CN115308707A - 一种室内rcs测试场低频拓展测量装置和方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种室内RCS测试场低频拓展测量装置和方法，装置包括放置于测试场背墙与侧墙夹角位置的阵列天线和低频测量雷达，转台、测控系统、数据处理系统和定标系统；所述测控系统控制低频测量雷达同步产生微波频段电信号，经分配网络将信号传输至对应频段的天线阵列；所述测控系统同时控制转台携带被测目标进行旋转运动，对被测目标不同角度进行散射测量；所述定标系统用于实现对目标测试结果的定标处理；目标和标准定标体的全角度散射数据最终由所述数据处理系统进行处理，获得低频RCS电平分布和目标低频散射率图像。本发明可降低对测试场规模和成本要求的限制，同时快速完成检测流程的低频RCS测试。

Description

一种室内RCS测试场低频拓展测量装置和方法

技术领域

本发明属于雷达目标特性测试领域，具体涉及一种室内RCS测试场低频拓展测量装置和方法。

背景技术

实现精确、高效的雷达散射截面（Radar Cross Section，RCS）测试，是贯穿低散射目标设计、出场和后期维护整个过程的重要问题。伴随雷达作用距离和探测能力的不断增强，对雷达散射特性的测试要求也愈发严苛，尤其在低频段(例如：P波段)，高精度目标特性测试面对重重困难。

目前的目标特性测试系统多不具备L波段以下的低频测试能力。现有的外场或远场需要将目标放置于远场距离进行测试，易受外界电磁干扰，特别在低频段，测量精度无法满足需求。室内紧缩场虽然可以实现低频段的测量，但需要超大尺寸的高精度反射面，测试成本极高。室外近场可以在近距离对目标进行散射测量，但由于受到室外电磁干扰和场地杂波的影响，低频测试精度不足。室内近场可采用单天线测量的技术形式，此类测试场在低频测试时面临地面耦合和复杂目标带来的精度问题。采用高精度柱面反射面的室内近场可产生波前为柱面的电磁波，虽然反射面尺寸有所降低，但在低频仍需要较大尺寸的高精度反射面，测试成本较高。

发明内容

为解决上述技术问题，本发明提供一种室内RCS测试场低频拓展测量装置和方法，可完成0.3-1.0GHz频段测试，其为一种可大幅增强现有雷达目标特性测试场在低频的RCS测试能力，降低对测试场规模和成本要求的限制，同时快速完成检测流程的低频RCS测试解决方案。其通过在测试场内背墙与侧墙夹角位置布设低频测试系统，可在现有紧缩场或近场基础上拓展其在低频的目标特性测试能力和精度。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案为：

一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，包括放置于测试场背墙与侧墙夹角位置的阵列天线和低频测量雷达，还包括转台、测控系统、数据处理系统和定标系统；所述阵列天线包含第一波段天线阵列和第二波段天线阵列，共同覆盖0.3-1.0GHz的低频RCS测试，所述低频测量雷达包括和阵列天线对应频段的第一波段测量雷达和第二波段测量雷达；所述测控系统控制低频测量雷达中的第一波段测量雷达和第二波段测量雷达同步产生微波频段电信号，经分配网络将信号传输至对应频段的天线阵列；所述测控系统同时控制转台携带被测目标进行旋转运动，对被测目标不同角度进行散射测量；所述定标系统用于将标准定标体放置于测试静区内进行和目标相同的散射测试，以实现对目标测试结果的定标处理；目标和标准定标体的全角度散射数据最终由所述数据处理系统进行处理，获得低频RCS电平分布和目标低频散射率图像。

进一步地，所述天线阵列为双极化天线阵列，双极化天线实现不同极化状态电磁波的发射和接收，所述分配网络负责将发射信号和接收信号从所述低频测量雷达导入对应频段的天线阵列中。

进一步地，所述双极化天线为微波频段的双极化四脊喇叭天线、双极化Vivaldi天线或双极化偶极子。

进一步地，所述第一波段测量雷达和第二波段测量雷达同步工作并覆盖0.3-1.0GHz频段的测量，所述第一频段测量雷达和第二波段测量雷达均含有独立的发射、接收组件，实现两个频段互不干扰的同步测试；所述第一波段测量雷达和第二波段测量雷达均包括信号源、功率放大器、上下变频模块、低噪声放大器、测试信号监测设备和数据采集单元。

进一步地，所述转台为单轴机械转台，用于携带被测目标绕中心以所需的速度旋转。

进一步地，所述测控系统控制转台、阵列天线、定标体、低频测量雷达，并与测试软件相结合控制室内RCS测试场低频拓展测量装置；所述测控系统包括主控计算机、时序控制器和测量通讯模块。

进一步地，所述数据处理系统为数据处理服务器，负责综合处理所采集的目标低频散射信息，完成数据处理。

进一步地，所述定标系统包括自动行走车或者导轨车、定标支架和定标体；所述定标支架具有低散射特性，采用泡沫支架或低散射金属支架；所述定标体放置于位于自动行走车或者导轨车上的定标支架上，自动行走车或者导轨车带载定标体到达指定位置进行定标测量。

本发明还提供一种室内RCS测试场低频拓展测量装置的测量方法，所述室内RCS测试场低频拓展测量装置放置于测试场背墙与侧墙的夹角位置，通过测控系统控制工作于不同频段的低频测量雷达同步产生微波频段电信号，信号传输至不同波段的发射天线阵列，双极化的发射天线阵列将导行波转化为空间传播的电磁波，对目标进行照射，目标散射的电磁波由不同频段的双极化的接收天线阵列采集，继而进入对应频段的低频测量雷达；所述测控系统同时控制转台携带被测目标进行旋转运动，对被测目标不同角度进行散射测量；所述定标系统将标准定标体放置于测试静区内进行和目标相同的散射测试，以实现对目标测试结果的定标处理；目标和定标体的全角度散射数据由所述数据处理系统采集并处理，得到低频RCS电平和目标的低频空间散射率分布图像。

有益效果：

（1）本发明将低频专用测试系统布设于传统目标特性测试场背墙和侧墙夹角位置，将低频测试与现有高频测试系统相结合，降低了低频测试对高频测试系统的影响，有效拓展了现有测试场的低频段测试能力。

（2）本发明将0.3-0.5GHz阵列天线与0.5-1.0GHz阵列天线相结合，利用不同频段所对应的不同远场距离，在0.3-1.0GHz实现柱面场发射和接收，有效提高了P波段的RCS测试精度。

（3）本发明使用两套低频测量雷达系统与分别工作在0.3-0.5GHz和0.5-1.0GHz两个频段的双极化阵列天线相结合，实现了双频段同步测试，有效提高了P波段的RCS测试效率。

本发明通过放置于测试场背墙与侧墙夹角位置的低频测试系统，在不影响现有高频测试的前提下完成目标低频RCS测试，提供了一种在现有紧缩场或近场基础上拓展其低频测试能力和精度的装置和方法。本发明可实现在紧缩场或近场测试场内对大目标的低频散射特性进行精准测量和成像诊断，提升现有雷达目标特性测试场在P波段的测试能力和精度。

附图说明

图1为本发明的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置的总体结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

本发明的室内RCS测试场低频拓展测量装置包括放置于测试场背墙与侧墙夹角位置的阵列天线和低频测量雷达，还包括转台、测控系统、数据处理系统和定标系统。

所述装置放置于传统目标特性测试场背墙与侧墙的夹角位置，通过测控系统控制工作于不同频段的多套低频测量雷达同步产生微波频段电信号，信号传输至不同波段的发射天线阵列，双极化的发射天线阵列将导行波转化为空间传播的电磁波，对目标进行照射，目标散射的电磁波由不同频段的双极化的接收天线阵列采集，继而进入对应频段的低频测量雷达。所述测控系统同时控制转台携带被测目标进行旋转运动，对目标不同角度进行散射测量。所述定标系统负责将标准定标体放置于测试静区内进行和目标相同的散射测试，以实现对目标测试结果的定标处理。目标和定标体的全角度散射数据由所述数据处理系统采集并处理，得到低频RCS电平和目标的低频空间散射率分布图像。

所述阵列天线包括均由双极化天线阵列组成的第一波段天线阵列和第二波段天线阵列，分别负责0.3-0.5GHz和0.5-1.0GHz频段的测试任务，双极化天线实现不同极化状态电磁波的发射和接收，分配网络负责将发射信号和接收信号从低频测量雷达导入对应频段阵列中不同的天线中。

所述双极化天线可为微波频段的双极化四脊喇叭天线、双极化Vivaldi天线、双极化偶极子或其它双极化天线。

所述低频测量雷达根据划分的测试频段对应第一波段测量雷达和第二波段测量雷达，分别负责0.3-0.5GHz和0.5-1.0GHz两个频段，每个频段对应的测量雷达均含有独立的发射、接收等组件，可实现两个频段互不干扰的同步测试。每部雷达包括信号源、功率放大器、上下变频模块、低噪声放大器、测试信号监测设备、数据采集单元等。

所述转台为单轴机械转台，可携带被测目标绕中心以所需的速度旋转。

所述测控系统控制转台、两套阵列天线、定标体、低频测量雷达等分系统，并与测试软件相结合，测试人员通过软件控制整个系统工作。所述测控系统包括主控计算机、时序控制器、测量通讯模块等。

所述数据处理系统为数据处理服务器，负责综合处理所采集的目标低频散射信息，完成数据处理。

所述定标系统由自动行走车或者导轨车、定标支架和定标体组成。所述定标支架具有低散射特性，可采用泡沫支架或低散射金属支架。定标体放置于位于自动行走车或者导轨车上的定标支架上，自动行走车或者导轨车带载定标体到达指定位置进行定标测量。

下面结合附图对本发明作进一步描述。以下实施例仅用于更加清楚地说明本发明的技术方案，而不能以此来限制本发明的保护范围。

如图1所示，本实施例包括布设于测试场背墙和侧墙夹角处的阵列天线100、分配网络200、低频测量雷达300、转台400、数据处理系统500、测控系统600和定标系统700，其中阵列天线100包含0.3-0.5GHz天线阵列101和0.5-1.0GHz天线阵列102，所述低频测量雷达300包括0.3-0.5GHz测量雷达301和0.5-1.0GHz测量雷达302。所述测控系统600控制低频测量雷达300中的0.3-0.5GHz测量雷达301、0.5-1.0GHz测量雷达302同步产生微波频段电信号，经分配网络200将信号传输至对应频段的0.3-0.5GHz天线阵列101和0.5-1.0GHz天线阵列102，双极化天线将导行波转化为空间传播的电磁波，对目标进行照射，目标散射的电磁波由双极化的接收天线阵列采集，继而通过分配网络200进入0.3-0.5GHz测量雷达301、0.5-1.0GHz测量雷达302。所述测控系统600同时控制转台400携带被测目标进行旋转运动，对目标不同角度进行散射测量。定标系统700负责将标准定标体放置于测试静区内进行和目标相同的散射测试，以实现对目标测试结果的定标处理。目标和标准定标体的全角度散射数据最终由数据处理系统500进行处理，获得低频RCS电平分布和目标低频散射率图像。

图1中所示的实施例中，阵列中的双波段双极化天线单元采用双极化四脊喇叭天线。0.3-0.5GHz天线阵列101由竖直方向排列的发射天线阵列和接收天线阵列组成，发射天线阵列和接收天线阵列平行布设，两组阵列中心的水平和竖直距离均为0.8m，每组阵列分别由6个天线组成，阵列内相邻单元竖直方向间隔1.2m。0.5-1.0GHz天线阵列102由两组在竖直方向交错排列的发射天线阵列和接收天线阵列组成，发射天线阵列和接收天线阵列平行排列，两组阵列中心的水平距离为2.2m，每组阵列分别由16个天线组成，阵列内相邻单元水平方向间隔0.6m，竖直方向间隔0.4m。

在本实施例中，可以将发射天线阵列和接收天线阵列放置在一个机械扫描机构上，将发射天线阵列和接收天线阵列沿垂直于阵列方向进行平移，以实现对二维平面孔径的扫描。

在本实施例中，分配网络200完成两个频段的发射和接收的信号分配，包含了多级射频开关，通过切换将两个频段的低频测量雷达300的发射信号和接收信号连接至对应的天线单元上。作为一种实施例，分配网络200也可由每个天线之后的幅度/相位控制器、功分器和合路器组成，通过在不同频点引入所需的幅度和相位来实现阵列天线的发射激励场和接收场的控制。作为一种实施例，可采用通道数与发射和接收阵列单元相同或接近的多通道低频测量雷达，直接连接雷达的每个发射与接收通道到发射与接收天线单元，从而省略发射和接收分配网络，实现更高的测试效率。

在本实施例中，两套低频测量雷达分别含有独立的发射机和接收机。发射机由VCO或DDS作为射频源直接产生300MHz~1GHz的信号，信号可为步进跳频或线性调频体制，产生的信号经功率放大器放大后输出。射频源的输出端口带有开关控制，其通断可由测控系统控制，实现连续波和脉冲模式间的切换。接收机接收到的信号由低噪声放大器放大后输入一级或两级混频器完成下变频，将接收到的射频信号下变频到10MHz附近的中频信号。低噪声放大器也可为一级或两级，总放大增益大于20dB。中频信号经低通或带通滤波器进行频率选择后进入模数转换器（ADC），其有效采样位数在12bit以上，数字信号由中频数据处理板进行实时信号解调和压缩后输出并存储，中频数据处理板采用以FPGA为核心器件的数字板卡。

在本实施例中，转台400为单轴机械转台，可在测控系统600的控制下携带被测目标绕中心以所需的速度旋转，或选择至所需的测试角度。

在本实施例中，测控系统600包括主控计算机、时序控制器和测量通讯模块，其中时序控制模块为采用FPGA为核心器件的数字板卡，通过发射时序控制信号，控制阵列天线、定标体、低频测量雷达等分系统，并与转台和测试软件相结合，测试人员通过软件控制整个系统工作。

在本实施例中，数据处理系统500为数据处理电脑或专用服务器，负责综合处理所采集的目标散射信号，完成数据预处理、定标和成像反演等计算工作。

在本实施例中，0.3-0.5GHz频段测试可满足远场条件，0.5-1.0GHz频段需要结合阵列综合和近远场变换获得所需的RCS电平，阵列综合通过在每个天线单元引入基于传播距离的相位变化结合竖直方向在阵列边沿单元的幅度衰减来实现目标竖直方向的远场条件，近远场变换采用基于散射中心的变换方法，以获取水平方向的远场特性，两个频段所采用的成像反演算法均为滤波反投影算法。

以上所述仅是本发明的优选实施方式之一，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形，这些改进和变形也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：包括放置于测试场背墙与侧墙夹角位置的阵列天线和低频测量雷达，还包括转台、测控系统、数据处理系统和定标系统；所述阵列天线包含第一波段天线阵列和第二波段天线阵列，共同覆盖0.3-1.0GHz的低频RCS测试，所述低频测量雷达包括和阵列天线对应频段的第一波段测量雷达和第二波段测量雷达；所述测控系统控制低频测量雷达中的第一波段测量雷达和第二波段测量雷达同步产生微波频段电信号，经分配网络将信号传输至对应频段的天线阵列；所述测控系统同时控制转台携带被测目标进行旋转运动，对被测目标不同角度进行散射测量；所述定标系统用于将标准定标体放置于测试静区内进行和目标相同的散射测试，以实现对目标测试结果的定标处理；目标和标准定标体的全角度散射数据最终由所述数据处理系统进行处理，获得低频RCS电平分布和目标低频散射率图像。

2.根据权利要求1所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述天线阵列为双极化天线阵列，双极化天线实现不同极化状态电磁波的发射和接收，所述分配网络负责将发射信号和接收信号从所述低频测量雷达导入对应频段的天线阵列中。

3.根据权利要求2所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述双极化天线为微波频段的双极化四脊喇叭天线、双极化Vivaldi天线或双极化偶极子。

4.根据权利要求1所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述第一波段测量雷达和第二波段测量雷达同步工作并覆盖0.3-1.0GHz频段的测量，所述第一波段测量雷达和第二波段测量雷达均含有独立的发射、接收组件，实现两个频段互不干扰的同步测试；所述第一波段测量雷达和第二波段测量雷达均包括信号源、功率放大器、上下变频模块、低噪声放大器、测试信号监测设备和数据采集单元。

5.根据权利要求1所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述转台为单轴机械转台，用于携带被测目标绕中心以所需的速度旋转。

6.根据权利要求1所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述测控系统控制转台、阵列天线、定标体、低频测量雷达，并与测试软件相结合控制室内RCS测试场低频拓展测量装置；所述测控系统包括主控计算机、时序控制器和测量通讯模块。

7.根据权利要求1所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述数据处理系统为数据处理服务器，负责综合处理所采集的目标低频散射信息，完成数据处理。

8.根据权利要求1所述的一种室内RCS测试场低频拓展测量装置，其特征在于：所述定标系统包括自动行走车或者导轨车、定标支架和定标体；所述定标支架具有低散射特性，采用泡沫支架或低散射金属支架；所述定标体放置于位于自动行走车或者导轨车上的定标支架上，自动行走车或者导轨车带载定标体到达指定位置进行定标测量。

9.一种根据权利要求1-8之一所述的室内RCS测试场低频拓展测量装置的测量方法，其特征在于，所述室内RCS测试场低频拓展测量装置放置于测试场背墙与侧墙的夹角位置，通过测控系统控制工作于不同频段的低频测量雷达同步产生微波频段电信号，信号传输至不同波段的发射天线阵列，双极化的发射天线阵列将导行波转化为空间传播的电磁波，对目标进行照射，目标散射的电磁波由不同频段的双极化的接收天线阵列采集，继而进入对应频段的低频测量雷达；所述测控系统同时控制转台携带被测目标进行旋转运动，对被测目标不同角度进行散射测量；所述定标系统将标准定标体放置于测试静区内进行和目标相同的散射测试，以实现对目标测试结果的定标处理；目标和定标体的全角度散射数据由所述数据处理系统采集并处理，得到低频RCS电平和目标的低频空间散射率分布图像。

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