CN111208474A - 一种被动式雷达目标增强器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种被动式雷达目标增强器，包含：单站回波增强单元和若干个双站回波增强单元，所述单站回波增强单元设有一后反射面表面，所述若干个双站回波增强单元均间隔位于所述单站回波增强单元的一侧，靠近所述后反射面表面。本发明在有限的物理空间内同时实现了对单站的回波增强和双站的回波增强的目的，使得所述双站的角度范围可控。

Description

一种被动式雷达目标增强器
技术领域
本发明涉及电磁散射目标特性技术领域，特别涉及一种被动式雷达目标增强器。
背景技术
在现代防空兵器的靶试过程中由于缺少真实目标，需要用靶标模拟真实目标。由于靶标与真实目标在物理尺寸无法相比，进而需要在一定角度上能够模拟真实目标的雷达散射截面(Radar Cross section,RCS)，一般需要对靶机(靶标)采用雷达回波增强措施，使靶机在RCS上尽量与实际目标相近，进而在靶试过程中能够获取比较真实准确的试验数据，更好地完成各项靶试任务。
另外，在民用船只安全救生领域中要求小型船只如游艇或渔船安装被动雷达目标增强器以便于被发现，降低在航运过程中的发生的安全事故率。无源雷达目标增强器即是为了解决以上问题而使用的一种微波增强装置，其本身不辐射微波能量但能将入射微波能量向来波方向或者其它方向发射回去，从而增大靶机目标本身的RCS。
然而，现有的被动式雷达目标增强器仅涉及单站的回波增强或双站的增强，在有限的物理空间和入射微波能量的情况下不实用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种被动式雷达目标增强器，解决现有的被动式雷达目标增强器仅涉及单站的回波增强或双站的回波增强，在有限的物理空间和入射微波能量的情况下不实用的问题。
为了解决上述问题，本发明通过以下技术方案实现：
一种被动式雷达目标增强器，包含：单站回波增强单元和若干个双站回波增强单元，所述单站回波增强单元设有一后反射面表面，所述若干个双站回波增强单元均间隔位于所述单站回波增强单元的一侧，靠近所述后反射面表面。
优选地，所述单站回波增强单元还包括一金属冠，所述金属冠与所述后反射面表面相匹配，其贴合于所述后反射面表面上。
优选地，所述单站回波增强单元呈准椭球体状或龙伯球状。
优选地，所述单站回波增强单元的材料为非金属透光材料。
优选地，所述单站回波增强单元的材料为聚苯乙烯。
优选地，当所述单站回波增强单元呈准椭球体状时，所述单站回波增强单元的尺寸满足如下条件：
所述准椭球体包括三个表面区域，第一区域为前椭球体表面(与来波方向相对)，第三区域为所述后反射面表面；所述第二区域为用于连接所述第一区域和所述第三区域的圆柱体表面；
所述第一区域上的任意一点采用如下公式进行表示：
Figure BDA0002397180060000021
Figure BDA0002397180060000022
Figure BDA0002397180060000023
Figure BDA0002397180060000024
式中，f为一个确定长度的线段，该f线段的一端交于所述第一区域上，其交点坐标表示为(x1，y1)，所述f线段沿所述第一区域的曲面上的所述交点(x1，y1)的切线的法线方向运动，所述f线段的另一端的端点(x2，y2)所形成的轨迹就是所述第三区域的表面曲线；n表示所述单站回波增强单元的材料的折射率；ε表示所述单站回波增强单元的材料的介电常数；b表示所述第二区域的半径；
所述第三区域上的点(x2，y2)采用如下公式表示：
Figure BDA0002397180060000025
Figure BDA0002397180060000026
若y2的值大于b，则全部使用b代替，若没有大于b的y2的值，则不存在所述第二区域，所述第一区域与所述第三区域直接相连。
优选地，当所述单站回波增强单元呈龙伯球状时，所述单站回波增强单元的尺寸满足如下条件：
n2+(r/R)2＝2
式中，n表示所述单站回波增强单元的材料的折射率，R表示龙伯球的最大半径；r表示与n对应出龙伯球的半径。
优选地，每一所述双站回波增强单元包括若干个天线，若干个所述天线根据所需控制的双站增强角度范围进行连接。
优选地，每两个天线之间互相连接；或者若干个所述天线中的一个所述天线分别与除该天线之外的其他天线进行连接。
优选地，所述天线为喇叭天线。
本发明与现有技术相比具有以下优点：
本发明所提供的一种被动式雷达目标增强器，包含：单站回波增强单元和若干个双站回波增强单元，所述单站回波增强单元设有一后反射面表面，所述若干个双站回波增强单元均间隔位于所述单站回波增强单元的一侧，靠近所述后反射面表面。由此可知，本发明在有限的物理空间内同时实现对单站的回波增强和双站的回波增强的目的，使得所述双站的角度范围(入射角度范围和反射角度范围)可控。另外，本发明还可以均匀地增强目标的RCS，提高增强角度范围，可根据所述双站回波增强单元的连接方式任意调整双站角度，大大降低了被动式雷达目标增强器的制作成本，解决了现有的被动式雷达目标增强器仅涉及单站的回波增强或双站的回波增强，在有限的物理空间和入射微波能量的情况下不实用的问题。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的一种被动式雷达目标增强器的单站回波增强单元为准椭圆形时的主要结构示意图；
图2为本发明一实施例提供的一种被动式雷达目标增强器的单站回波增强单元为龙伯球时的主要结构示意图；
图3为本发明一实施例提供的一种被动式雷达目标增强器的双站回波增强单元的一种连接方式示意图；
图4为本发明一实施例提供的一种被动式雷达目标增强器的双站回波增强单元的另一种连接方式示意图；
图5为本发明一实施例提供的一种被动式雷达目标增强器的主要结构示意图；
图6为本发明一实施例提供的一种被动式雷达目标增强器的单站回波增强单元和双站回波增强单元所需的设计要求示意框图。
具体实施方式
以下结合附图1至6和具体实施方式对本发明提出的一种被动式雷达目标增强器作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本发明的核心思想在于提供一种被动式雷达目标增强器，以解决现有的被动式雷达目标增强器仅涉及单站的回波增强或双站的回波增强，在有限的物理空间和入射微波能量的情况下不实用的问题。
具体的，结合图1～图6所示，本实施例一种被动式雷达目标增强器：
请参见图5所示，包含：单站回波增强单元100和若干个双站回波增强单元300(图5中所示为三个)，由于龙伯球/椭球体是用来增强单站RCS，球体的大小决定了单站RCS能够增强的幅度最大值，球冠的大小决定了单站反射角度；对应的喇叭天线是用来增强双站RCS，喇叭的尺寸和宽度决定了双站RCS增强的角度宽度和幅度；具体怎么用可以根据需求来进行设计的。所述单站回波增强单元100设有一后反射面表面103，所述若干个双站回波增强单元300均间隔位于所述单站回波增强单元100的一侧，靠近所述后反射面表面103。由此可知，本实施例在有限的物理空间内同时实现对单站的回波增强和双站的回波增强的目的，使得所述双站的角度范围(入射角度范围和反射角度范围)可控。另外，本发明还可以均匀地增强目标的RCS，提高增强角度范围，可根据所述双站回波增强单元的连接方式任意调整双站角度，大大降低了被动式雷达目标增强器的制作成本，解决了现有的被动式雷达目标增强器仅涉及单站的回波增强或双站的回波增强，在有限的物理空间和入射微波能量的情况下不实用的问题。
优选地，在本实施例中，所述单站回波增强单元100还包括一金属冠200，所述金属冠200与所述后反射面表面103相匹配，其贴合于所述后反射面表面103上。设有所述金属冠200的所述单站回波增强单元100由于其自身外形尺寸的变化可以将其自身的外径上的一个点辐射源变成平面波辐射出去，或将球体所截获得入射平面波聚为一点。
优选地，所述单站回波增强单元呈准椭球体状或龙伯球状。
优选地，所述单站回波增强单元的材料为非金属透光材料。
优选地，所述单站回波增强单元的材料为聚苯乙烯。
当所述非金属材料为聚苯乙烯时，可以采用通用型聚苯乙烯为原料注射成形，聚苯乙烯特点是硬而刚，具有良好的化学稳定性和介电性能(介电常数在2.8左右)，着色性好，易于成形，清洁度高，透光率≧87％，但性脆，耐热性低。在测试获得透波材料的介电常数ε的情况下，并定义该材料的折射率表示为
Figure BDA0002397180060000051
在本实施例中，对于所述单站回波增强单元100的设计可根据实际可用的物理空间，选用一种已知介电常数的非金属材料并根据要求的RCS设计不同尺寸的准椭球体或者龙伯球，在根据单站需求角度(注释：单站角度是由需求决定的)的大小需求，在球的一端紧密贴上一定角度(注释：单站角度是由需求决定的)的金属膜进行制备，通常的一般采用90度的球冠
根据能够使用的物理空间大小和单、双站增强角度范围来初步确认所述单站回波增强单元100和每一所述双站回波增强单元300的口径的大小。
优选地，在本实施例中，当所述单站回波增强单元100呈准椭球体状时，所述单站回波增强单元100的尺寸满足如下条件：即所述准椭球体形状的单站回波增强单元100的尺寸可以采用如下条件进行确定。
所述准椭球体包括三个表面区域，第一区域101为前椭球体表面，第三区域103为所述后反射面表面；所述第二区域102为用于连接所述第一区域101和所述第三区域103的圆柱体表面；
所述第一区域101上的任意一点采用如下公式进行表示：
Figure BDA0002397180060000061
Figure BDA0002397180060000062
Figure BDA0002397180060000063
Figure BDA0002397180060000064
式中，f为一个确定长度的线段，该f线段的一端交于所述第一区域上，其交点坐标表示为(x1，y1)，所述f线段沿所述第一区域的曲面上的所述交点(x1，y1)的切线的法线方向运动，所述f线段的另一端的端点(x2，y2)所形成的轨迹就是所述第三区域的表面曲线；n表示所述单站回波增强单元的材料的折射率；ε表示所述单站回波增强单元的材料的介电常数；b表示所述第二区域102的半径；
所述第三区域103上的点(x2，y2)采用如下公式表示：
Figure BDA0002397180060000065
Figure BDA0002397180060000066
若y2的值大于b，则全部使用b代替，若没有大于b的y2的值，则不存在所述第二区域102，所述第一区域101与所述第三区域103直接相连。
优选地，当所述单站回波增强单元呈龙伯球状时，所述单站回波增强单元100的尺寸满足如下条件：
n2+(r/R)2＝2
式中，n表示所述单站回波增强单元的材料的折射率，R表示龙伯球的外半径(最大半径)；r表示与n对应出龙伯球的半径。所述金属冠200的单站RCS增强角度与准椭球体或龙伯球的球冠角度成相反关系，即金属冠200的角度越宽，准椭球体或龙伯球的球冠角度越窄；金属冠200的角度越窄，准椭球体或龙伯球的球冠角度越宽。所述准椭球体或龙伯球用于增强单站回波，通常的一般采用90度的球冠。
优选地，每一所述双站回波增强单元200包括若干个天线，若干个所述天线根据所需控制的双站增强角度范围进行连接。具体的如图3或4所示，所述天线(天线单元)的个数为6个，编号分别为1～6，其中，图中喇叭形状表示一个天线单元，粗线表示信号电缆。
优选地，每两个天线之间互相连接；或者若干个所述天线中的一个所述天线分别与除该天线之外的其他天线进行连接。
优选地，所述天线为喇叭天线。
计算出所述单站回波增强单元100的结构图的表面尺寸，可以通过数控机床加工成形，加工成形以后最后在表面103上均匀贴一层铝箔纸(金属冠200其作用是反射入射波形成单站RCS增强，最后成形。
通过暗室测量用于测试检验被动雷达目的增强器的性能。经对按照本发明所得的增强器，开展单双站测量进而确认最终的结果。
具体的，如图6所示，由于龙伯球/椭球体是用来增强单站RCS，球体的大小决定了单站RCS能够增强的幅度最大值，球冠的大小决定了单站反射角度；对应的喇叭天线是用来增强双站RCS，喇叭的尺寸和宽度决定了双站RCS增强的角度宽度和幅度；具体怎么用可以根据需求来进行设计的，则选定被动式雷达目标增强器的单站回波增强单元和若干个双站回波增强单元的标准如下：根据限定的物理尺寸，对于单站回波增强的目的，角度范围：选择合适的金属冠或金属球冠，峰值大小：选择龙伯球/椭球体，所述单站回波增强单元的参数确定制备出后，通过测试最终确认。根据限定的物理尺寸，对于双站回波增强的目的，峰值大小：选择喇叭天线口面大小角度范围：选择喇叭天线的角度宽度和天线阵的连接方法，所述双站回波增强单元的参数确定制备出后，通过测试最终确认。
综上所述，本发明所提供的一种被动式雷达目标增强器，包含：单站回波增强单元和若干个双站回波增强单元，所述单站回波增强单元设有一后反射面表面，所述若干个双站回波增强单元均间隔位于所述单站回波增强单元的一侧，靠近所述后反射面表面。由此可知，本发明在有限的物理空间内同时实现对单站的回波增强和双站的回波增强的目的，使得所述双站的角度范围(入射角度范围和反射角度范围)可控。另外，本发明还可以均匀地增强目标的RCS，提高增强角度范围，可根据所述双站回波增强单元的连接方式任意调整双站角度，大大降低了被动式雷达目标增强器的制作成本，解决了现有的被动式雷达目标增强器仅涉及单站的回波增强或双站的回波增强，在有限的物理空间和入射微波能量的情况下不实用的问题。
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 (10)

1.一种被动式雷达目标增强器，其特征在于，包含：
单站回波增强单元和若干个双站回波增强单元，所述单站回波增强单元设有一后反射面表面，所述若干个双站回波增强单元均间隔位于所述单站回波增强单元的一侧，靠近所述后反射面表面。
2.如权利要求1所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，所述单站回波增强单元还包括一金属冠，所述金属冠与所述后反射面表面相匹配，其贴合于所述后反射面表面上。
3.如权利要求2所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，所述单站回波增强单元呈准椭球体状或龙伯球状。
4.如权利要求3所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，所述单站回波增强单元的材料为非金属透光材料。
5.如权利要求3所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，所述单站回波增强单元的材料为聚苯乙烯。
6.如权利要求4或5所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，当所述单站回波增强单元呈准椭球体状时，所述单站回波增强单元的尺寸满足如下条件：
所述准椭球体包括三个表面区域，第一区域为前椭球体表面，第三区域为所述后反射面表面；第二区域为用于连接所述第一区域和所述第三区域的圆柱体表面；
所述第一区域上的任意一点采用如下公式进行表示：
Figure FDA0002397180050000011
Figure FDA0002397180050000012
Figure FDA0002397180050000013
Figure FDA0002397180050000014
式中，f为一个确定长度的线段，该f线段的一端交于所述第一区域上，其交点坐标表示为(x1，y1)，所述f线段沿所述第一区域的曲面上的所述交点(x1，y1)的切线的法线方向运动，所述f线段的另一端的端点(x2，y2)所形成的轨迹就是所述第三区域的表面曲线；n表示所述单站回波增强单元的材料的折射率；ε表示所述单站回波增强单元的材料的介电常数；b表示所述第二区域的半径；
所述第三区域上的点(x2，y2)采用如下公式表示：
Figure FDA0002397180050000021
Figure FDA0002397180050000022
若y2的值大于b，则全部使用b代替，若没有大于b的y2的值，则不存在所述第二区域，所述第一区域与所述第三区域直接相连。
7.如权利要求4或5所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，
当所述单站回波增强单元呈龙伯球状时，所述单站回波增强单元的尺寸满足如下条件：
n2+(rR)2＝2
式中，n表示所述单站回波增强单元的材料的折射率，R表示龙伯球的最大半径；r表示与n对应出龙伯球的半径。
8.如权利要求4或5所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，每一所述双站回波增强单元包括若干个天线，若干个所述天线根据所需控制的双站增强角度范围进行连接。
9.如权利要求8所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，每两个天线之间互相连接；或者若干个所述天线中的一个所述天线分别与除该天线之外的其他天线进行连接。
10.如权利要求9所述的被动式雷达目标增强器，其特征在于，所述天线为喇叭天线。
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