CN108761405A

CN108761405A - 一种外场rcs测量时用的验证体及其使用方法

Info

Publication number: CN108761405A
Application number: CN201810310783.1A
Authority: CN
Inventors: 苟铭江; 王超; 张英南; 侯兆国
Original assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Current assignee: Beijing Institute of Environmental Features
Priority date: 2018-04-09
Filing date: 2018-04-09
Publication date: 2018-11-06
Anticipated expiration: 2038-04-09
Also published as: CN108761405B

Abstract

本发明涉及一种外场RCS测量时用的验证体及其使用方法，该验证体，包括：在短轴位置，长半轴1160βmm，短半轴700βmm的第一半椭圆柱形金属壳体以及长半轴1840βmm，短半轴700βmm的第二半椭圆柱形金属壳体连接；第二半椭圆柱形金属壳体的上表面为沿长半轴方向的斜劈结构，斜劈结构的最低位置位于第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头；斜劈结构与第一半椭圆柱形金属壳体的上表面构成连续曲面；第一半椭圆柱形金属壳体的侧面高度为890βmm，第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头高度为17.847βmm，β为正有理数。本发明提供的验证体具有较大测量动态范围。

Description

一种外场RCS测量时用的验证体及其使用方法

技术领域

本发明涉及信号特性测试技术领域，尤其涉及一种外场RCS测量时用的验证体及其使用方法。

背景技术

雷达散射截面(radar cross section，RCS)常用来表征目标反射雷达波效率的特征，同时其亦可作为评价目标电磁散射特性的一个最基本的参数，随着雷达发射电磁波的频段而变化。因此，准确的测量目标RCS，一方面为目标电磁散射特性的研究提供理论依据，另一方面能够为目标实行或改进隐身措施提供依据。

为了保证目标RCS测量的准确性，在利用外场测量雷达系统进行目标RCS测量时，需要对外场测量雷达系统进行相对标定。由于目前使用的承载和固定目标的转台及其他类型支撑结构往往回波较强，将对目标散射信号产生干扰，尤其当测量的目标RCS量级较小时背景噪声更加不可忽视。因此，在对外场测量雷达系统进行相对标定时，必须考虑如何消除转台及目标支撑结构的干扰。

消除转台及目标支撑结构的干扰方式主要是采用低散射的载体将转台及目标支撑结构包裹住以降低目标背景的RCS，目前，常用的低散射的载体为NASA杏仁体(NASAAlmond)，但是，该种NASA杏仁体的结构，一定程度上限制了转台的转动，则获得的测量动态范围比较窄。

因此，针对以上不足，需要提供一种能够获得较大测量动态范围的外场RCS测量时用的验证体。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术中的缺陷，提供一种外场RCS测量时用的验证体及其使用方法。

为了解决上述技术问题，本发明提供了一种外场RCS测量时用的验证体，包括：

长半轴1160βmm，短半轴700βmm的第一半椭圆柱形金属壳体以及长半轴1840βmm，短半轴700βmm的第二半椭圆柱形金属壳体；其中，

在所述短轴位置，所述第一半椭圆柱形金属壳体与所述第二半椭圆柱形金属壳体连接；

所述第二半椭圆柱形金属壳体的上表面为沿长半轴方向的斜劈结构，所述斜劈结构的最低位置位于所述第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头；

所述斜劈结构与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面构成连续曲面；

所述第一半椭圆柱形金属壳体的侧面高度为890βmm，所述第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头高度为17.847βmm，β为正有理数。

可选地，

所述第一半椭圆柱形金属壳体与所述第二半椭圆柱形金属壳体连接处曲率连续过渡；

当以长半轴方向为横坐标，短半轴方向为纵坐标时，连接处满足第一曲线方程或者第二曲线方程；

第一曲线方程：

第二曲线方程：

其中，x表征连接处的横坐标，y表征连接处的纵坐标。

可选地，

所述斜劈结构与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面通过金属倒角相连；

所述金属倒角分别与所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面和所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面贴合。

可选地，

所述斜劈结构与所述第二半椭圆柱形金属壳体的下表面之间形成的夹角为25.36度。

可选地，

所述第一半椭圆柱形金属壳体下表面与所述第二半椭圆柱形金属壳体下表面包含有转台入口及至少一个转台固定点；

当转台通过所述转台入口进入后，通过所述转台固定点固定到所述转台。

可选地，

所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型；

所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型。

可选地，

所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型。

可选地，

所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面一体成型；

所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面与所述斜劈结构一体成型。

可选地，

所述金属壳体由轻质高强度金属材料构成。

可选地，

当β＝1时，应用于直径为1000mm～1200mm的转台。

本发明还提供了一种外场RCS测量时用的验证体的使用方法，包括：

将目标转台及所述目标转台上的支撑结构嵌入所述验证体内部；

将所述验证体固定到所述目标转台上，使所述验证体随所述目标转台旋转。

可选地，

所述将所述验证体固定到所述目标转台上，包括：

将所述验证体下表面的固定点固定到所述目标转台。

实施本发明的，具有以下有益效果：

1、在短轴位置，长半轴1160βmm，短半轴700βmm的第一半椭圆柱形金属壳体以及长半轴1840βmm，短半轴700βmm的第二半椭圆柱形金属壳体连接，使验证体侧面比较平缓，从而使得验证体RCS具备一定的动态起伏范围，而且圆弧头位置RCS量级较低；第二半椭圆柱形金属壳体的上表面为沿长半轴方向的斜劈结构，所述斜劈结构的最低位置位于所述第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头，一方面使验证体的RCS有较大动态范围，另一方面进一步降低椭圆弧头位置的RCS量级，所述斜劈结构与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面构成连续曲面，以保证验证体RCS的精准性，所述第一半椭圆柱形金属壳体的侧面高度为890βmm，所述第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头高度为17.847βmm，β为正有理数，验证体能够随转台转动，在保证验证体的精确度的基础上，使验证体具有较大测量动态范围。

2、本发明提供的外场RCS测量时用的验证体不仅能够消除转台及目标支撑结构的干扰，而且能够满足不同频率、不同RCS量级的测量定标要求，满足外场RCS的测量精度，且误差小于0.5dB，在工程上具有很大的实用价值。

3、第一半椭圆柱形金属壳体与第二半椭圆柱形金属壳体连接处曲率连续过渡；当以长半轴方向为横坐标，短半轴方向为纵坐标时，连接处满足第一曲线方程或者第二曲线方程，通过该过程使得验证体侧面平缓过渡，从而使验证体的RCS动态范围变化时具有一定的连续性。

4、所述斜劈结构与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面通过金属倒角相连，从而使验证体的上表面形成连续曲面，所述金属倒角分别与所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面和所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面贴合，从而保证验证体RCS的精确度。

5、所述斜劈结构与所述第二半椭圆柱形金属壳体的下表面之间形成的夹角为25.36度，该角度能够保证椭圆弧头位置的RCS量级足够低，在满足外场雷达散射截面测量系统的需求的同时，保证验证体的加工或制作过程容易完成。

6、所述第一半椭圆柱形金属壳体下表面与所述第二半椭圆柱形金属壳体下表面包含有转台入口及至少一个转台固定点，当转台通过所述转台入口进入后，通过所述转台固定点固定到所述转台。通过将转台入口和转台固定点设置于下表面，方便验证体的安装及放置，而且尺寸满足外场转台安装条件。同时，验证体能够随转台转动使得验证体和转台的姿态均可精确控制。

7、通过将验证体制作成一体成型结构，即所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型，所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型，所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型，所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面一体成型；所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面与所述斜劈结构一体成型，进一步保证了验证体的精确度，同时该验证体结构简单，使得其RCS理论结果容易计算。

8、通过对本发明提供的外场RCS测量时用的验证体进行测试，该验证体RCS随方位角变化时，具备平稳、连续的RCS分布区间，满足对不同RCS量级测量校验要求，另外，在宽频带要求下，该验证体具有大于30dB的RCS动态范围，满足不同频率、不同RCS量级的测量定标要求。

附图说明

图1是本发明实施例一提供的一种外场RCS测量时用的验证体的结构示意图；

图2是本发明实施例提供的β＝1时验证体壳体下表面的结构示意图；

图3是本发明实施例提供的验证体的剖面图；

图4是本发明实施例提供的验证体与转台之间的位置关系透视图；

图5a至5b是本发明实施例提供的1.5GHz频段下验证体的RCS曲线图；

图6a至6b是本发明实施例提供的5.6GHz频段下验证体的RCS曲线图；

图7a至7b是本发明实施例提供的10GHz频段下验证体的RCS曲线图。

图中：101：第一半椭圆柱形金属壳体；102：第二半椭圆柱形金属壳体；1021：斜劈结构；1022：椭圆弧头；103：倒角。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例一

如图1所示，本发明实施例提供的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：包括：

长半轴1160βmm，短半轴700βmm的第一半椭圆柱形金属壳体101以及长半轴1840βmm，短半轴700βmm的第二半椭圆柱形金属壳体102；其中，

在所述短轴位置，所述第一半椭圆柱形金属壳体101与所述第二半椭圆柱形金属壳体102连接；

所述第二半椭圆柱形金属壳体的上表面为沿长半轴方向的斜劈结构1021，所述斜劈结构1021的最低位置位于所述第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头1022；

所述斜劈结构1021与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面构成连续曲面；

其中，在短轴位置，第一半椭圆柱形金属壳体和第二半椭圆柱形金属壳体连接，围成的下表面如图2所示，从图2可以明显的看出，两个半椭圆的短轴重合，长半轴形成一条直线，其中，第一半椭圆柱形金属壳体侧面与第二半椭圆柱形金属壳体侧面相比较来说，第一半椭圆柱形金属壳体侧面曲率大，第二半椭圆柱形金属壳体侧面曲率小，而曲率大小将影响RCS值，因此，该实施例的这种结构使得验证体侧面的曲率比较平缓，能够使验证体的RCS在一定区间范围内连续变化，满足对不同RCS量级测量校验要求，能够满足在较宽频段范围标定雷达散射测量系统。

需要说明的是，斜劈结构以及斜劈结构的最低位置位于所述第二半椭圆柱形金属壳体的椭圆弧头，使得椭圆弧头的RCS量级较小，以满足不同RCS量级的需求，另外，该种结构使得验证体易加工、易维护、不容易损坏。

需要说明的是，半椭圆柱形金属壳体的长半轴长度、短半轴长度及侧面高度可根据转台的尺寸进行调整，即β的取值按照转台的尺寸调整。以使验证体能够完全的将目标转台包裹，同时，为了避免制作验证体过程中材料的浪费，制作的验证体刚好能够将目标转台包裹即可。

实施例二

本实施例二与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

第一曲线方程：

第二曲线方程：

其中，x表征连接处的横坐标，y表征连接处的纵坐标。

所述第一半椭圆柱形金属壳体与所述第二半椭圆柱形金属壳体连接处曲率连续过渡，保证验证体侧面是平缓的，以保证验证体标定的精确度。

实施例三

本实施例三与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

如图3所示的剖面图，从图中可以明显的看出，斜劈结构1021与第一半椭圆柱形金属壳体的上表面之间通过倒角103连接，该倒角可以是第一半椭圆柱形金属壳体的上表面比较平缓的过渡到斜劈结构1021上，从而保证验证体上表面为连续曲面。

实施例四

本实施例四与实施例一基本相同，相同之处不再赘述，不同之处在于：

在本发明另一实施例中，所述第一半椭圆柱形金属壳体下表面与所述第二半椭圆柱形金属壳体下表面包含有转台入口及至少一个转台固定点；

需要说明的是，该转台入口可以为任意结构的，如圆形、椭圆形、多边形等等，该转台固定点可以通过螺丝固定到转台，也可通过黏贴方式固定到转台。

另外，转台固定点还可以设置于验证体侧面的内部。

转台固定点不管设置于验证体下表面，还是验证体侧面的内部，其位置的选择以工作人员方便固定转台为原则。

本发明实施例提供的验证体与转台之间的位置关系如图4所示的透视图，从图中可以看到，验证体将转台包裹，并且通过验证体下表面存在的固定点将验证体固定到转台上，由于验证体下表面是平的，并没有任何凸起，使得验证体能够随转台任意旋转，比如随转台上仰一定的角度，或者下倾一定的角度，抑或水平转动一定的角度等。

在本发明另一实施例中，为了尽可能保证验证体标定的精确度，所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型；所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型。

在本发明另一优选地实施例中，为了进一步提高验证体标定的精确度，所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型。

在本发明又一优选地实施例中，为了进一步提高验证体标定的精确度，所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第一半椭圆柱形金属壳体的上表面一体成型；所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面与所述斜劈结构一体成型。

上述一体成型是为了保证验证体表面平滑，尽可能避免验证体表面存在任何的凸起。

在本发明另一优选地实施例中，所述金属壳体由轻质高强度金属材料构成，例如：加入了密集分散型纳米碳化硅微粒的镁金属材料、铝材、铝合金材料、镁或镁合金材料、钛或者钛合金材料等等。该轻质高强度的金属材料，耐磕碰，使得验证体表面能够尽可能保持平整。另外轻质的金属材料在固定到转台上后，不会对转台造成负担，不会影响转台的姿态。

在本发明又一优选地实施例中，当β＝1时，应用于直径为1000mm～1200mm的转台。

本发明实施例提供的验证体在外场测试的三个典型频段(1.5GHz，5.6GHz及10GHz)下的RCS曲线图，如图5a至图7b所示，图中包括垂直极化RCS和水平极化RCS两个指标。其中，图5a为方位-180°～180°范围内，1.5GHz频段下，垂直极化RCS曲线和水平极化RCS曲线；图5b为俯仰0°～90°范围内，1.5GHz频段下，垂直极化RCS曲线和水平极化RCS曲线；图6a为方位-180°～180°范围内，5.6GHz频段下，垂直极化RCS曲线和水平极化RCS曲线；图6b为俯仰0°～90°范围内，5.6GHz频段下，垂直极化RCS曲线和水平极化RCS曲线；图7a为方位-180°～180°范围内，10GHz频段下，垂直极化RCS曲线和水平极化RCS曲线；图7b为俯仰0°～90°范围内，10GHz频段下，垂直极化RCS曲线和水平极化RCS曲线；从图中可以明显的看出，验证体满足外场RCS的测量精度且RCS精确已知(误差小于0.5dB)，而且在宽频带要求下，该验证体具有大于30dB的RCS动态范围，满足不同频率、不同RCS量级的测量定标要求。

另外，通过开展不同剖分尺寸的矩量法(MoM)收敛性分析，以确定计算验证体RCS所采用的剖分方式，具体实施方式：分别按照不同标准(λ/5，λ/8，λ/10，λ/15，λ/20等)对验证体进行网格剖分，选择典型的计算频点(1GHz、2GHz、3GHz)，计算不同俯仰和方位角度(角度间隔：俯仰88°～92°，0.1°步长；方位-180°～180°，0.2°步长)下不同剖分尺寸时的RCS，验证在不同俯仰和方位角下计算精度随剖分尺寸的收敛特性，并统计水平面入射下的收敛误差，作为RCS计算时剖分尺寸选择的依据。

利用下述收敛误差计算公式组，计算相邻剖分尺寸的对比值(记为δ，单位为dB)，对比值结果如下表1所示。通过对比值确定最佳剖分尺寸。

收敛误差计算公式组：

表1

其中，VV表征垂直极化；HH表征水平极化。

结果表明，转台外壳在不同剖分尺寸时，MoM法具有较好的收敛性。而且随着网格尺寸减小，验证体RCS计算趋于收敛，VV极化的偏差优于HH极化的偏差，按照λ/15剖分，即可满足计算精度要求。

通过1GHz、10GHz频率下MOM方法和高频渐近方法对验证体的计算结果进行对比，可以得出高频渐近方法在大头一端能够得到较为精确的结果，其中垂直极化在-10dB以上非常吻合，水平极化在-20dB以上均吻合。

通过上述开展的验证体RCS数值计算收敛性分析，证明了验证体的RCS理论结果容易计算，且计算精度满足外场测量要求。

本发明一个实施例提供上述任一所述的外场RCS测量时用的验证体的使用方法，包括：

一个优选地实施例为，所述将所述验证体固定到所述目标转台上，包括：将所述验证体下表面的固定点固定到所述目标转台。

另一个优选地实施例为，所述将所述验证体固定到所述目标转台上，包括：将所述目标转台固定到验证体侧面内部。

综上所述，本发明实施例提供的验证体能够随转台转动，使得验证体和转台的姿态均可精确控制，不仅能够消除转台及目标支撑结构的干扰，而且能够满足不同频率、不同RCS量级的测量定标要求，满足外场RCS的测量精度，且误差小于0.5dB，同时验证体具有较大测量动态范围，在宽频带要求下，该验证体具有大于30dB的RCS动态范围，且动态范围变化时具有一定的连续性，满足不同频率、不同RCS量级的测量定标要求，同时RCS理论结果容易计算，在工程上具有很大的实用价值。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims

1.一种外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

第一曲线方程：

第二曲线方程：

其中，x表征连接处的横坐标，y表征连接处的纵坐标。

3.根据权利要求1所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

4.根据权利要求1所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

5.根据权利要求1至4任一所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

6.根据权利要求1至4任一所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型；

所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型。

7.根据权利要求1至4任一所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

所述第一半椭圆柱形金属壳体侧面与所述第二半椭圆柱形金属壳体侧面一体成型；

和/或，

8.根据权利要求1至4任一所述的外场RCS测量时用的验证体，其特征在于：

所述金属壳体由轻质高强度金属材料构成；

和/或，

当β＝1时，应用于直径为1000mm～1200mm的转台。

9.权利要求1至8任一所述的外场RCS测量时用的验证体的使用方法，其特征在于，包括：

10.根据权利要求9所述的使用方法，其特征在于，所述将所述验证体固定到所述目标转台上，包括：

将所述验证体下表面的固定点固定到所述目标转台。