CN113552548B - 一种雷达回波无源模拟装置 - Google Patents

Abstract

本申请提供了一种雷达回波无源模拟装置包括：龙伯透镜体、反射带以及旋转装置。反射带包括多个反射区及多个透射区，且透射区及反射区相交替设置，相邻的一个反射区及一个透射区构成一个回波单元，反射区的反射面位于龙伯透镜体与反射带之间。本申请提供的雷达回波无源模拟装置，克服了常规雷达回波模拟装置局限于目标回波特性静态模拟的瓶颈，实现了龙伯透镜反射器在具有宽角域、高增益特点的基础上，同时可模拟多普勒特征的优良性能，进一步拓展了龙伯透镜反射器的应用领域，为具有动态电磁散射特性模拟功能的靶标的研制提供了现实可行的技术手段，对促进各类多普勒体制的传感器的完善和发展有着极为积极的意义。

Description

一种雷达回波无源模拟装置

技术领域

本申请涉及信号特征控制领域，尤其涉及一种雷达回波无源模拟装置。

背景技术

目前，纵观各类战略战术威胁目标，具有攻击性时大多处于运动状态，因此对运动目标的搜索、跟踪、识别以及摧毁是防空系统必须具备的功能，于是多普勒体制的雷达应运而生，各种针对运动目标的回波特征提取算法以及分类识别技术也成为了专家学者们的重点研究领域，而这些方面的研究都离不开运动目标雷达回波的模拟。多普勒频移是运动目标雷达回波的显著特征，表征目标的相对于雷达的径向运动速度。作为运动目标回波模拟的有效手段之一，多普勒特征物理复现技术日益受到重视。

基于模拟方式，多普勒特征物理复现技术可分为平台模拟、有源模拟、无源模拟三种类型。前两者国内外均已发展较为成熟，但在工程应用上存在固有的局限。作为两者的补充，无源模拟方式具有低成本、使用简便、相参性好、可靠性高等优点，但目前仅适应于静态目标的特性模拟，无法实现运动目标的径向速度及运动特性的有效模拟。国内在该领域的研究近乎空白，相关技术成果也鲜见报道。

可见，开展适应于运动目标的雷达回波模拟装置的研究，突破多普勒特征无源复现技术瓶颈，是一个前瞻性的课题。

发明内容

本申请的目的是提供一种适用于运动目标的雷达回波无源模拟装置，解决了无源模拟方式难以应用于多普勒特征物理复现的技术瓶颈。

为了实现上述至少之一的目的，本申请提供了一种雷达回波无源模拟装置，包括：龙伯透镜体；反射带，所述反射带设置在所述龙伯透镜体上，并沿所述龙伯透镜体的周向设置，且所述反射带绕所述龙伯透镜体的旋转轴呈环状；以及旋转装置，所述旋转装置与所述龙伯透镜体连接，用于带动所述龙伯透镜体沿着所述旋转轴旋转；其中，所述反射带包括多个反射区及多个透射区，且所述透射区及所述反射区相交替设置，相邻的一个所述反射区及一个所述透射区构成一个回波单元，所述反射区的反射面位于所述龙伯透镜体与所述反射带之间，所述反射区用于反射电磁波，所述透射区用于透射电磁波。

在其中的一些实施例中，电磁波经过所述雷达回波无源模拟装置调制后形成的回波信号满足如下公式：其中，f_d为多普勒特征，N为回波单元的个数，ω为龙伯透镜体的角速度。

在其中的一些实施例中，在垂直于所述旋转轴的方向上，所述雷达回波无源模拟装置的水平接收角域为360°；在沿所述旋转轴的方向上，所述反射带的高度h与所述龙伯透镜体的直径D满足如下公式：Θ＝[-θ₀，θ₀]，其中，Θ为雷达回波无源模拟装置的俯仰接收角域。

在其中的一些实施例中，所述旋转装置设置在角度调整装置上，所述角度调整装置用于调整所述龙伯透镜体的倾斜角度。

在其中的一些实施例中，所述反射带设置在所述龙伯透镜体的外表面周长最长的周线上。

在其中的一些实施例中，所述龙伯透镜体由内向外包括依次嵌套设置的多个球壳层，所述球壳层由两个半球壳组成，相邻球所述球壳层之间的层间间隙均小于或等于0.5mm。

在其中的一些实施例中，所述龙伯透镜体的直径D满足：70mm≤D≤700mm。

在其中的一些实施例中，雷达回波无源模拟装置还包括，蒙皮层，所述蒙皮层包裹在所述龙伯透镜体及所述反射带构成整体的外表面上。

在其中的一些实施例中，所述蒙皮层的厚度d1满足：0.5mm≤d₁≤1mm；所述蒙皮层的介电常数ε₁满足：1≤ε₁≤1.1。

在其中的一些实施例中，沿所述反射带的周向上，所述反射区的长度与所述透射区的长度相同。

本申请的上述技术方案具有如下优点：上述方案克服了常规雷达回波模拟装置局限于目标回波特性静态模拟的瓶颈，实现了龙伯透镜反射器在具有宽角域、高增益特点的基础上，同时可模拟多普勒特征的优良性能，进一步拓展了龙伯透镜反射器的应用领域，为具有动态电磁散射特性模拟功能的靶标的研制提供了现实可行的技术手段，对促进各类多普勒体制的传感器的完善和发展有着极为积极的意义。

附图说明

本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，另外，本申请附图仅为说明目的提供，图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。其中：

图1是本申请所述雷达回波无源模拟装置第一种实施例的结构示意图；

图2是本申请所述雷达回波无源模拟装置工作状态的局部结构示意图；

图3是本申请所述雷达回波无源模拟装置调制回波的示意图；

图4是本申请所述雷达回波无源模拟装置第二种实施例的结构示意图；

图5是本申请所述龙伯透镜体的剖视结构示意图；

图6是本申请所述雷达回波无源模拟装置第三种实施例的局部剖视结构示意图。

其中，图1至图6的附图标记与部件名称之间的对应关系为：

龙伯透镜体10，球壳层11，反射带20，反射区21，透射区22，旋转装置30，角度调整装置40，蒙皮层50。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请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申请的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，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，都属于本申请保护的范围。

下述讨论提供了本申请的多个实施例。虽然每个实施例代表了申请的单一组合，但是本申请不同实施例可以替换，或者合并组合，因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而，如果一个实施例包含A、B、C，另一个实施例包含B和D的组合，那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例，尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请，但是，本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施，因此，本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。

如图1所示，本申请提供的雷达回波无源模拟装置包括：龙伯透镜体10、反射带20以及旋转装置30。

龙伯透镜体10呈球状，主要用于聚焦电磁波。

反射带20设置在龙伯透镜体10上，并沿龙伯透镜体10的周向设置，且反射带20绕龙伯透镜体10的旋转轴呈环状。在本申请的一个具体实施例中，反射带20设置在龙伯透镜体10的外表面周长最长的周线上。

反射带20包括多个反射区21及多个透射区22，且透射区22及反射区21相交替设置，相邻的一个反射区21及一个透射区22构成一个回波单元，反射区21的反射面位于龙伯透镜体10与反射带20之间，反射区21用于反射电磁波，透射区22用于透射电磁波。在本申请的一个具体实施例中，沿反射带20的周向上，反射区21的长度与透射区22的长度相同。当然，反射区21的长度与透射区22的长度也可以不相同。本领域的技术人员可根据具体的要求选择反射区21及透射区22的长度。

旋转装置30与龙伯透镜体10连接，用于带动龙伯透镜体10沿着旋转轴旋转。旋转装置30用来支撑、固定以及旋转龙伯透镜体10，旋转装置30可以是标准的旋转云台，也可以是定制设计的旋转装置30。旋转装置30的承载能力由龙伯透镜体10的重量决定。旋转装置30通常由220V市电驱动，也可经由电源模块连接其他规格的电源驱动。旋转装置30在电源驱动下带动龙伯透镜体10以一定角速度ω旋转，旋转角速度ω的大小取决于所需模拟的多普勒特征f_d，旋转角速度ω与多普勒特征f_d成正比，即所需模拟的f_d越高，则旋转角速度ω就越大，反之亦然。

电磁波经过雷达回波无源模拟装置调制后形成的回波信号满足如下公式：其中，f_d为多普勒特征(多普勒频移)，N为回波单元的个数，ω为龙伯透镜体10的角速度。

本申请提供的雷达回波无源模拟装置，电磁波进入龙伯透镜体10后回会聚集成一个点，该点为焦点，由于龙伯透镜体10在旋转装置30的带动下旋转，焦点会出现在反射区21或透射区22上，如图2所示，当焦点扫描到反射区21的反射面后，电磁波被反射面反射后形成电磁回波，当焦点扫描到透射区22后，电磁波穿过透射区22进入自由空间，即利用反射带20旋转产生透射、反射现象的周期交替，完成对入射电磁波的时域调制，如图3所示，从而在时域对目标回波信号进行方波调制，这样就会在回波频谱分布上出现附加的谱线。再通过合理地设计各项调控参数后，当接收机对回波信号进行相参处理并低通滤波之后，就可提取出所模拟的多普勒特征，从而实现回波频谱中表征目标径向速度的多普勒分量的生成，最终达到多普勒特征复现的回波模拟效果。上述方案克服了常规雷达回波模拟装置局限于目标回波特性静态模拟的瓶颈，实现了龙伯透镜反射器在具有宽角域、高增益特点的基础上，同时可模拟多普勒特征的优良性能，进一步拓展了龙伯透镜反射器的应用领域，为具有动态电磁散射特性模拟功能的靶标的研制提供了现实可行的技术手段，对促进各类多普勒体制的传感器的完善和发展有着极为积极的意义。

在本申请的一个实施例中，在垂直于旋转轴的方向上，雷达回波无源模拟装置的水平接收角域为360°。

在沿旋转轴的方向上，反射带的高度h与龙伯透镜体的直径D满足如下公式：Θ＝[-θ₀，θ₀]，其中，Θ为雷达回波无源模拟装置的俯仰接收角域。

由上述公式可知，反射带20的宽度越大，反射带20有效接收电磁的俯仰接收角域越大，因此，本领域的技术人员可合理设置反射带20的宽度，以保证能够反射带20对电磁波的有效反射。

如图4所示，在本申请的一个实施例中，旋转装置30设置在角度调整装置40上，角度调整装置40用于调整龙伯透镜体10的倾斜角度。

电磁波的入射角度一定要在反射带20的接收角域内，才能保证对电磁波的回波调制，由于在实际使用过程中，电磁波的入射方向不确定，当电磁波的入射角度不在反射带20的接收角域内时，通过角度调整装置40调整龙伯透镜体10的倾斜角度，以保证电磁波的入射角度在反射带20的接收角域内。

如图5所示，在本申请的一个实施例中，龙伯透镜体10为球状体，由聚苯乙烯材料发泡而成，龙伯透镜体10的直径可根据需要模拟的RCS(Radar Cross Section、雷达散射截面)的量级进行灵活设置。其中，龙伯透镜体10的直径D的优选范围为：70mm≤D≤700mm。龙伯透镜体10呈多层球状结构包括：由内向外依次设置的多个球壳层11，位于龙伯透镜体10最内部的球壳层11为核心层。其他球壳层11由龙伯透镜体10内部依次向外为第一球壳层11、第二球壳层11……、直至最外球壳层11。球壳层11由两个半球体组成，在本申请的一个优选实施例中，为了尽量避免产生散焦、波束倾斜、方向图畸变等现象，相邻球壳层11的层间间隙均小于或等于0.5mm。

如图6所示，在本申请的一个实施例中，雷达回波无源模拟装置还包括，蒙皮层50。

蒙皮层50包裹在龙伯透镜体10及反射带20构成整体的外表面上。

在雷达回波无源模拟装置的使用、运输、贮存过程，蒙皮层50起到了保护作用，降低了龙伯透镜体10及反射带20受到磕碰而损坏的概率，从而延长了产品的使用寿命。

在本申请的一个具体实施实施例，为了使蒙皮层50既能具备一定的机械强度，又能尽量减少电磁波的传输损耗，且具备良好的透波性能，蒙皮层50的各参数满足如下要求：蒙皮层50的厚度d₁满足：0.5mm≤d₁≤1mm；蒙皮层50的介电常数ε₁满足：1≤ε₁≤1.1。具体地，蒙皮层50可由环氧树脂、无碱纤维玻璃布、聚酰胺树脂或四乙烯五胺固化而成。

应当理解的是，以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的，并不能限制本申请。在本申请中，术语“多个”则指两个或两个以上，除非另有明确的限定。在本申请中，术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解，例如，“连接”可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；“相连”可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。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申请中的具体含义。

在本说明书的描述中，术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且，描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，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申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种雷达回波无源模拟装置，其特征在于，包括：

龙伯透镜体；

反射带，所述反射带设置在所述龙伯透镜体上，并沿所述龙伯透镜体的周向设置，且所述反射带绕所述龙伯透镜体的旋转轴呈环状；以及

旋转装置，所述旋转装置与所述龙伯透镜体连接，用于带动所述龙伯透镜体沿着所述旋转轴旋转；

其中，所述反射带包括多个反射区及多个透射区，且所述透射区及所述反射区相交替设置，相邻的一个所述反射区及一个所述透射区构成一个回波单元，所述反射区的反射面位于所述龙伯透镜体与所述反射带之间，所述反射区用于反射电磁波，所述透射区用于透射电磁波；

电磁波经过所述雷达回波无源模拟装置调制后形成的回波信号满足如下公式：其中，f_d为多普勒特征，N为回波单元的个数，ω为龙伯透镜体的角速度；

在垂直于所述旋转轴的方向上，所述雷达回波无源模拟装置的水平接收角域为360°；

在沿所述旋转轴的方向上，所述反射带的高度h与所述龙伯透镜体的直径D满足如下公式：

Θ＝[-θ₀，θ₀]，其中，Θ为雷达回波无源模拟装置的俯仰接收角域；

所述旋转装置设置在角度调整装置上，所述角度调整装置用于调整所述龙伯透镜体的倾斜角度；

所述反射带设置在所述龙伯透镜体的外表面周长最长的周线上。

2.根据权利要求1所述的雷达回波无源模拟装置，其特征在于，

所述龙伯透镜体由内向外包括依次嵌套设置的多个球壳层，所述球壳层由两个半球壳组成，相邻球所述球壳层之间的层间间隙均小于或等于0.5mm。

3.根据权利要求1所述的雷达回波无源模拟装置，其特征在于，

所述龙伯透镜体的直径D满足：70mm≤D≤700mm。

4.根据权利要求1所述的雷达回波无源模拟装置，其特征在于，

还包括，蒙皮层，所述蒙皮层包裹在所述龙伯透镜体及所述反射带构成整体的外表面上。

5.根据权利要求4所述的雷达回波无源模拟装置，其特征在于，

所述蒙皮层的厚度d₁满足：0.5mm≤d₁≤1mm；所述蒙皮层的介电常数ε₁满足：1≤ε₁≤1.1。

6.根据权利要求1所述的雷达回波无源模拟装置，其特征在于，

沿所述反射带的周向上，所述反射区的长度与所述透射区的长度相同。