CN112230209A - 一种远距离双站rcs测量装置及方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种远距离双站RCS测量装置及方法，该方法包括：开启双源四端口矢量分析仪，生成测量信号和低频率的外参考本振信号，将外参考本振信号分为两路，在发射端支路与测量信号混频至中频，输入双源四端口矢量分析仪的参考链路接收端，在接收端支路与目标回波信号混频至中频，输入双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端；通过调整发射天线和接收天线之间的双站夹角关系，发射天线向目标发射测量信号，接收天线接收目标反射的回波信号，对参考链路接收端、接收链路接收端获取目标回波数据进行采集存储，从而实现远距离目标双站RCS测量。本发明为实现远距离双站RCS精确测量和高分辨成像分析提供了一种技术手段。

Description

一种远距离双站RCS测量装置及方法
技术领域
本发明涉及雷达探测技术领域，尤其涉及一种远距离双站RCS测量装置及方法。
背景技术
实现RCS测量必须解决发射机与接收机的空间同步、时间同步和相位同步等几个关键技术问题，即空间同步需解决发射天线、接收天线的扫描同步；时间同步需知道测量时间延迟和时延差，即雷达的收、发站必须有一个共同时钟；相位同步需利用相对稳定锁相环和频率源实现收、发信号相位同步。单站雷达即收发天线设置在同一站点，双站雷达的发射天线和接收天线则分离设置，在接收端和发射端的雷达波形调制上具有更大的自由度，既可以采用变频率技术提高雷达威力，也可以采用频率分集技术来抑制杂波。对于单站RCS测量比较容易实现同步，因其收发天线相距很近，而在远距离双站RCS测量技术中，发射天线和接收天线之间通常有较长的距离，例如有几十米(室内紧缩场)，几公里甚至几十公里(室外测量场)，在这种情况下，发射天线和接收天线之间传输时信号插损很大，无法保证信号的正常传输，影响测量的结果，导致RCS测量精度偏低。
发明内容
本发明的目的是针对上述至少一部分不足之处，提供一种能够实现远距离双站RCS精确测量的装置及方法。
为实现上述目的，本发明提供了一种远距离双站RCS测量装置，包括：
双源四端口矢量分析仪、发射链路、接收链路和参考链路；
所述双源四端口矢量分析仪内设有两个激励源，分别用于生成测量信号和外参考本振信号，其中，外参考本振信号的频率低于测量信号，测量信号和外参考本振信号具有时间同步性和相参性；
所述发射链路包括定向耦合器、功率放大器和发射天线，所述定向耦合器的输入端连接所述双源四端口矢量分析仪的发射链路发射端，用于输入测量信号，所述定向耦合器的第一输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述发射天线，所述发射天线用于向目标发射测量信号；所述发射链路和所述双源四端口矢量分析仪均设于发射站；
所述接收链路包括接收天线、第一低噪声放大器、第二混频器和传输线缆，所述接收天线用于接收目标反射的回波信号，所述接收天线经过第一低噪声放大器后连接所述第二混频器的第一输入端，所述第二混频器的输出端通过所述传输线缆连接所述双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端；所述接收天线、所述第一低噪声放大器、所述第二混频器均设于接收站；
所述参考链路连接所述双源四端口矢量分析仪的参考链路发射端，用于传输外参考本振信号，所述参考链路分出发射端支路和接收端支路，
其中，发射端支路设于所述发射站，包括第一混频器，所述定向耦合器的第二输出端接入所述第一混频器的第二输入端，所述第一混频器用于将外参考本振信号与测量信号混频至中频后，输入所述双源四端口矢量分析仪的参考链路接收端，
接收端支路自所述发射站连接至所述接收站，包括第一倍频器，所述第一倍频器的输出端接入所述第二混频器的第二输入端，所述第二混频器用于将外参考本振信号与回波信号混频至中频后，输入所述双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端。
优选地，若所述接收站和所述发射站之间的距离不小于300m，所述参考链路通过电光转换单元分出两条支路，发射端支路以电信号的形式传输外参考本振信号，输入所述第一混频器的第一输入端，接收端支路以光信号的形式传输外参考本振信号，通过光纤传输至所述接收站，并在输入所述第一倍频器的输入端之前，通过光电转换单元转换为电信号的形式。
优选地，若所述接收站和所述发射站之间的距离小于300m，所述参考链路通过3dB功分器分出两条支路，发射端支路通过第二倍频器连接所述第一混频器的第一输入端，接收端支路通过依次连接的多级低噪放连接所述第一倍频器的输入端。
优选地，所述接收链路中，所述第二混频器的输出端通过第二低噪声放大器连接所述传输线缆。
优选地，所述接收站能够沿预设双站圆弧轨道相对所述发射站移动，改变发射链路的发射天线和接收链路的接收天线之间的双站夹角关系。
优选地，所述双源四端口矢量分析仪生成的测量信号频率范围为4.225～6.225GHz，第一倍频器为2倍频性能，外参考本振信号频率为2～3GHz，混频至中频后，中频接收机频率为225MHz。
本发明还提供了一种远距离双站RCS测量方法，采用如上述任一项所述的远距离双站RCS测量装置进行测量，包括如下步骤：
S1、开启双源四端口矢量分析仪，生成测量信号和外参考本振信号；
S2、调整发射天线和接收天线的双站夹角关系，向目标发射测量信号并接收目标反射的回波信号；
S3、将外参考本振信号分为两路，一路与测量信号混频至中频，输入所述双源四端口矢量分析仪的参考链路接收端，另一路与回波信号混频至中频，输入所述双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端；
S4、对参考链路接收端、接收链路接收端获取目标回波信号数据进行采集存储，对存储的数据进行时域信号加距离门、背景对消，获得目标功率值，实现目标双站RCS测量。
优选地，在所述步骤S2中，向目标发射测量信号并接收目标反射的回波信号之前，利用定标体对所述远距离双站RCS测量装置进行定标。
优选地，S5、判断是否结束测量，若不结束，则调整所述接收站的位置，改变发射天线和接收天线的双站夹角关系，并返回步骤S2。
优选地，S6、根据目标双站RCS测量结果成像并输出。
本发明的上述技术方案具有如下优点：本发明提供了一种远距离双站RCS测量装置及方法，该装置采用双源四端口矢量分析仪、发射链路、接收链路和参考链路，利用双源四端口矢量分析仪的两个激励源分别生成测量信号和低频率的外参考本振信号，外参考本振信号经过倍频器后与测量信号实现频偏模式接收，本发明将外参考本振信号分为两路，在发射端支路与测量信号混频至中频，输入双源四端口矢量分析仪的参考链路接收端，在接收端支路与目标回波信号混频至中频，输入双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端；通过调整发射天线和接收天线之间的双站夹角关系，发射天线向目标发射测量信号，接收天线接收目标反射的回波信号，对参考链路接收端、接收链路接收端获取目标双站回波数据进行采集存储，从而实现远距离双站RCS测量，解决了高频率RCS测量信号在远距离传输过程中线缆损耗严重以及测量装置无法相参的问题。
附图说明
图1是本发明实施例中一种远距离双站RCS测量装置整体结构示意图；
图2是本发明实施例中一种远距离双站RCS测量装置电路结构示意图；
图3是本发明实施例中另一种远距离双站RCS测量装置电路结构示意图；
图4是本发明实施例中双站RCS测量幅度随测量频率变化结果示意图。
图5是本发明实施例中双站RCS测量相位随测量频率变化结果示意图。
图中：100：发射天线；101：功率放大器；102：定向耦合器；200：接收天线；201：第二混频器；202：第一低噪声放大器；203：第二低噪声放大器；204：传输线缆；301：第一混频器；302：电光转换单元；303：光电转换单元；304：光纤；305：3dB功分器；306：第一倍频器；307：低噪放；308：第二倍频器；400：双源四端口矢量分析仪。
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。
如图1至图5所示，本发明实施例提供的一种远距离双站RCS测量装置，该装置包括：双源四端口矢量分析仪400(也即双源四端口失网，PNA，具有四组端口，每组两个端口，即共有四个发射端口、四个接收端口)、发射链路、接收链路和参考链路。具体的，其中：
双源四端口矢量分析仪400内设有两个激励源，即测量信号激励源和外参考本振信号激励源，分别用于生成测量信号和外参考本振信号，外参考本振信号的频率低于测量信号，低频率的外参考信号经过倍频器后与测量信号实现频偏模式接收。测量信号和外参考本振信号具有时间同步性和相参性。测量信号与外参考本振信号相参关系保证了整个远距离双站RCS测量装置的相参性，可实现高分辨成像。两个独立的激励源设计可根据不同的双站RCS测量要求，独立对测量信号或外参考本振信号的发射频率、发射功率进行系统匹配，从而实现不同差频形式接收。
发射链路包括定向耦合器102、功率放大器101和发射天线100。如图2所示，定向耦合器102的输入端连接双源四端口矢量分析仪400的发射链路发射端，用于输入测量信号，即双源四端口矢量分析仪400的发射链路发射端向定向耦合器102输出测量信号(发射链路发射端为四个发射端口之一，用于提供测量信号)。定向耦合器102的第一输出端连接功率放大器101的输入端，功率放大器101的输出端连接发射天线100，发射天线100用于向所测的目标发射测量信号。发射链路和双源四端口矢量分析仪400均设于双站之中的发射站。
接收链路包括接收天线200、第一低噪声放大器202、第二混频器201和传输线缆204，接收天线200用于接收所测的目标反射的回波信号，接收天线200经过第一低噪声放大器202后，连接第二混频器201的第一输入端，第二混频器201的输出端通过传输线缆204连接双源四端口矢量分析仪400的接收链路接收端(接收链路接收端为四个接收端口之一，用于接收处理后的回波信号数据)。接收天线200、第一低噪声放大器202、第二混频器201设于双站之中的接收站。
参考链路连接双源四端口矢量分析仪400的参考链路发射端(参考链路发射端为四个发射端口之一，用于提供外参考本振信号)，参考链路用于传输低频率的外参考本振信号，参考链路分出为两条支路：发射端支路和接收端支路。
如图2和图3所示，参考链路分出的两条支路中，发射端支路设于发射站，该条支路包括第一混频器301。发射链路中的定向耦合器102的第二输出端接入该条支路的第一混频器301的第二输入端，向第一混频器301输入测量信号。双源四端口矢量分析仪400的参考链路发射端向第一混频器301的第一输入端输入外参考本振信号。第一混频器301用于将低频率的外参考本振信号与测量信号混频至中频后，混频为REF/IF信号(参考信号)，输入双源四端口矢量分析仪400的参考链路接收端(参考链路接收端为四个接收端口之一，与参考链路发射端构成一组端口)。
参考链路分出的两条支路中，接收端支路自发射站连接至接收站，接收端支路包括第一倍频器306，第一倍频器306的输出端接入接收链路的第二混频器201的第二输入端，向第二混频器201输入外参考本振信号，第二混频器201用于将外参考本振信号与回波信号混频至中频后，混频为RF/IF信号(目标信号)，由传输线缆204传输回发射站，输入双源四端口矢量分析仪400的接收链路接收端。
区别于单站RCS测量，本发明提供的远距离双站RCS测量装置中，接收站与发射站之间(即双站间隔)的距离大于60m。如图1所示，使用时，通过调整发射链路的发射天线和接收链路的接收天线之间的双站夹角关系，发射天线向目标发射测量信号，接收天线接收目标反射的回波信号，对参考链路接收端、接收链路接收端获取目标双站回波数据进行采集存储，从而实现远距离目标双站RCS测量。
在一些优选的实施方式中，可采用光/电转换的方式使参考链路分出两条支路，适用于几公里的双站RCS测量需求，如图2所示，优选地，若接收站和发射站之间的距离不小于300m，参考链路通过电光转换单元302分出两条支路，发射端支路依然以电信号的形式传输外参考本振信号，输入第一混频器301的第一输入端，进一步地，该条支路可通过低噪放307后，再接入第一混频器301的第一输入端。接收端则以光信号的形式传输外参考本振信号，光信号通过光纤304由发射站传输至接收站，并在输入第一倍频器306的输入端之前，通过光电转换单元303转换为电信号的形式，再接入第一倍频器306的输入端，由第一倍频器306的输出端输入第二混频器201的第二输入端。由于光纤在信号传输过程中的损耗较低，采用该方式能够实现在双站RCS测量中发射链路与接收链路间隔几公里甚至几十公里(室外测量场)的条件下，完成发射天线和接收天线目标回波的空间同步、时间同步和相位同步等关键技术。
在一些优选的实施方式中，还可采用功分的方式使参考链路分出两条支路，适用于几公里的双站RCS测量需求，优选地，如图3所示，若接收站和发射站之间的距离小于300m，参考链路通过3dB功分器305分出两条支路，发射端支路通过第二倍频器308连接第一混频器301的第一输入端，接收端支路通过依次连接的多级低噪放连接第一倍频器306的输入端。多级低噪放即多个低噪放307级联。如图3示出了二级低噪放的情况，实际使用时，可根据双站测量距离等实际因素调整多级低噪放的数量、参数，因为测量距离越远，测量信号在线缆中的插损越大，为了保证双站RCS测量的置信度，多级低噪放的使用是为了保证目标信号高信杂比。
优选地，为提高测量精度，接收链路中，第二混频器201的输出端通过第二低噪声放大器203连接传输线缆204。进一步地，第二混频器201的输出端与第二低噪声放大器203之间还设有滤波器，用于滤波。
优选地，双站RCS测量中的接收站能够沿预设双站圆弧轨道相对发射站移动，以便改变发射链路的发射天线和接收链路的接收天线之间的双站夹角关系。通过预设轨道，能够调整接收站与发射站之间的相对位置，以便更快捷地测量不同双站角下的目标RCS。
优选地，双源四端口矢量分析仪400生成的测量信号频率范围为1～40GHz，低频率的外参考本振信号的频率范围根据测量信号的频率、电光转换器或倍频器的性能综合确定，比说测量信号优选为为C波段4.225～6.225GHz，第一倍频器306为2倍频性能的，那么低频率外参考本振信号频率就可设置为2～3GHz，外参考本振信号与测量信号、外参考本振信号与回波信号混频至中频后，中频带宽为100Hz，中频接收机频率为225MHz，测量频率点数为201，双源四端口矢量分析仪400提供的测量信号输出功率为0dBm，外参考本振信号输出功率为6dBm，本次具体实施方式中的双站测量发射站和接收站之间间隔为60m，得到测量结果如图4和图5所示。
本发明还提供了一种远距离双站RCS测量方法，采用如上述任一项实施方式所述的远距离双站RCS测量装置进行测量，具体包括如下步骤：
S1、开启双源四端口矢量分析仪400，生成测量信号和外参考本振信号。
S2、调整发射天线100和接收天线200的双站夹角关系，向目标发射测量信号并接收目标反射的回波信号。
S3、将低频率的外参考本振信号分为两路，一路(在发射端支路)与测量信号混频至中频后，输入双源四端口矢量分析仪400的参考链路接收端，另一路(在接收端支路)与回波信号混频至中频后，自接收站传输到发射站，输入双源四端口矢量分析仪400的接收链路接收端。
S4、对双源四端口矢量分析仪400的参考链路接收端、接收链路接收端获取目标回波信号数据进行采集存储，对存储的数据进行时域信号加距离门、背景对消，获得目标功率值，实现目标双站RCS测量。
进一步地，步骤S4还包括时域距离门、背景对消以及近远场变换等信号处理手段，均属于现有技术，在此不再赘述。
优选地，该方法还包括：
在步骤S2中，在向目标发射测量信号并接收目标反射的回波信号之前，利用定标体对远距离双站RCS测量装置进行定标。
进一步地，进行定标时，具体包括如下步骤：在双站目标测量结束后，在相同的测量条件下，对泡沫支架架设金属球进行测量，采集并存储定标的回波数据，以实现定标。
优选地，该方法还包括如下步骤：
S5、判断是否结束测量，若不结束，则调整接收站的位置，发射天线和接收天线的双站夹角关系，并返回步骤S2。
如图1所示，调整接收站的位置，改变发射天线100、目标与接收天线200的相对位置，可完成不同方位角下的目标RCS测量。
优选地，该方法还包括如下步骤：
S6、根据目标双站RCS测量结果成像并输出，得到高分辨的成像结果。
综上所述，本发明提供了一种远距离双站RCS测量装置及方法，本发明采用双源四端口矢量分析仪提供低频率的外参考本振信号，通过光纤传输或低噪放信号放大的形式传输外参考本振信号，将外参考本振信号与测量信号混频至中频作为参考信号，将外参考本振信号与回波信号混频至中频作为目标信号，再通过数据处理，最终得到目标双站RCS量值，本发明利用外参考的方式，从而实现远距离双站RCS的测量，为实现远距离双站RCS精确测量和高分辨成像分析提供了一种技术手段。
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 (10)

1.一种远距离双站RCS测量装置，其特征在于：
包括双源四端口矢量分析仪、发射链路、接收链路和参考链路；
所述双源四端口矢量分析仪内设有两个激励源，分别用于生成测量信号和外参考本振信号，其中，外参考本振信号的频率低于测量信号，测量信号和外参考本振信号具有时间同步性和相参性；
所述发射链路包括定向耦合器、功率放大器和发射天线，所述定向耦合器的输入端连接所述双源四端口矢量分析仪的发射链路发射端，用于输入测量信号，所述定向耦合器的第一输出端连接所述功率放大器的输入端，所述功率放大器的输出端连接所述发射天线，所述发射天线用于向目标发射测量信号；所述发射链路和所述双源四端口矢量分析仪均设于发射站；
所述接收链路包括接收天线、第一低噪声放大器、第二混频器和传输线缆，所述接收天线用于接收目标反射的回波信号，所述接收天线经过第一低噪声放大器后连接所述第二混频器的第一输入端，所述第二混频器的输出端通过所述传输线缆连接所述双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端；所述接收天线、所述第一低噪声放大器、所述第二混频器均设于接收站；
所述参考链路连接所述双源四端口矢量分析仪的参考链路发射端，用于传输外参考本振信号，所述参考链路分出发射端支路和接收端支路，
其中，发射端支路设于所述发射站，包括第一混频器，所述定向耦合器的第二输出端接入所述第一混频器的第二输入端，所述第一混频器用于将外参考本振信号与测量信号混频至中频后，输入所述双源四端口矢量分析仪的参考链路接收端，
接收端支路自所述发射站连接至所述接收站，包括第一倍频器，所述第一倍频器的输出端接入所述第二混频器的第二输入端，所述第二混频器用于将外参考本振信号与回波信号混频至中频后，输入所述双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端。
2.根据权利要求1所述的远距离双站RCS测量装置，其特征在于：
若所述接收站和所述发射站之间的距离不小于300m，所述参考链路通过电光转换单元分出两条支路，发射端支路以电信号的形式传输外参考本振信号，输入所述第一混频器的第一输入端，接收端支路以光信号的形式传输外参考本振信号，通过光纤传输至所述接收站，并在输入所述第一倍频器的输入端之前，通过光电转换单元转换为电信号的形式。
3.根据权利要求1所述的远距离双站RCS测量装置，其特征在于：
若所述接收站和所述发射站之间的距离小于300m，所述参考链路通过3dB功分器分出两条支路，发射端支路通过第二倍频器连接所述第一混频器的第一输入端，接收端支路通过依次连接的多级低噪放连接所述第一倍频器的输入端。
4.根据权利要求2或3所述的远距离双站RCS测量装置，其特征在于：
所述接收链路中，所述第二混频器的输出端通过第二低噪声放大器连接所述传输线缆。
5.根据权利要求1所述的远距离双站RCS测量装置，其特征在于：
所述接收站能够沿预设双站圆弧轨道相对所述发射站移动，改变发射链路的发射天线和接收链路的接收天线之间的双站夹角关系。
6.根据权利要求1所述的远距离双站RCS测量装置，其特征在于：
所述双源四端口矢量分析仪生成的测量信号频率范围为4.225～6.225GHz，第一倍频器为2倍频性能，外参考本振信号频率为2～3GHz，混频至中频后，中频接收机频率为225MHz。
7.一种远距离双站RCS测量方法，其特征在于：
采用如利要求1至6中任一项所述的远距离双站RCS测量装置进行测量，包括如下步骤：
S1、开启双源四端口矢量分析仪，生成测量信号和外参考本振信号；
S2、调整发射天线和接收天线的双站夹角关系，向目标发射测量信号并接收目标反射的回波信号；
S3、将外参考本振信号分为两路，一路与测量信号混频至中频，输入所述双源四端口矢量分析仪的参考链路接收端，另一路与回波信号混频至中频，输入所述双源四端口矢量分析仪的接收链路接收端；
S4、对参考链路接收端、接收链路接收端获取目标回波信号数据进行采集存储，对存储的数据进行时域信号加距离门、背景对消，获得目标功率值，实现目标双站RCS测量。
8.根据权利要求7所述的远距离双站RCS测量方法，其特征在于，还包括：
在所述步骤S2中，向目标发射测量信号并接收目标反射的回波信号之前，利用定标体对所述远距离双站RCS测量装置进行定标。
9.根据权利要求7所述的远距离双站RCS测量方法，其特征在于，还包括：
S5、判断是否结束测量，若不结束，则调整所述接收站的位置，改变发射天线和接收天线的双站夹角关系，并返回步骤S2。
10.根据权利要求9所述的远距离双站RCS测量方法，其特征在于，还包括：
S6、根据目标双站RCS测量结果成像并输出。
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