中雷达目标的散射特性。
发明内容
为解决以上问题，本发明提供一种操作简单、试验效率高的水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，该试验系统实现水声模拟测量空中雷达目标全角度(水平方位角0～360°、入射余角0～90°)的电磁散射特性。
本发明采用的技术方案是：一种水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，包括消声水池和设置在消声水池旁用于摆放仪器设备的仪器平台，以及设置在消声水池水下的导轨和空中雷达目标缩比模型，其特征在于：所述空中雷达目标缩比模型设置在导轨下方，能在水平方位上360°旋转；所述导轨上设有至少一个收发合置换能器阵，所述每个收发合置换能器阵均能沿导轨在0～180°范围内运动，且均能照射到空中雷达目标缩比模型，也能接收自身或其它所述收发合置换能器阵(5)照射到测试目标后的反射或散射回波。。
作为优选，所述导轨呈向上凸起的半圆弧形结构，两侧通过支撑架固定在消声水池的内侧壁上；所述空中雷达目标缩比模型的中心设置在半圆弧形导轨的圆心处。
作为优选，所述导轨上设有一个收发合置换能器阵。
作为优选，所述导轨上设有多个收发合置换能器阵。进一步的，所述收发合置换能器阵通过安装架与导轨配合，第一步进电机驱动安装架沿导轨在0～180°范围内运动；所述空中雷达目标缩比模型通过目标支架设置在消声水池水下，第二步进电机驱动目标支架在水平方位上360°旋转。
更进一步的，所述导轨上设有用于指示安装架运动角度的刻度线。
更进一步的，所述第一步进电机和第二步进电机均通过信号线与仪器平台上的控制器相连。
更进一步的，所述消声水池池壁内及水面上均设有用于吸收反射声波的消声尖劈。
更进一步的，所述目标支架采用吸声材料制成。
本发明取得的有益效果是：
1、该试验系统除仪器平台外，均置于消声水池中，目标支架采用消声材料制成，尽可能减小除目标之外的反射声波对试验结果的影响，真实模拟雷达波自由场条件，提供了符合实际空中雷达目标所处大气环境的试验条件，可在实验室条件下模拟测量空中雷达目标的电磁散射特性；
2、可模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性，即目标方位角覆盖0～360°，入射余角覆盖0～90°；
3、可模拟测量空中雷达目标电磁散射特性，包括单站和多站；
4、通过第一步进电机驱动收发合置换能器阵在导轨上滑动，第二步进电机驱动空中雷达目标缩比模型在水平方位上360°旋转，精确控制入射余角和水平方位角；
5、本发明的试验系统结构紧凑，功能齐全，控制便利，可以模拟测量自由场条件下空中雷达目标的全角度电磁散射特性，相比当前测量空中雷达目标雷达散射特性的其他方法造价低，具有较大的推广价值。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为空中雷达目标缩比模型的一种具体实施例；
图3为图2的空中雷达目标缩比模型的雷达散射截面试验数据；
图4为图2的空中雷达目标缩比模型的雷达散射截面数值仿真结果。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作更进一步的说明。
如图1所示，本发明的一种水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，包括消声水池1、仪器平台2、导轨3和空中雷达目标缩比模型4，本实施例中，消声水池1池壁内固定设有消声尖劈11，在消声水池1水面上安装有消声尖劈11，用于吸收收发合置换能器阵辐射到消声水池1池壁后形成的反射声波，以实现水下声波自由场，尽可能减小除目标之外的反射声波对试验结果的影响，真实模拟雷达波自由场条件，提供了符合实际空中雷达目标所处大气环境的试验条件，可在实验室条件下模拟测量空中雷达目标的电磁散射特性；仪器平台2设置在消声水池1旁，用于摆放仪器设备；导轨3和空中雷达目标缩比模型4均设置在消声水池1水中，空中雷达目标缩比模型4能在水平方位上360°旋转，导轨3上设有至少一个收发合置换能器阵5，每个收发合置换能器阵5均能沿导轨在0～180°范围内运动，且均能照射到空中雷达目标缩比模型4，每个收发合置换能器阵5能接收自身或其它收发合置换能器阵5照射到测试目标后的反射或散射回波。
导轨3与空中雷达目标缩比模型4安装的相对位置要求应满足，收发合置换能器阵5沿导轨在0～180°范围内运动时，均能照射到空中雷达目标缩比模型4，即满足对中要求，本实施中，空中雷达目标缩比模型4设置在导轨3下方，且空中雷达目标缩比模型4的中心恰好处于导轨3的圆心处，
导轨3上的收发合置换能器阵5可以采用单站式或多站式，单站式：即在导轨3上设置一个收发合置换能器阵5，收发合置换能器阵5沿导轨在0～180°范围内运动时，既能发射声波照射到空中雷达目标缩比模型4上，又能接收自身照射到空中雷达目标缩比模型4后的反(散)射回波；多站式：即在导轨3上设置多个收发合置换能器阵5，收发合置换能器阵5沿导轨在0～180°范围内运动时，其中一个收发合置换能器阵5发射声波照射到空中雷达目标缩比模型4上，其余收发合置换能器阵5接收该收发合置换能器阵5照射到空中雷达目标缩比模型4后的反(散)射回波，多站式试验结果更为准确。
在一实施例中，导轨3呈向上凸起的半圆弧形结构，两侧通过支撑架32固定在消声水池1的内侧壁上，安装时，保证导轨3竖直设置，且半圆弧形向上凸起，空中雷达目标缩比模型4的中心恰好处于半圆弧形导轨3的圆心处。
在一实施例中，收发合置换能器阵5采用适用于水下的收发一体收发合置换能器阵，收发合置换能器阵5通过安装架51设置在导轨3上，通过第一步进电机驱动安装架51和收发合置换能器阵5沿导轨3在0～180°范围内运动，精准改变收发合置换能器阵5辐射的声波对空中雷达目标缩比模型4的照射角；第一步进电机通过信号线6与仪器平台2上的控制器相连，第一步进电机的步进频率转换为收发合置换能器阵5沿导轨3运动的方位角度，进一步转换成收发合置换能器阵5辐射的声波对空中雷达目标缩比模型4的照射角，通过信号线6将收发合置换能器阵5的照射角传输到仪器平台2上的控制器中，并通过相应的显示设备显示出来，信号线6还可传输收发合置换能器阵5发射和接收等信号。
本实施例中，导轨3上设有用于指示安装架51运动角度的刻度线31，可用于在试验未放水前对收发合置换能器阵5指向角的调试，即将此时收发合置换能器阵5在导轨3上的运动角度通过刻度线31的显示与仪器平台2上的数字显示比对，确认仪器平台2上的数字显示的正确性，一旦消声水池1灌上水后，就看不见导轨3上的刻度线31，只能看消声水池1旁仪器平台2上的数字显示。
在一实施例中，空中雷达目标缩比模型4通过目标支架41设置在消声水池1水下，目标支架41采用消声材料制成，尽可能减小除目标之外的反射声波对试验结果的影响，目标支架41的上端与空中雷达目标缩比模型4相连，下端设置在消声水池1池底，第二步进电机驱动目标支架41和空中雷达目标缩比模型4在水平方位上360°旋转。第二步进电机通过信号线6与仪器平台上的控制器相连，第二步进电机以一定的步进驱动空中雷达目标缩比模型4在360°水平方位上转动，将第二步进电机的步进转换为空中雷达目标缩比模型4水平方位角，方位角信息通过信号线6传送仪器平台2上的控制器中，并显示出来。
在安装收发合置换能器阵5和空中雷达目标缩比模型4之前，需将消声水池1中的水放光，先安装空中雷达目标缩比模型4，然后将激光设备安装在安装架51上，用于调试安装架51上收发合置换能器阵5与空中雷达目标缩比模型4中心的对中，调试完后拆下激光设备，将收发合置换能器阵5安装到安装架51上，完成收发合置换能器阵5和空中雷达目标缩比模型4的安装后，向消声水池1中注满水，而后开展试验。
在一实施例中，利用本发明的试验系统，在消声水池1中进行飞机目标雷达散射截面的水声模拟测量试验，目标为一飞机模型(如图2)，模型采用金属制成，将目标置于消声水池中，发射中心频率为2MHz、带宽为200kHz、脉宽为1ms的单频信号。
图3-4所示，从最终的飞机模型整体雷达散射截面试验数据中可以看出，目标回拨在0°、90°、180°、270°存在四个较为明显的峰值，分别对应飞行器头部、左侧、尾部、右侧，结果与数值仿真结果一致。两图对比说明水声模拟法测量空中雷达目标全角度电磁散射特性是可行的，也证明本发明设计的试验系统的实用性。
以上显示和描述了本发明的基本原理和主要结构特征。本发明不受上述实例的限制，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明的范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (9)

1.一种水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，包括消声水池(1)和设置在消声水池(1)旁用于摆放仪器设备的仪器平台(2)，以及设置在消声水池(1)水下的导轨(3)和空中雷达目标缩比模型(4)，其特征在于：所述空中雷达目标缩比模型(4)设置在导轨(3)下方，能在水平方位上360°旋转；所述导轨(3)上设有至少一个收发合置换能器阵(5)，所述每个收发合置换能器阵(5)均能沿导轨(3)在0～180°范围内运动，且均能照射到空中雷达目标缩比模型(4)，也能接收自身或其它所述收发合置换能器阵(5)照射到空中雷达目标缩比模型(4)后的反射或散射回波。
2.根据权利要求1所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述导轨(3)呈向上凸起的半圆弧形，两侧通过支撑架(32)固定在消声水池(1)的内侧壁上；所述空中雷达目标缩比模型(4)的中心设置在半圆弧形导轨(3)的圆心处。
3.根据权利要求1所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述导轨(3)上设有一个收发合置换能器阵(5)。
4.据权利要求1所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述导轨(3)上设有多个收发合置换能器阵(5)。
5.根据权利要求1或2所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述收发合置换能器阵(5)通过安装架(51)与导轨(3)配合，第一步进电机驱动安装架(51)沿导轨(3)在0～180°范围内往复运动；所述空中雷达目标缩比模型(4)通过目标支架(41)设置在消声水池(1)水下，第二步进电机驱动目标支架(41)在水平方位上360°旋转。
6.根据权利要求5所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述导轨(3)上设有用于指示安装架(51)运动角度的刻度线。
7.根据权利要求5所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述第一步进电机和第二步进电机均通过信号线(6)与仪器平台(2)上的控制器相连。
8.根据权利要求5所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述消声水池(1)池壁内及水面上均设有用于吸收反射声波的消声尖劈(11)。
9.根据权利要求5所述水声模拟测量空中雷达目标全角度电磁散射特性试验系统，其特征在于：所述目标支架(41)采用吸声材料制成。
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