CN111948178B - 一种便携式雷达散射特性测试装置及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种便携式雷达散射特性测试装置及方法，属于检测领域，指导操作人员对被测雷达吸波涂层进行雷达散射特性诊断和评估，其中装置包括用于检测并分析被测雷达吸波涂层的测试前端，以及用于实时获取测试前端的位置信息的定位模块，其中，测试前端至少包括相连接的射频收发模块以及控制单元，控制单元还连接定位模块；控制单元将采集到的被测雷达吸波涂层散射回波数据进行处理，获得被测雷达吸波涂层的高精度散射图像。

Description

一种便携式雷达散射特性测试装置及方法

技术领域

本发明属于检测领域，具体的，涉及一种便携式雷达散射特性测试装置及方法。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

常规的雷达散射特性测试手段主要包括单探头反射率检测方法和基于转台或扫描架的高精度微波成像诊断方法。单探头反射率检测方法所使用的测试设备往往具有体积小、操作简单的优点，特别适合雷达吸波涂层现场检测技术，但由于该方法是通过测量指定位置处的反射率来定量评判雷达吸波涂层的性能，不能真正反映目标雷达散射特性，另外对于曲面雷达吸波涂层测试时，很难获得较高的测量精度。高精度微波成像诊断方法是通过转台或者扫描架实现测试天线与被测雷达吸波涂层的相对运动，采用合成孔径成像算法重构被测雷达吸波涂层高精度二维或三维图像，进而通过直观的方式对雷达吸波涂层各区域位置雷达散射特性进行诊断，但由于需要配合转台或扫描架等机械运动装置，不利于在武器装备现场开展雷达吸波涂层测试与评估。

现有技术中，存在一种射频收发模块，能够实现超宽带微波信号的发射和接收，通过中频数据采集获得被测雷达吸波涂层的散射回波数据，可以用于检测涂层表面情况。

发明人发现,武器装备在施工、贮存、运输、训练及作战过程中，其表面雷达吸波涂层会受到外部环境或自身寿命等各种复杂因素影响而出现机械性损伤或吸收剂变质等失效行为，从而引起雷达吸波涂层物理化学性能的变化，严重影响武器装备的隐身性能。

发明内容

针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种便携式雷达散射特性测试装置及方法，为了保持武器装备的作战效能，在日常隐身性能维护测试过程中，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行快速扫描测试，并通过带有运动误差修正功能的成像算法对采集的散射回波数据进行处理，从而获取被测雷达吸波涂层高精度散射图像，进而指导操作人员对被测雷达吸波涂层进行雷达散射特性诊断和评估。

本发明的第一目的，是提供一种便携式雷达散射特性测试装置。

本发明的第二目的，是提一种供便携式雷达散射特性测试方法。

为了实现上述目的，本发明是通过如下的技术方案来实现：

第一方面，本发明的技术方案提供了一种便携式雷达散射特性测试装置，包括用于检测并分析被测雷达吸波涂层的测试前端，以及用于实时获取测试前端的位置信息的定位模块，其中，测试前端至少包括相连接的射频收发模块以及控制单元，控制单元还连接定位模块；控制单元将采集到的被测雷达吸波涂层散射回波数据进行处理，获得被测雷达吸波涂层的高精度散射图像。

第二方面，本发明的技术方案还提供了一种便携式雷达散射特性测试方法，使用如第一方面所述的便携式雷达散射特性测试装置，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行快速扫描测试，并通过带有运动误差修正功能的成像算法对采集的散射回波数据进行处理，从而获取被测雷达吸波涂层高精度散射图像，进而指导操作人员对被测雷达吸波涂层进行雷达散射特性诊断和评估。

上述本发明的技术方案的有益效果如下：

相比于传统基于转台、扫描架等机械运动装置的雷达散射特性测试方法，本发明通过操作人员手持便携式测试前端扫描测试就可以实现被测雷达吸波涂层的高分辨率成像诊断，而且由于采用快速扫频的线性调频体制信号和高精度实时定位装置，这样可以保证操作人员在运动过程中能够实现精确测试，进而获得聚焦的散射图像,相比于单探头反射率测试方法，本发明在兼顾便携性的基础上，能够获取被测雷达吸波涂层更为全面准确的雷达散射特性信息，有利于实现被测雷达吸波涂层的精确诊断。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

图1是本发明根据一个或多个实施方式的结构示意图。

图中：1、高集成射频收发模块，2、显示控制单元，3、超宽带天线，4、供电与存储单元，5、高精度定位模块,6、测试前端。

为显示各部位位置而夸大了互相间间距或尺寸，示意图仅作示意使用。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本发明提供进一步的说明。除非另有指明，本发明使用的所有技术和科学术语具有与本发明所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本发明的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非本发明另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；

术语解释部分：本发明中的术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或为一体；可以是机械连接，也可以是电连接，可以是通讯连接，可以是直接连接，也可以是通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部连接，或者两个元件的相互作用关系，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语在本发明的具体含义。

正如背景技术所介绍的，针对现有技术存在的不足，本发明的目的是提供一种便携式雷达散射特性测试装置及方法，为了保持武器装备的作战效能，在日常隐身性能维护测试过程中，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行快速扫描测试，并通过带有运动误差修正功能的成像算法对采集的散射回波数据进行处理，从而获取被测雷达吸波涂层高精度散射图像，进而指导操作人员对被测雷达吸波涂层进行雷达散射特性诊断和评估。

实施例1

本发明的一种典型的实施方式中，如图1所示，实施例1公开了一种便携式雷达散射特性测试装置，包括两部分，一部分是操作人员进行手持移动的测试前端6，其包括高集成射频收发模块1、显示控制单元2和超宽带天线3；另一部分是辅助设备，其包括供电与存储单元4和高精度定位模块5。

具体的，包括：

高集成射频收发模块1，用于实现超宽带微波信号的发射和接收，通过中频数据采集获得被测雷达吸波涂层的散射回波数据，并将其传递到显示控制单元2；

显示控制单元2，用于控制高集成射频收发模块1和高精度定位模块5工作，同时将采集到的被测雷达吸波涂层散射回波数据进行处理，获得被测雷达吸波涂层的高精度散射图像；

超宽带天线3，用于实现超宽带微波信号的辐射；

供电与存储单元4，用于实现测试装置的供电以及测试数据的存储；

高精度定位模块5，用于实时获取测试前端6的位置信息，并将位置信息进行记录以用于后续运动误差修正。

其连接关系为，高集成射频收发模块1连接超宽带天线3，高集成射频收发模块1还连接显示控制单元2，高集成射频收发模块1、超宽带天线3和显示控制单元2构成测试前端6；供电与存储单元4、高精度定位模块5均连接测试前端6。

本实施例中，高集成射频收发模块1包括：

超宽带信号发射单元，用于产生2～18GHz超宽带线性调频体制信号；

超宽带信号接收单元，用于完成2～18GHz超宽带线性调频体制信号的下混频接收，获得中频信号；

中频信号处理单元，用于完成中频信号的滤波和数据采集，获得被测雷达吸波涂层的散射回波数据；

其具体连接关系为，中频信号处理单元连接超宽带信号发射单元以及超宽带信号接收单元。

本实施例中，超宽带信号发射单元产生超宽带线性调频体制信号的方法原理为：

采用直接数字频率合成技术，通过倍频和混频的方式直接获得所需的2～18GHz超宽带线性调频体制信号；或者，采用直接模拟频率合成技术，通过电子开关快速切换分时实现2～18GHz超宽带线性调频体制信号全频段覆盖。

因此，本实施例中的超宽带信号发射单元，可以使用超宽带信号发射机；本实施例中的超宽带信号接收单元，可以使用超宽带信号接收机。

本实施例中的中频信号处理单元，可以使用专用的DSP或者通用的MCU或者PC机，实现中频信号处理单元和超宽带信号发射机、超宽带信号接收机的通讯连接，为本领域常用手段，在此不再赘述。

本实施例中所采用的直接数字频率合成技术，是指把一个或者多个高稳定度、高准确度的参考频率，经过各种信号处理技术，生成具有同等稳定度和准确度的各种离散频率。参考频率可由晶体振荡器产生。

本实施例中，显示控制单元2包括：

测试控制模块，用于控制高集成射频收发模块1进行信号的产生和接收，获取被测雷达吸波涂层散射回波数据，以及完成与高精度定位模块5的触发同步；

数据处理模块，用于实现被测雷达吸波涂层散射回波数据的成像处理，获得高精度散射图像；

显示模块，用于显示操作界面和成像结果；

其具体连接关系为，测试控制模块连接数据处理模块和显示模块。

本实施例中，测试控制模块可以采用PC机或MCU或PLC中的一种或几种实现，控制高集成射频收发模块1进行信号的产生和接收；获取被测雷达吸波涂层散射回波数据，以及完成与高精度定位模块5的触发同步；并且该PC机或MCU或PLC与集成了各测试模块的硬件电路间通过通信电缆连接。

本实施例中，数据处理模块可以采用PC机或MCU或PLC中的一种或几种实现，并且该PC机或MCU或PLC与集成了各测试模块的硬件电路间通过通信电缆连接。

本实施例中，显示模块可以采用LCD显示屏、LED显示屏、OLED显示屏或等离子显示屏。

本实施例中，超宽带天线3为能够工作在2～18GHz频率范围内的超宽带双极化天线，不需要切换天线便可实现不同频段、不同极化的快速测试。

本实施例中，供电与存储单元4包括：

供电模块，用于为便携式雷达散射特性测试装置提供电力；

存储模块，用于实现原始测试数据和数据处理结果的存储；

其连接关系为，供电模块连接存储模块，并且供电模块还设有与其他模块或单元电连接的接口。

本实施例中，供电模块采用通用的5V500mA电源，或者，采用干电池，或锂电池，或镍镉电池。

本实施例中，存储模块采用现有存储元件，包括且不限于TF卡、SD卡、CF卡或微型硬盘，存储模块与所述的中频信号处理单元、测试控制模块以及数据处理模块连接。

本实施例中，高精度定位模块5要求其具有亚毫米量级定位精度，以保证运动误差修正的精度。高精度定位模块5实现方式包括：

在测试前端6增加反射器，通过激光跟踪仪对反射器进行实时跟踪，并实时记录反射器的位置信息，该位置信息对应于测试前端6的实际运动位置信息；

或者，独立设置双目摄像头，采用双目视觉技术实现对测试前端6的高精度空间定位，实时获取测试前端6的空间位置信息。

实施例2

本发明的一种典型的实施方式中，实施例2公开了一种便携式雷达散射特性测试方法，使用如实施例1所述的一种便携式雷达散射特性测试装置，具体包括以下步骤：

步骤1：自检，确定装置中各模块是否可以正常工作，如果正常工作，则进行后续步骤，否则，需要排查问题直到各模块正常工作；

步骤2：通过显示控制单元2对装置进行初始化操作，设置频率范围、扫频点数、极化工作方式以及成像方式，其中成像方式包括二维成像和三维成像，如果选择二维成像方式，则执行步骤3，否则执行步骤4；

步骤3：操作人员手持测试前端6对被测雷达吸波涂层进行一维连续线性扫描，同时高精度定位模块5实时记录测试前端6的空间位置信息，测试完成后，执行步骤5；

步骤4：操作人员手持测试前端6对被测目标进行二维平面扫描，同时高精度定位模块5实时记录测试前端6的空间位置，测试完成后，执行步骤5；

步骤5：显示控制单元2调用测试数据和空间位置信息，通过考虑运动误差修正功能的成像算法对被测雷达吸波涂层进行二维成像或三维成像，并将成像结果在显示模块中进行显示；

步骤6：操作人员可以继续对其它位置处的被测雷达吸波涂层进行成像诊断，执行步骤2-步骤5，直到操作人员停止测试任务。

可以理解的是，本实施例中的，通过显示单元，设置频率范围、扫频点数、极化工作方式以及成像方式，其中的频率范围是指高集成射频收发模块1的频率范围，扫频点数是指高集成射频收发模块1的扫频点数，极化工作方式是指超宽带天线3的极化工作方式，成像方式是指显示模块的显示方式。

频率范围、扫频点数均为现有的高集成射频发射机、高集成射频接收机常用参数调节。

本发明所提供的一种便携式雷达散射特性测试装置及方法，通过采用2～18GHz超宽带线性调频体制微波信号实现了对被测雷达吸波涂层的快速数据采集；此外，测试前端6小巧轻便，操作人员仅需手持测试前端6就可以快速实现对被测雷达吸波涂层的成像诊断。

所述考虑运动误差修正功能的成像算法，可以采用时域类成像算法，如滤波逆投影(BP)算法。

以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，对于本领域的技术人员来说，本发明可以有各种更改和变化。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种便携式雷达散射特性测试装置，其特征在于，包括操作人员进行手持移动的用于检测并分析被测雷达吸波涂层的测试前端，以及用于实时获取测试前端的位置信息的定位模块，其中，测试前端至少包括相连接的高集成射频收发模块以及控制单元，控制单元还连接定位模块；控制单元将采集到的被测雷达吸波涂层散射回波数据进行处理，获得被测雷达吸波涂层的高精度散射图像；

高集成射频收发模块包括：超宽带信号发射单元，用于产生2~18GHz超宽带线性调频体制信号；超宽带信号接收单元，用于完成2~18GHz超宽带线性调频体制信号的下混频接收，获得中频信号；中频信号处理单元，用于完成中频信号的滤波和数据采集，获得被测雷达吸波涂层的散射回波数据；其具体连接关系为，中频信号处理单元连接超宽带信号发射单元以及超宽带信号接收单元；

所述定位模块包括安装于在测试前端的反射器，以及单独设置的激光跟踪仪，激光跟踪仪能够对反射器进行实时跟踪，并实时记录反射器的位置信息，位置信息对应于测试前端的实际运动位置信息；

所述定位模块包括独立设置的双目摄像头，双目摄像头采用双目视觉技术实现对测试前端的高精度空间定位，实时获取测试前端的空间位置信息；

如果选择二维成像方式，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行一维连续线性扫描，同时定位模块实时记录测试前端的空间位置信息；

如果选择三维成像方式，使用测试前端对被测目标进行二维平面扫描，同时定位模块实时记录测试前端的空间位置；

控制模块调用测试数据和空间位置信息，通过考虑运动误差修正功能的成像算法对被测雷达吸波涂层进行二维成像或三维成像，并将成像结果在显示模块中进行显示。

2.如权利要求1所述的便携式雷达散射特性测试装置，其特征在于，测试前端还包括显示单元和超宽带天线，显示单元连接所述控制单元，超宽带天线连接所述高集成射频收发模块；

控制单元还连接有供电与存储单元。

3.一种便携式雷达散射特性测试方法，基于如权利要求1-2任一项权利要求所述的装置，其特征在于，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行快速扫描测试，并通过带有运动误差修正功能的成像算法对采集的散射回波数据进行处理，从而获取被测雷达吸波涂层高精度散射图像，进而指导操作人员对被测雷达吸波涂层进行雷达散射特性诊断和评估。

4.如权利要求3所述的便携式雷达散射特性测试方法，其特征在于，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行快速扫描测试之前，进行如下步骤：

自检，确定装置中各模块是否可以正常工作，如果正常工作，则进行后续步骤，否则，需要排查问题直到各模块正常工作；

通过显控单元对装置进行初始化操作，设置频率范围、扫频点数、极化工作方式以及成像方式，其中成像方式包括二维成像和三维成像；

如果选择二维成像方式，使用测试前端对被测雷达吸波涂层进行一维连续线性扫描，同时定位模块实时记录测试前端的空间位置信息；

如果选择三维成像方式，使用测试前端对被测目标进行二维平面扫描，同时定位模块实时记录测试前端的空间位置。

5.如权利要求4所述的便携式雷达散射特性测试方法，其特征在于，所述测试前端在执行测试时，产生超宽带线性调频体制信号并发射至被测雷达吸波涂层。

6.如权利要求4所述的便携式雷达散射特性测试方法，其特征在于，所述测试前端在执行测试时，接收中频信号并进行滤波和数据采集，获得被测雷达吸波涂层的散射回波数据。

7.如权利要求3所述的便携式雷达散射特性测试方法，其特征在于，所述考虑运动误差修正功能的成像算法为时域类成像算法。