CN112666404A - 微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统 - Google Patents

Abstract

微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统，包括：位于焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；偏离焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后电磁波束发生偏转，形成副静区。采用本申请中的方案，在紧缩场系统中，利用多个偏焦馈源，形成多个静区能够实现空间多目标电磁特征测量环境的构建，适用于较为复杂的多波束电磁实物仿真环境。

Description

微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统

技术领域

本申请涉及空间信息对抗技术，具体地，涉及一种微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统。

背景技术

紧缩场是通过精密反射器准直形成平面波静区和低背景电磁环境，自1969年佐治亚工学院Johnson教授发明以来，逐渐成为雷达目标特性精密测量的基础性主流装备。截至2015年，美国公布的RCS测试场认证状态，波音7个，洛克希德马丁5个，雷神4个，BAE2个，GE1个，NASA1个，其它(含海空军)17个，高校2个(OSU，GTRI)，合计39个。

自上世纪80年代，我国开始研究紧缩场技术，已自主研制出不同尺寸，多种类型的紧缩场。1992年我国自行研制了国内第一台静区1.5m 双柱面紧缩场，2000年完成了静区5m的大型双柱面紧缩场建造，2002 年建造了静区尺寸为4.5m的单旋转抛物面紧缩场，2003年研制了静区为0.8m的前馈卡塞格伦紧缩场，2009年研制出静区6m的单反射面紧缩场，2012年研制出静区16m的单反射面紧缩场。

国内外紧缩场的主要技术功能是实现远场平面波条件，用于天线方向图和雷达目标RCS特性测量，紧缩场通常要求为单一平面波静区。传统抛物面有偏焦多波束的应用，但其工作在天线的远场辐射区。

现有技术中存在的问题：

目前尚未有微波暗室内的多波束应用实现方案。

发明内容

本申请实施例中提供了一种微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统，以解决上述技术问题。

根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种微波暗室多静区构建方法，包括如下步骤：

将至少一个馈源置于焦点处，位于焦点处的馈源发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；

将至少一个馈源置于偏离焦点处，通过控制偏离焦点的馈源的位置与焦点的距离，使电磁波束发生偏转，形成副静区。

根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种微波暗室多静区系统，包括：用于多个馈源、以及反射面的控制模块；

位于焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；

偏离焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后电磁波束发生偏转，形成副静区。

采用本申请实施例中提供的微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统，在紧缩场系统中，利用多个偏焦馈源，形成多个静区能够实现空间多目标电磁特征测量环境的构建，适用于较为复杂的多波束电磁实物仿真环境。

附图说明

此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：

图1示出了本申请实施例一中微波暗室多静区构建方法实施的流程示意图；

图2示出了本申请实施例二中微波暗室多静区系统的结构示意图；

图3示出了本申请实施例三中多静区紧缩场的工作原理示意图；

图4示出了本申请实施例三中多静区馈源排列示意图；

图5示出了本申请实施例三中多静区空间分布示意图；

图6示出了本申请实施例三中紧缩场反射面的示意图；

图7示出了本申请实施例三中紧缩场口面的投影示意图；

图8示出了本申请实施例三中紧缩场在微波暗室内的布局示意图；

图9示出了本申请实施例三中多静区前视图示意图；

图10示出了本申请实施例三中馈源偏差的波程示意图(仅侧向偏差)；

图11示出了本申请实施例三中馈源偏差的波程示意图(含轴向补偿)。

具体实施方式

在实现本申请的过程中，发明人发现：

偏焦形成多静区紧缩场为构建较为复杂的多波束电磁实物仿真环境提供了一条可行的途径。

在紧缩场系统中，利用多个偏焦馈源，形成多个静区能够实现空间多目标电磁特征测量环境的构建。目前，针对微波暗室内多静区构建方法尚未出现。

针对上述问题，本申请实施例中提供了一种微波暗室多静区构建方法及微波暗室多静区系统。

本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。

为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

实施例一

图1示出了本申请实施例一中微波暗室多静区构建方法实施的流程示意图。

如图所示，所述微波暗室多静区构建方法包括：

步骤101、将至少一个馈源置于焦点处，位于焦点处的馈源发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；

步骤102、将至少一个馈源置于偏离焦点处，通过控制偏离焦点的馈源的位置与焦点的距离，使电磁波束发生偏转，形成副静区。

采用本申请实施例中提供的微波暗室多静区构建方法，在紧缩场系统中，利用多个偏焦馈源，形成多个静区能够实现空间多目标电磁特征测量环境的构建，适用于较为复杂的多波束电磁实物仿真环境。

在一种实施方式中，偏离焦点的馈源包括多个；位于焦点处的馈源发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成一个主静区；偏离焦点处的多个馈源在不同的位置发射出的球面波经反射面反射后电磁波束发生偏转，形成多个副静区。

本申请实施例可以将一个馈源位于焦点处，其他多个馈源位于偏离焦点处，从而形成一个主静区和若干个副静区。

在一种实施方式中，所述多个偏离焦点的馈源围绕位于焦点处的馈源，所述位于焦点处的馈源位于所述多个偏离焦点的馈源形成的结构的中心。

在一种实施方式中，微波暗室内紧缩场的反射面为：

反射面的焦距长度为F＝21000.000mm；

反射面投影宽度为W＝20000.000mm；

反射面投影高度为H＝16000.000mm；

反射面倾角为af＝77.255度；

馈源对于反射面的张角为bt＝41.149度；

馈源偏馈角为gam＝25.491度；

反射面上边缘伸出距离：A1＝3695.238mm；

反射面下边缘到馈源的垂直距离为A2＝1500.000mm；

反射面下边缘到馈源的水平距离为A4＝20973.214mm。

在一种实施方式中，所述反射面为长方形结构，且在所述长方形结构中分为若干个块。

在一种实施方式中，所述反射面的边缘经过锯齿处理。

在一种实施方式中，所述方法进一步包括：

根据偏离焦点的馈源S到反射面一点P的入射线长度、以及从所述反射面一点P至反射线与直线

相交的N点的反射线长度，计算得到直线

上的相位分布；其中，直线

为焦点处的馈源Q到反射面一点P后的反射线与所述馈源垂直相交的M点与馈源Q构成的直线；

根据所述直线

上的相位分布，经坐标旋转，得到等相面的相位分布；

根据所述等相面的相位分布估算偏焦对紧缩场相位的影响。

在一种实施方式中，偏离焦点可以包括侧向偏离焦点、或者轴向偏离焦点等。

在一种实施方式中，所述计算得到直线

上的相位分布，包括：

其中，

F-z为反射面上点P到焦点的水平距离，y为反射面上点P到焦点的垂直距离，dy为偏离焦点的馈源在y轴上的偏差，λ为常数。

在一种实施方式中，所述计算得到直线

上的相位分布，包括：

其中，

F-z为反射面上点P到焦点的水平距离，y为反射面上点P到焦点的垂直距离，dy为偏离焦点的馈源在y轴上的偏差，dz为偏离焦点的馈源在z轴上的偏差，λ为常数。

实施例二

基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种微波暗室多静区系统，该系统解决技术问题的原理与一种微波暗室多静区构建方法相似，重复之处不再赘述。

图2示出了本申请实施例二中微波暗室多静区系统的结构示意图。

如图所示，所述微波暗室多静区系统包括：用于控制多个馈源、以及反射面的控制模块；

位于焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；

偏离焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后电磁波束发生偏转，形成副静区。

采用本申请实施例中提供的微波暗室多静区系统，在紧缩场系统中，利用多个偏焦馈源，形成多个静区能够实现空间多目标电磁特征测量环境的构建，适用于较为复杂的多波束电磁实物仿真环境。

在一种实施方式中，所述系统进一步包括：

第一计算模块，用于根据偏离焦点的馈源S到反射面一点P的入射线长度、以及从所述反射面一点P至反射线与直线

相交的N点的反射线长度，计算得到直线

上的相位分布；其中，直线

为焦点处的馈源Q到反射面一点P后的反射线与所述馈源垂直相交的M点与馈源Q构成的直线；

第二计算模块，用于根据所述直线

上的相位分布，经坐标旋转，得到等相面的相位分布；

第三计算模块，用于根据所述等相面的相位分布估算偏焦对紧缩场相位的影响。

实施例三

为了便于本申请的实施，本申请实施例对多静区系统的整个实现过程进行完整说明。

(一)多静区形成方法

图3示出了本申请实施例三中多静区紧缩场的工作原理示意图。

如图所示，本申请实施例中多静区由一个主静区和若干个副静区组成，其中，

主静区形成原理：馈源位于焦点处，馈源发射出的球面波经反射面反射后变为平面波(图中虚线表示)，形成主静区。

副静区形成原理：馈源位于偏离焦点(偏焦)处，通过控制馈源位置与焦点的距离(偏焦量)，使电磁波束发生偏转(图中实线表示)，形成副静区。

图4示出了本申请实施例三中多静区馈源排列示意图。

如图所示，本申请实施例中馈源可以包括多个，其中一个为在焦馈源，即在焦点处的馈源(例如：图中5号馈源)，其他8个可以为偏差馈源，即偏离焦点处的馈源(例如：图中1、2、3、4、6、7、8、9号馈源)。

图5示出了本申请实施例三中多静区空间分布示意图。

如图所示，利用本申请实施例构建得到的多静区，在空间中分布包括9个静区，分别对应于上图中不同馈源。

其中，5号馈源形成的主静区为6m*6m，1、4、7、3、6、9馈源形成的副静区为5m*4m，2号和8号馈源形成的副静区为6m*4m。

(二)紧缩场反射面在微波暗室内的布局

图6示出了本申请实施例三中紧缩场反射面的示意图。

如图所示，本申请实施例所述的多静区微波暗室系统通过紧缩场实现，其中关键参数为：

反射面焦距长度：F＝21000.000mm；

反射面投影宽度：W＝20000.000mm；

反射面投影高度：H＝16000.000mm；

反射面倾角：af＝77.255度；

馈馈源对于反射面的张角：bt＝41.149度；

馈源偏馈角：gam＝25.491度；

反射面上边缘伸出距离：A1＝3695.238mm；

反射面下边缘到馈源的垂直距离：A2＝1500.000mm；

反射面下边缘到馈源的水平距离：A4＝20973.214mm。

图7示出了本申请实施例三中紧缩场口面的投影示意图。

如图所示，本申请实施例为了减小紧缩场反射面边缘绕射的影响，对边缘锯齿处理，长边的锯齿可以为2400mm、短边的锯齿可以为 3000mm，图中心尺寸表示反射面最中间面板的尺寸和面积。

完成紧缩场静区优化设计，接下来对前中后三个截面仿真评估，以监视和控制紧缩场整个静区范围内的性能。

图8示出了本申请实施例三中紧缩场在微波暗室内的布局示意图。

如图所示，多静区微波暗室系统通过紧缩场的偏焦馈电技术实现，紧缩场反射面以及电磁波静区布局如图8所示。

图9示出了本申请实施例三中多静区前视图示意图。

如图所示，包括如下参数：

馈源到地平面的高度R1＝3200.0mm；

紧缩场下边缘到后墙的距离为R2＝7405.0mm；

静区中心到地平面的高度R4＝12700.0mm；

第一静区中心到紧缩场口面的水平距离R3＝27000.0mm；

多静区中心距离口面R3＝59000.0m。

(三)紧缩场馈源位置优化设计

本申请实施例在微波暗室中利用紧缩场反射面实现多静区，需要采用馈源的偏焦馈电技术。偏焦馈电技术带来的主要问题为影响电磁波等相位面的峰峰值，因此，通过建立紧缩场反射面坐标系，优化不同方向(侧向与轴向)偏焦量，改善多静区微波暗室系统中每个子静区的性能。具体如下：

图10示出了本申请实施例三中馈源偏差的波程示意图(仅侧向偏差)。

如图所示，抛物面顶点为O点，焦点在Q点，抛物面上任意点为 P。不偏焦时，入射线为

反射线为

与水平线夹角的模为θ。此时，当y变化时，反射线在直线

上的相位分布为恒定的常数。若在y方向产生偏焦dy。入射线

的长度为L₁，反射线

的长度为 L₂，

与水平线夹角的模为θ₁。

计算长度L＝L₁+L₂可以得到直线

上的相位分布，一般为倾斜的直线。经过坐标旋转后，可得到“等相面”的相位分布。由此可估算偏焦对紧缩场相位的影响。

波程(相位)计算公式(仅侧向偏焦)如下：

图11示出了本申请实施例三中馈源偏差的波程示意图(含轴向补偿)。

如图所示，如果偏馈点具有dy和dz，波程(相位)计算公式(含轴向偏焦)如下：

所以，对静区波束旋转的偏焦处理，不仅造成波束(等相面)偏转，还会造成波程(相位)出现锥削，而通过轴向偏焦能够适当补偿波程锥削，从而改善波束质量。因此，利用上述公式，通过优化偏焦参数，实现微波暗室多静区系统设计。

实施例四

为了便于本申请的实施，本申请实施例以一具体实例进行说明。

本申请实施例中馈源的侧向偏焦照射反射面，不仅形成波束(等相面)偏转，还会造成波程(相位)出现锥削。而通过轴向偏焦(以y方向为轴)可将波程锥削适当补偿，并保证与等相面垂直的波束传播方向，具体计算可使用迭代优化的方法求解。根据上述公式计算，得到焦距F ＝14.5，A2＝2，反射面高度H＝12.0，宽度W＝12.5。

若反射面工作在12GHz的工作频率，相对应的相位最大误差小于 13.34度(波长25mm，波程峰峰值偏差0.9264mm)。

本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质 (包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和 /或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和 /或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。

显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种微波暗室多静区构建方法，其特征在于，包括：

将至少一个馈源置于焦点处，位于焦点处的馈源发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；

将至少一个馈源置于偏离焦点处，通过控制偏离焦点的馈源的位置与焦点的距离，使电磁波束发生偏转，形成副静区。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，偏离焦点的馈源包括多个；位于焦点处的馈源发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成一个主静区；偏离焦点处的多个馈源在不同的位置发射出的球面波经反射面反射后电磁波束发生偏转，形成多个副静区。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述多个偏离焦点的馈源围绕位于焦点处的馈源，所述位于焦点处的馈源位于所述多个偏离焦点的馈源形成的结构的中心。

4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，微波暗室内紧缩场的反射面为：

反射面的焦距长度为F＝21000.000mm；

反射面投影宽度为W＝20000.000mm；

反射面投影高度为H＝16000.000mm；

反射面倾角为af＝77.255度；

馈源对于反射面的张角为bt＝41.149度；

馈源偏馈角为gam＝25.491度；

反射面上边缘伸出距离：A1＝3695.238mm；

反射面下边缘到馈源的垂直距离为A2＝1500.000mm；

反射面下边缘到馈源的水平距离为A4＝20973.214mm。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述反射面为长方形结构，且在所述长方形结构中分为若干个块。

6.根据权利要求5所述的方法，其特征在于，所述反射面的边缘经过锯齿处理。

7.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：

根据偏离焦点的馈源S到反射面一点P的入射线长度、以及从所述反射面一点P至反射线与直线

相交的N点的反射线长度，计算得到直线

上的相位分布；其中，直线

为焦点处的馈源Q到反射面一点P后的反射线与所述馈源垂直相交的M点与馈源Q构成的直线；

根据所述直线

上的相位分布，经坐标旋转，得到等相面的相位分布；

根据所述等相面的相位分布估算偏焦对紧缩场相位的影响。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算得到直线

上的相位分布，包括：

其中，

F-z为反射面上点P到焦点的水平距离，y为反射面上点P到焦点的垂直距离，dy为偏离焦点的馈源在y轴上的偏差，λ为常数。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征在于，所述计算得到直线

上的相位分布，包括：

其中，

F-z为反射面上点P到焦点的水平距离，y为反射面上点P到焦点的垂直距离，dy为偏离焦点的馈源在y轴上的偏差，dz为偏离焦点的馈源在z轴上的偏差，λ为常数。

10.一种微波暗室多静区系统，其特征在于，包括：用于多个馈源、以及反射面的控制模块；

位于焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后变为平面波，形成主静区；

偏离焦点处的馈源，发射出的球面波经反射面反射后电磁波束发生偏转，形成副静区。

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