CN115079112A - 一种航空发动机近地动态rcs试验测试系统及测试方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种航空发动机近地动态RCS试验测试系统及测试方法，测试系统包括背景抑制屏以及轨道RCS测试子系统，背景抑制屏设置在待测发动机的尾喷管出口截面四周及尾喷流一侧，轨道RCS测试子系统设置在待测发动机尾喷流另一侧，轨道RCS测试子系统包括预制测试导轨、轨道运输车、雷达测试单元和天线。该航空发动机近地动态RCS试验测试系统，采用了背景抑制屏，可有效减小发动机机体和台架支撑结构的干扰散射源强度。

Description

一种航空发动机近地动态RCS试验测试系统及测试方法
技术领域
本发明属于航空发动机整机地面试验与测试技术领域，具体涉及一种航空发动机近地动态RCS试验测试系统及测试方法。
背景技术
目标的雷达散射截面（RCS：Radar Cross Section）是表征目标对照射电磁波散射能力的物理量，它是雷达目标特性中最基本的一个参数，通常用它表征雷达目标的特性。RCS测试在研究目标电磁散射特性以及研制具有隐身能力武器装备系统中具有非常重要的意义，一般可分为近场静态测试、远场静态测试和远场动态测试三种，装备在不同阶段需要不同的测试手段和设备来支撑。当前，航空发动机的隐身测试主要是近场静态和远场静态测试，在发动机不运转情况下，静态测试可以在专门设置的不含其它电磁干扰背景的环境中开展测试。然而静态条件下，不能完全反映发动机工作状态电磁特性，需开展动态测试，受苛刻的测试条件限制，动态测试一般在飞行器上进行，但由于空中目标距离远，RCS与飞行器迎面角度关系较大，目标在雷达回波中通常以“点目标”形式存在，难以实现对飞行器中的发动机目标高信噪比的精细化全面评估，测量数据受飞行器本身电磁特性影响，并且测量成本较高，每次只能测量有限点。
因此，需提供一种航空发动机近地动态RCS试验系统以解决上述问题。
发明内容
为了解决上述基于动态测试精度低、成本高，近场静态和远场静态固定测试设备无法部署发动机试验设备且无法承受发动机工作时的高温、高压尾焰的问题，本发明的目的在于提供一种能获取近地面、近距离试验条件下，航空发动机整机动态小角域、单频段的雷达电磁特性，评估发动机状态对应的雷达电磁散射截面特征值的工艺方法。
为了实现上述目的，本发明提供了如下技术方案，提供一种航空发动机近地动态RCS试验测试系统，所述测试系统包括用于遮挡RCS小角域目标范围内发动机台架和环境背景电磁干扰信号的背景抑制屏以及用于进行测试的轨道RCS测试子系统，所述背景抑制屏设置在待测发动机的尾喷管出口截面四周及尾喷流一侧，所述轨道RCS测试子系统设置在待测发动机尾喷流另一侧，所述轨道RCS测试子系统包括预制测试导轨、轨道运输车、雷达测试单元和天线，所述预制测试导轨包括多个通过卡槽相互连接固定的预制混凝土基座，多个预制混凝土基座上设有不同角度的轨道安装座，所述轨道运输车在预制测试导轨上移动，所述雷达测试单元和天线设置在轨道运输车上以实现不同角度方向的测试。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，还具有这样的特征，所述轨道运输车上设有6自由度可调支座，所述雷达测试单元和所述天线设置在6自由度可调支座上。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，还具有这样的特征，所述雷达测试单元包括用于输出发射测试信号和进行数据采集及处理的矢量网络分析仪、用于矢量网络分析仪的信号发出和接收的射频收发子单元、用于对射频收发子单元发出的信号进行功率放大的功放、用于与天线进行信号传输的极化控制子单元和用于雷达测试单元与远程计算机的连接的交换机。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，还具有这样的特征，所述背景抑制屏包括用于吸收背景环境中电磁信号的电磁吸波材料、用于固定电磁吸波材料的电磁吸波材料底座、用于调整电磁吸波材料角度的斜支撑梁以及用于背景抑制屏转移的背景抑制屏底座。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，还具有这样的特征，所述电磁吸波材料上设有用于适应不同类型待测发动机RCS测试的开孔。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，还具有这样的特征，所述预制测试导轨为以发动机尾喷管出口中心为圆心、待测试距离为半径的圆弧轨道。
本发明的另一目的在于，提供一种航空发动机近地动态RCS试验测试方法，所述测试方法使用如前述任一项所述的测试系统。
本发明所提供的航空发动机动态RCS试验测试方法，还具有这样的特征，所述方法包括如下步骤：
S1：布置背景抑制屏，使待测发动机喷管置于干净电磁背景中，铺设预制测试导轨；
S2：测试系统预热后对目标区进行试测，通过一维和二维成像处理，对目标区的背景散射源分布情况进行分析，通过优化测试参数对场地背景电平进行控制；
S3：控制轨道运输车以相同测试点位间隔移动至多个测试点位，对每个测试点位使用激光跟踪仪对测试系统相对目标位置进行精确定位并记录，测试并调整背景抑制屏电磁屏蔽效果；
S4：控制轨道运输车以测试点位间隔完成SAR扫描测试，测试结果作为定标体背景数据；
S5：在发动机尾喷流一侧放置定标球，控制轨道运输车以测试点位间隔完成SAR扫描测试，测试结果作为定标体数据，将定标体数据减去定标体背景数据得到经对消的定标体数据；
S6：待测发动机开车达到稳定状态后进行目标测试，控制测试系统平稳运动完成不同方位角上的测试；
S7：完成S6目标测试后，待测发动机停车，重复S3再次对测试系统相对目标位置进行精确定位并记录；
S8：根据S3和S7试验前后两次定位信息分析确认测试过程中系统定位精度，完成位置补偿和其它数据处理步骤，分离目标散射源与环境散射热点，然后通过空间滤波消除背景散射热点，保留目标散射中心，再利用RCS重构技术获得目标RCS数据。
本发明所提供的航空发动机动态RCS试验测试方法，还具有这样的特征，所述测试点位间隔为6cm。
本发明所提供的航空发动机动态RCS试验测试方法，还具有这样的特征，所述S3的测试过程中由控制软件根据相对目标的位置关系调整转台方位使天线始终对准待测发动机。
有益效果
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，采用了背景抑制屏，可有效减小发动机机体和台架支撑结构的干扰散射源强度。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试方法，利用相对运动原理，采用天线移动，发动机位置静止的方式，从而来完成对航空发动机近地动态RCS的测量，突破了RCS动态测试条件限制；采用的数据处理方法包括SAR二维成像、散射源分离以及RCS重构，从而尽可能地剔除发动机尾喷口反射信号之外的各种干扰信号。
本发明所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试方法具有成本低、灵活性好，测试系统便于运输的优点。
附图说明
图1为本发明实施例所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试方法的测试布局示意图；
图2为本发明实施例所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统中背景抑制屏的结构示意图；
图3为本发明实施例所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统中轨道RCS测试子系统的结构示意图；
图4为本发明实施例所提供的航空发动机近地动态RCS试验测试系统中雷达测试单元的构架图。
具体实施方式
下面结合附图与实施例对本发明作进一步的详细说明，但应当说明的是，这些实施方式并非对本发明的限制，本领域普通技术人员根据这些实施方式所作的功能、方法、或者结构上的等效变换或替代，均属于本发明的保护范围之内。
在本发明实施例的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明创造和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明创造的限制。
此外，术语“第一”、“第二”、“第三”等仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”等的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明创造的描述中，除非另有说明，“多个”的含义是两个或两个以上。
术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以通过具体情况理解上述术语在本发明创造中的具体含义。
本实施例提供一种航空发动机近地动态RCS试验测试系统，所述测试系统包括用于遮挡RCS小角域目标范围内发动机台架和环境背景电磁干扰信号的背景抑制屏2以及用于进行测试的轨道RCS测试子系统5，所述背景抑制屏2设置在待测发动机1的尾喷管出口截面四周及尾喷流一侧，所述轨道RCS测试子系统5设置在待测发动机1尾喷流另一侧，如图3所示，所述RCS测试子系统5包括预制测试导轨5-1、轨道运输车5-2、雷达测试单元5-3和天线5-4，所述预制测试导轨5-1包括多个通过卡槽相互连接固定的预制混凝土基座，多个预制混凝土基座上设有不同角度的轨道安装座，所述轨道运输车5-2在预制测试导轨5-1上移动，所述雷达测试单元5-3和天线5-4设置在轨道运输车5-2上以实现不同角度方向的测试。
在上述实施例中，背景抑制屏2通过遮挡RCS小角域目标范围内发动机台架和环境背景的电磁干扰信号，只保留发动机尾喷口RCS测量区域，从而实现在近地发动机动态条件下的RCS精确测量。轨道RCS测试子系统5通过远程控制RCS测量系统移动，可以在单次试验中完成多个角度和多个距离的发动机近地动态RCS测量，相比于基于飞行器的动态测试，测试条件稳定，测试窗口期长，测试精度准，测试效率高。预制测试导轨5-1由一系列预制混凝土基座组成，每个基座上留有不同角度轨道安装座，预制混凝土基座之间靠卡槽相互连接固定，可以实现外场简易条件下不同半径、不同角度的轨道的敏捷安装，快速部署；轨道运输车5-2可以远程控制在预制测试导轨5-1上移动与固定，可以承受环境气动力不发生摆动。
在部分实施例中，所述轨道运输车5-2上设有6自由度可调支座，所述雷达测试单元5-3和所述天线5-4设置在6自由度可调支座上。可以实现对雷达测试单元5-3和天线5-4固定的六个自由度的无极调整，来满足近地动态RCS测试角度要求。
在部分实施例中，如图4所示，所述雷达测试单元5-3包括用于输出发射测试信号和进行数据采集及处理的矢量网络分析仪、用于矢量网络分析仪的信号发出和接收的射频收发子单元、用于对射频收发子单元发出的信号进行功率放大的功放、用于与天线5-4进行信号传输的极化控制子单元和用于雷达测试单元5-3与远程计算机的连接的交换机。
上述实施例中，通过远程计算机对雷达测试单元5-3实施指令控制与数据采集，矢量网络分析仪输出发射测试信号，经过射频收发单元发射路脉冲调制，再由功放进行功率放大得到待发射功率信号，经过极化控制开关后到达雷达测试单元5-3外接的天线5-4，天线5-4发射的测试信号经目标反射后由接收天线5-4接收，经射频收发单元接收路进行放大滤波后接到矢量网络分析仪接收端口，由矢量网络分析仪完成数据采集及处理，得到包含目标信息的测试数据。在每个测试角度上，矢量网络分析仪发射信号频率覆盖8~12GHz，而在每个频率点上，采用窄带解调模式实现更高的信噪比。所提供的雷达测试单元5-3依据外场试验快速部署，便捷转运的要求，进行了小型化、模块化、集成化设计，通过远程计算机，可以在发动机工作状态架精确控制与调整。通过固定发动机，设计轨道RCS测量子系统5，解决了基于飞行器的动态测试单次试验只能测一个试验点的难题，极大的提高了试验效率，并且预制测试导轨5-1、轨道运输车5-2可以精确调整与固定雷达测试单元5-3和天线5-4，提高了测试的精度，单个试验点可以停留更长的时间，解决了动态测试受飞行器影响测试窗口期短的难题。
在部分实施例中，如图2所示，所述背景抑制屏2包括用于吸收背景环境中电磁信号的电磁吸波材料2-1、用于固定电磁吸波材料2-1的电磁吸波材料底座2-2、用于调整电磁吸波材料2-1角度的斜支撑梁2-3以及用于背景抑制屏2转移的背景抑制屏底座2-4。电磁吸波材料2-1上设有用于适应不同类型待测发动机RCS测试的开孔。电磁吸波材料2-1可以吸收背景环境的电磁信号，为发动机近地条件下提供干净的电磁背景，使发动机可以完成近地动态RCS试验，得到可以使用的试验数据，电磁吸波材料2-1可以根据喷管形状做成不同开孔尺寸，适应不同类型喷管的RCS测试；电磁吸波材料底座2-2对电磁吸波材料2-1进行固定，同时通过与斜支撑梁2-3不同安装孔的配合，进行电磁吸波材料2-1角度调整，布置RCS干净背景；背景抑制屏底座2-4对背景抑制屏2进行外场简易条件下快速转移、部署、调整，背景抑制屏底座2-4和电磁吸波材料底座2-2可以稳定承受发动机动态条件下的气动力不发生变形和位移。
在部分实施例中，所述预制测试导轨5-1为以发动机尾喷管出口中心为圆心、待测试距离为半径R的圆弧轨道。
在部分实施例中，提供一种航空发动机近地动态RCS试验测试方法，所述测试方法使用如前述任一项所述的测试系统，如图1所示，将待测发动机1布置于试验道路3的试验道路中心线近地正上方，待测发动机1尾喷管出口截面四周及尾喷流一侧布置背景抑制屏2，试验道路3两侧为平缓地4，在平缓地4上，待测发动机1尾喷流另一侧布置轨道RCS测量子系统5，轨道RCS测量子系统5正对待测发动机尾1喷管中心截面。以试验道路3中心线为0°，测试角度范围可为0°~90°。
在部分实施例中，所述方法包括如下步骤：
S1：依据需要测试的角度和距离，布置背景抑制屏2，使待测发动机1喷管置于干净电磁背景中，铺设预制测试导轨5-1；发动机附近试验道路区地面铺设电磁吸波材料2-1，其余测试区无关物体移出，
S2：测试系统预热后对目标区进行试测，通过一维和二维成像处理，对目标区的背景散射源分布情况进行分析，通过优化测试参数对场地背景电平进行控制；参数优化可在前期试测时完成，测试前复测确认；
S3：控制轨道运输车5-2以相同测试点位间隔移动至多个测试点位，对每个测试点位使用激光跟踪仪对测试系统相对目标位置进行精确定位并记录，测试并调整背景抑制屏2电磁屏蔽效果；
S4：控制轨道运输车5-2以测试点位间隔完成SAR扫描测试，测试结果作为定标体背景数据；
S5：在发动机尾喷流一侧放置定标球，控制轨道运输车5-2以测试点位间隔完成SAR扫描测试，测试结果作为定标体数据，将定标体数据减去定标体背景数据得到经对消的定标体数据；
S6：待测发动机1开车达到稳定状态后进行目标测试，控制测试系统平稳运动完成不同方位角上的测试；
S7：完成S6目标测试后，待测发动机1停车，重复S3再次对测试系统相对目标位置进行精确定位并记录；
S8：根据S3和S7试验前后两次定位信息分析确认测试过程中系统定位精度，完成位置补偿和其它数据处理步骤，分离目标散射源与环境散射热点，然后通过空间滤波消除背景散射热点，保留目标散射中心，再利用RCS重构技术获得目标RCS数据。
在部分实施例中，所述测试点位间隔为6cm。
在部分实施例中，所述S3的测试过程中由控制软件根据相对目标的位置关系调整转台方位使天线5-4始终对准待测发动机。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明技术原理的前提下，还可以做出若干改进和变型，这些改进和变型也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种航空发动机近地动态RCS试验测试系统，其特征在于，所述测试系统包括用于遮挡RCS小角域目标范围内发动机台架和环境背景电磁干扰信号的背景抑制屏以及用于进行测试的轨道RCS测试子系统，
所述背景抑制屏设置在待测发动机的尾喷管出口截面四周及尾喷流一侧，所述轨道RCS测试子系统设置在待测发动机尾喷流另一侧，
所述轨道RCS测试子系统包括预制测试导轨、轨道运输车、雷达测试单元和天线，所述预制测试导轨包括多个通过卡槽相互连接固定的预制混凝土基座，多个预制混凝土基座上设有不同角度的轨道安装座，所述轨道运输车在预制测试导轨上移动，所述雷达测试单元和天线设置在轨道运输车上以实现不同角度方向的测试。
2.根据权利要求1所述的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，其特征在于，所述轨道运输车上设有6自由度可调支座，所述雷达测试单元和所述天线设置在6自由度可调支座上。
3.根据权利要求1所述的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，其特征在于，所述雷达测试单元包括用于输出发射测试信号和进行数据采集及处理的矢量网络分析仪、用于矢量网络分析仪的信号发出和接收的射频收发子单元、用于对射频收发子单元发出的信号进行功率放大的功放、用于与天线进行信号传输的极化控制子单元和用于雷达测试单元与远程计算机的连接的交换机。
4.根据权利要求1所述的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，其特征在于，所述背景抑制屏包括用于吸收背景环境中电磁信号的电磁吸波材料、用于固定电磁吸波材料的电磁吸波材料底座、用于调整电磁吸波材料角度的斜支撑梁以及用于背景抑制屏转移的背景抑制屏底座。
5.根据权利要求4所述的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，其特征在于，所述电磁吸波材料上设有用于适应不同类型待测发动机RCS测试的开孔。
6.根据权利要求1所述的航空发动机近地动态RCS试验测试系统，其特征在于，所述预制测试导轨为以发动机尾喷管出口中心为圆心、待测试距离为半径的圆弧轨道。
7.一种航空发动机近地动态RCS试验测试方法，其特征在于，所述测试方法使用如权利要求1-6任一项所述的测试系统。
8.根据权利要求7所述的航空发动机近地动态RCS试验测试方法，其特征在于，所述方法包括如下步骤：
S1：布置背景抑制屏，使待测发动机喷管置于干净电磁背景中，铺设预制测试导轨；
S2：测试系统预热后对目标区进行试测，通过一维和二维成像处理，对目标区的背景散射源分布情况进行分析，通过优化测试参数对场地背景电平进行控制；
S3：控制轨道运输车以相同测试点位间隔移动至多个测试点位，对每个测试点位使用激光跟踪仪对测试系统相对目标位置进行精确定位并记录，测试并调整背景抑制屏电磁屏蔽效果；
S4：控制轨道运输车以测试点位间隔完成SAR扫描测试，测试结果作为定标体背景数据；
S5：在发动机尾喷流一侧放置定标球，控制轨道运输车以测试点位间隔完成SAR扫描测试，测试结果作为定标体数据，将定标体数据减去定标体背景数据得到经对消的定标体数据；
S6：待测发动机开车达到稳定状态后进行目标测试，控制测试系统平稳运动完成不同方位角上的测试；
S7：完成S6目标测试后，待测发动机停车，重复S3再次对测试系统相对目标位置进行精确定位并记录；
S8：根据S3和S7试验前后两次定位信息分析确认测试过程中系统定位精度，完成位置补偿和其它数据处理步骤，分离目标散射源与环境散射热点，然后通过空间滤波消除背景散射热点，保留目标散射中心，再利用RCS重构技术获得目标RCS数据。
9.根据权利要求8所述的航空发动机近地动态RCS试验测试方法，其特征在于，所述测试点位间隔为6cm。
10.根据权利要求8所述的航空发动机近地动态RCS试验测试方法，其特征在于，所述S3的测试过程中由控制软件根据相对目标的位置关系调整转台方位使天线始终对准待测发动机。
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