CN110703218A - 一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统及方法。采用固定一个发射天线结合转台旋转方式代替发射天线逐点轮流发射信号，通过布置多个接收天线的方式代替接收天线沿圆弧轨迹扫描。测量时，每当转台旋转到一个角度时，采集多个接收天线接收到的被测目标散射信号，获取被测目标的双站散射信号。本发明很好地解决了利用收发天线不断移动获取目标双站散射数据方法测量效率低及出现发射天线信号耦合的问题，结构和使用方法简单，更易工程化。

Description

一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统及方法
技术领域
本发明属微波测量技术领域，具体涉及一种双站散射测量系统及方法，特别是一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统及方法。
背景技术
文献“基于平面波综合技术的双站柱面近场散射测量方法研究，西安电子科技大学硕士论文，2018”公开了一种基于平面波综合的双站散射测量方法。该方法是通过一个发射天线在一平面内依次扫描，每当在一个位置处发射电磁波，通过平面波综合技术将它们综合成各个方向的准平面波，接收天线在整个圆柱面内各扫描点处依次扫描一次，最后将更换到不同位置发射后通过接收天线测得的散射场在计算机中加权求和，这样就得到准平面波照射到待测目标后总的散射场。该方法通过收发天线的不断移动获取目标的双站散射数据，需要大量的测试时间，测量效率低；另外，在测量的过程中，当收发天线的双站角较大时，接收天线中除了目标的散射信号，还会出现发射天线的耦合信号，影响测试结果的准确性。
发明内容
为了克服现有双站散射扫描测量方法效率低的不足，本发明提供一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统及方法。本发明采用固定一个发射天线结合转台旋转方式代替发射天线逐点轮流发射信号，通过布置多个接收天线的方式代替接收天线沿圆弧轨迹扫描。测量时，每当转台旋转到一个角度时，采集多个接收天线接收到的被测目标散射信号，获取被测目标的双站散射信号。本发明很好地解决了利用收发天线不断移动获取目标双站散射数据方法测量效率低及出现发射天线信号耦合的问题，结构和使用方法简单，更易工程化。
一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统，其特征在于：主要包括矢量网络分析仪、功率放大器、微波开关、收发天线阵列、转台、测试计算机；
其中，收发天线阵列包括一个弧线阵列和两个接收天线，弧形阵列中包含一个发射天线和m个接收天线。发射天线与被测目标的中心位于同一水平面上，在发射天线的垂直正上方和正下方各有一个接收天线，两个接收天线到发射天线的距离相等；以被测目标中心为原点，以被测目标中心到发射天线中心的距离R为半径的水平弧线上分布有m个接收天线，这m个接收天线等间隔对称分布在发射天线左右两侧，与发射天线共同在水平面内构成弧线阵列；所有天线的中心均对准被测目标的中心；若被测目标的最大横向尺寸为D，对应目标的张角θ为(D/R)*180/л，则弧线阵列的长度为2倍目标的张角，即2*(D/R)*180/л；弧线阵列中接收天线的个数m为大于等于(2θ/Δθ)的最小偶数值，Δθ为张角θ的最大采样间隔，按照Δθ＝(λ/2D)*180/л计算，λ为发射信号的波长；
矢量网络分析仪的发射端连接到功率放大器，功率放大器与发射天线连接，进行信号发射；所有接收天线通过微波开关连接到矢量网络分析仪的接收端，进行目标回波信号接收，微波开关控制每个接收天线依次接收目标的回波信号；测试计算机分别控制矢量网络分析仪进行数据采集和控制转台旋转；被测目标放置于转台中心，转台在水平面内旋转使被测目标姿态角改变。
一种利用如上所述的系统进行双站散射测量的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统进行各接收通道校准，包括机械校准和电校准；所述的机械校准是以一个激光测距仪替换被测目标，将其放置在转台中心，且其中心与发射天线位于同一水平面上，然后，利用激光测距仪测量发射天线中心的距离，并逐个调整所有接收天线的位置，使得所有接收天线中心到转台中心的距离与发射天线中心到转台中心距离相等，即完成校准；所述的电校准是以一个金属球替换被测目标，将其放置在转台中心，且其中心与发射天线位于同一水平面上，然后，发射天线发射信号，每个接收天线测量金属球的散射回波信号，矢量网络分析仪记录每一个接收天线接收信号的矢量幅度和相位数据，完成电校准，此时记录的数据即为各接收天线的校准数据；
步骤2：将被测目标放置在转台中心，其中心与发射天线的中心位于同一水平面上，转台从-180度开始旋转，旋转角度间隔为1度，每旋转到一个角度，矢量网络分析仪的发射端发射信号，所有接收天线通过微波开关分别接收被测目标的散射回波信号，完成一次数据采集，直至转台旋转到180度，完成所有角度下数据采集。
步骤3：将各角度下各接收天线采集的数据与其校准数据相减，得到各接收天线测量的被测目标散射回波数据；对位于发射天线上下两个接收天线接收的散射回波数据进行矢量合成，得到发射天线位置的目标散射回波数据；至此，完成被测目标不同角度下的双站散射数据的测量。
本发明的有益效果是：被测目标的双站散射数据可以通过一发多收结合转台旋转的测试方法来实现，系统简单可操作，更利于工程实用。
附图说明
图1是本发明的一种一发多收结合转台旋转的双站散射测试系统的示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
如图1所示，本发明提供了一种一发多收结合转台旋转的双站散射测试系统。本实施例以被测目标为一个边长为0.5米的直二面角为例，测试距离为R＝2米(约为目标最大横向尺寸的3倍)，测试频率为1.5GHz。
矢量网络分析仪的发射端连接到功率放大器，然后与发射天线连接，发射天线与被测目标的中心等高，并且发射天线的中心对准被测目标的中心。在发射天线的正上和正下方各放置一个接收天线。根据测试频率，发射天线和接收天线均采用双脊喇叭天线。
由于直二面角的边长为0.5米，得到直二面角的最大横向尺寸为0.71米，根据θ＝(D/R)*180/л可计算得到被测目标的张角θ约为20度。当选取2倍张角的范围时，接收天线阵列的对应角度范围约为40度。当测试频率为1.5GHz时，对应波长λ为0.2米，根据(λ/2D)*180/л计算得到采样间隔Δθ应小于8度，由此可以得到至少需要布置7个接收天线。其中6个接收天线对称布置到发射天线的两侧，每两个接收天线之间的间隔相等，构成一个弧形阵列。由于发射天线的上下位置布置了2个接收天线，所以接收天线的实际个数为8个。
接收天线通过一个微波开关连接到矢量网络分析仪的接收端，计算机控制微波开关各端口(即各天线)的切换、转台的旋转以及矢量网络分析仪的数据采集。
在利用一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统进行数据测量时，首先，需进行通道校准，包括机械校准和电校准。机械校准是将一个激光测距仪放置在转台的中心位置，高度与发射天线等高；分别测量每个接收天线口面到转台中心的距离，然后逐个调整接收天线的位置，使得接收天线中心到转台中心的距离与发射天线中心到转台中心的距离基本一致。
机械校准后进行电校准，即采用一个直径为300mm的金属球作为校准件，每个接收天线记录金属球的矢量幅度和相位数据作为校准数据，记为
Figure BDA0002230381810000041
当发现某一通道的幅度或相位数据与其它通道差异较大，检查天线、电缆以及微波开关接口是否正常，若哪个部件工作不正常，则重新更换后再次进行机械校准和电校准。
完成通道校准后再进行数据测量，具体为：从起始角度-180度开始，角度间隔为1度，被测目标每旋转到一个角度，矢量网络分析仪的发射端口发射信号，8个接收天线通过微波开关分别接收被测目标的散射回波信号。当一个角度下的数据采集完成，转台旋转到下一个角度时，每个接收天线再次通过微波开关的快速切换完成该角度下被测目标的散射回波数据采集，直到转台转到180度，被测目标停止旋转。
将每个角度下采集到的被测目标各通道数据与各通道的校准数据相减，获取被测目标各通道更为准确地数据。然后，对发射天线上下两路接收散射回波数据进行矢量合成，获取发射天线位置的接收回波数据。至此，得到了多个发射角度和多个接收角度下目标的回波信号矩阵，完成被测目标不同角度下的双站散射数据的测量。

Claims (2)

1.一种一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统，其特征在于：主要包括矢量网络分析仪、功率放大器、微波开关、收发天线阵列、转台、测试计算机；
其中，收发天线阵列包括一个弧线阵列和两个接收天线，弧形阵列中包含一个发射天线和m个接收天线。发射天线与被测目标的中心位于同一水平面上，在发射天线的垂直正上方和正下方各有一个接收天线，两个接收天线到发射天线的距离相等；以被测目标中心为原点，以被测目标中心到发射天线中心的距离R为半径的水平弧线上分布有m个接收天线，这m个接收天线等间隔对称分布在发射天线左右两侧，与发射天线共同在水平面内构成弧线阵列；所有天线的中心均对准被测目标的中心；若被测目标的最大横向尺寸为D，对应目标的张角θ为(D/R)*180/л，则弧线阵列的长度为2倍目标的张角，即2*(D/R)*180/л；弧线阵列中接收天线的个数m为大于等于(2θ/Δθ)的最小偶数值，Δθ为张角θ的最大采样间隔，按照Δθ＝(λ/2D)*180/л计算，λ为发射信号的波长；
矢量网络分析仪的发射端连接到功率放大器，功率放大器与发射天线连接，进行信号发射；所有接收天线通过微波开关连接到矢量网络分析仪的接收端，进行目标回波信号接收，微波开关控制每个接收天线依次接收目标的回波信号；测试计算机分别控制矢量网络分析仪进行数据采集和控制转台旋转；被测目标放置于转台中心，转台在水平面内旋转使被测目标姿态角改变。
2.一种利用权利要求1所述的系统进行双站散射测量的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：对一发多收结合转台旋转的双站散射测量系统进行各接收通道校准，包括机械校准和电校准；所述的机械校准是以一个激光测距仪替换被测目标，将其放置在转台中心，且其中心与发射天线位于同一水平面上，然后，利用激光测距仪测量发射天线中心的距离，并逐个调整所有接收天线的位置，使得所有接收天线中心到转台中心的距离与发射天线中心到转台中心距离相等，即完成校准；所述的电校准是以一个金属球替换被测目标，将其放置在转台中心，且其中心与发射天线位于同一水平面上，然后，发射天线发射信号，每个接收天线测量金属球的散射回波信号，矢量网络分析仪记录每一个接收天线接收信号的矢量幅度和相位数据，完成电校准，此时记录的数据即为各接收天线的校准数据；
步骤2：将被测目标放置在转台中心，其中心与发射天线的中心位于同一水平面上，转台从-180度开始旋转，旋转角度间隔为1度，每旋转到一个角度，矢量网络分析仪的发射端发射信号，所有接收天线通过微波开关分别接收被测目标的散射回波信号，完成一次数据采集，直至转台旋转到180度，完成所有角度下数据采集。
步骤3：将各角度下各接收天线采集的数据与其校准数据相减，得到各接收天线测量的被测目标散射回波数据；对位于发射天线上下两个接收天线接收的散射回波数据进行矢量合成，得到发射天线位置的目标散射回波数据；至此，完成被测目标不同角度下的双站散射数据的测量。
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