CN115453214A - 内场有源干扰散射特性测量装置与测量方法 - Google Patents

内场有源干扰散射特性测量装置与测量方法 Download PDF

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CN115453214A CN202211022381.4A CN202211022381A CN115453214A CN 115453214 A CN115453214 A CN 115453214A CN 202211022381 A CN202211022381 A CN 202211022381A CN 115453214 A CN115453214 A CN 115453214A
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Abstract

本发明内场有源干扰散射特性测量装置，包括暗室，暗室内壁上铺有吸波材料，暗室内设置有转台、信号发射天线和干扰信号发射天线，转台周围设置有多探头阵列接收天线，信号发射天线依次连接有功率放大器a、矢量网络分析仪和一体化电脑，功率放大器a与多探头阵列接收天线连接，干扰信号发射天线依次连接有功率放大器b和干扰信号发生器，转台连接有转台控制系统，转台控制系统与一体化电脑连接。本发明还公开了内场有源干扰散射特性测量方法，通过干扰信号发生器向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型。本发明解决了目标散射特性的测量问题和耦合效应引起的测量误差问题。

Description

内场有源干扰散射特性测量装置与测量方法
技术领域
本发明属于雷达电子干扰技术领域，具体涉及内场有源干扰散射特性测量装置，本发明还涉及内场有源干扰散射特性测量方法。
背景技术
目前，在军事战况中，掌握电磁波的主动权对了解军事战况、取得战事胜利发挥着至关重要的作用。雷达作为敌我双方电子对抗侦察防御的手段之一，其依靠电磁波经过目标反射回来的信号来获得信息，包括目标与雷达之间的距离、高度、方位角等。然而随着反侦察技术的发展，出现了许多种形式的电子干扰，包括有源干扰(雷达干扰、通信干扰等)和无源干扰(箔条干扰、角反射器干扰等)，这时雷达系统接收到的目标回波信号与干扰信号是同时存在的，为了对干扰环境中复杂军事目标的散射特性进行研究，测量实验是必不可少的研究方法之一。
目前：对有源干扰环境中目标的散射测量方法主要包括外场与内场。通常外场实验环境较为复杂，例如，外场环境中的风速、沙尘、雨雪等无法控制，这将会影响有源信号的稳定输出，而且外场实验投入成本较大，在自然环境中得到的实验结果具有一定的随机性和局限性。一般在内场实验中测量目标的双站RCS时，通常在不同的方位放置接收天线来接收信号，然后改变天线的位置获得多个方位的RCS参数，不免会费时费力且误差较大，并且如果接收天线到达某一位置时，其与发射天线产生的耦合效应会导致测量结果误差较大。
通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：
(1)在外场环境中实验时许多外界因素不可控，导致测量结果不准确，且投入成本较大、费时费力。
(2)内场实验中仅依靠改变接收天线位置来接收不同方位的回波信号。
解决上述问题及缺陷的难度为：1)有源信号的输出受自然环境因素无法控制；2)目标在多方位上的散射特征获取误差较大。
解决上述技术问题的意义为：实验在微波暗室内进行，可以降低自然因素带来的测量误差，同时，多探头阵列接收天线克服了改变天线位置的缺点，可同时对目标的多方位RCS进行测量。所以该技术为目标在有源干扰下的RCS测量以及干扰效果评估提供了有效的方法。
发明内容
本发明的目的是提供内场有源干扰散射特性测量装置，解决了有源干扰环境中目标散射特性的测量问题和因耦合效应引起的测量误差问题。
本发明的第二个目的是提供使用上述装置进行内场有源干扰散射特性测量的方法。
本发明所采用第一种技术方案为：内场有源干扰散射特性测量装置，包括暗室，暗室内壁铺有一层吸波材料，暗室内设置有转台，转台周围设置有多探头阵列接收天线，暗室内还设置有信号发射天线和干扰信号发射天线，信号发射天线与功率放大器a的输出端连接，功率放大器a的输入端连接有矢量网络分析仪和多探头阵列接收天线，矢量网络分析仪和一体化电脑连接，干扰信号发射天线与功率放大器b的输出端连接，功率放大器b的输入端连接有干扰信号发生器，转台连接有转台控制系统，转台控制系统与一体化电脑连接。
本发明所采用第二种技术方案为：内场有源干扰散射特性测量方法，使用上述的内场有源干扰散射特性测量装置，通过干扰信号发生器向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型。
本发明所采用第二种技术方案的特点还在于：上述测量方法具体按照以下步骤实施：
步骤1、进行矢量网络分析仪的校准，设置干扰信号发射天线的频率以及信号种类，设置多探头阵列接收天线的采样频率范围、采样步进、旋转角度；
步骤2、调整转台高度，将金属球固定于实验转台中心位置；
步骤3、连接测量装置并进行通电预热；
步骤4、将金属球放置于实验转台中心位置后，分别完成信号发射天线与金属球、干扰信号发射天线与金属球的水平对准；
步骤5、在无干扰和有干扰情况下分别测量金属球的RCS值，进行定标；
步骤6、撤去金属球，换上待测目标模型，完成信号发射天线与待测目标、干扰信号发射天线与待测目标的水平对准；
步骤7、分别在无干扰和有干扰两种情况下，测试待测目标的RCS值；
步骤8、使用绘图软件复现RCS图形并加以分析，得出结论。
步骤1具体流程为：
1)校准矢量网络分析仪，选择校准套件85032F，将校准类型设置为全双端口校准，测量电缆一端连接至测试端口1，另一端连接至开路标准，然后测量测试端口1处的开路校准数据，测量开路校准数据后，在“端口1开路”菜单的左侧显示选中标记，使用同样的方法，测量测试端口1处短路/负载标准的校准数据，使用与上述相同的方法，测量测试端口2处开路/短路/负载标准的校准数据，最后直接连通测试端口1与测试端口2执行校准动作，至此完成矢量网络分析仪的校准；
2)设置干扰信号频率为5.8GHz，信号种类是正弦波，设置天线采样频率范围为5～5.9GHz，旋转角度为-180°～+180°，采样步进为0.1GHz。
步骤2中转台中心位置处于多探头阵列接收天线圆弧的圆心位置。
步骤4具体流程为：将强绿光5线水平仪放置在实验转台上靠近金属球后，将其发射的激光对准信号发射天线与干扰信号发射天线的中线处，即完成了信号发射天线与目标、干扰信号发射天线与目标的水平对准。
步骤5具体流程为：进行两次金属球定标：一是在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功；在干扰信号加进来后，对金属球进行再次定标，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功。
步骤7具体流程为：开始测试待测目标的RCS值，
给出RCS的定义公式(1)：
Figure BDA0003811601790000041
RCS分贝的定义公式(2)：
Figure BDA0003811601790000042
其中，r是雷达与待测目标之间的距离，Ei分别是雷达发射端发射出去的信号的电场强度，Es是雷达接收端接收到的信号的电场强度，σ是RCS值，sm是RCS的单位平方米，dBsm是RCS的单位分贝平方米。
在实验中，对于待测目标模型而言，其RCS与多探头阵列接收天线(8)接收到的功率满足雷达方程，公式(3)：
Figure BDA0003811601790000043
其中，Pt是接收天线所接收到的功率，Pl是发射天线发射功率，G是天线的增益，R是待测目标与天线之间的距离，λ是工作波长；从式中可以看到，在某一给定系统中，Pl、G、R、λ都是已知的，故而得到RCS值σ与Pt的线性关系；使用定标金属球的已知理论散射解为基准，通过测量待测目标与定标金属球的反射功率推导散射截面RCS，RCS与天线接收到的回波信号功率之间的关系式为公式(4)：
Figure BDA0003811601790000051
其中，σ0是标定目标金属球的RCS值，P0是测量标定目标金属球时天线接收到的功率，σ是待测目标的RCS值，Pt是测量待测目标坦克模型时天线接收到的功率；对于某个指定的试验系统，σ0和P0都有给定的数值，要求得待测目标的RCS值σ，只需测出Pt即可；功率与电压之间存在平方的线性关系，故只需处理电压Ut即可，由公式(5)可求得σ：
Figure BDA0003811601790000052
其中，Ut是测量待测目标时天线接收到的功率所对应的电压信号，U0是是测量标定目标金属球时天线接收到的功率所对应的电压信号。
本发明的有益效果是：
本发明基于微波暗室实验设备，选取常用的正弦波作为实验环境中的干扰信号，提供了内场有源干扰环境中的目标散射测量方法；本发明的转台设备能够实现目标不同角度与高度的需求；本发明解决了接收天线的多方位信号接收问题和多方位目标散射特征提取问题；本发明选定干扰信号为正弦波信号，测量了目标RCS，可以将这种方法应用到其他形式的干扰条件下目标的RCS测量中。
附图说明
图1是本发明内场有源干扰散射特性测量装置的结构示意图；
图2是本发明内场有源干扰散射特性测量方法的流程图。
其中，1.一体化电脑，2.矢量网络分析仪，3.功率放大器a，4.信号发射天线，5.干扰信号发生器，6.转台控制系统，7.转台，8.多探头阵列接收天线，9.吸波材料，10.功率放大器b，11.暗室，12.干扰信号发射天线。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
针对现有技术存在的问题，本发明提供了一种内场有源干扰散射特性测量装置，如图2所示，包括暗室11，暗室11内壁上铺有一层吸波材料9，暗室11内设置有转台7，转台7周围设置有多探头阵列接收天线8，暗室11内还设置有信号发射天线4和干扰信号发射天线12，信号发射天线4与功率放大器a3的输出端连接，功率放大器a3的输入端连接有矢量网络分析仪2和多探头阵列接收天线8，矢量网络分析仪2和一体化电脑1连接，干扰信号发射天线12与功率放大器b10的输出端连接，功率放大器b10的输入端连接有干扰信号发生器5，转台7连接有转台控制系统6，转台控制系统6与一体化电脑1连接。
本发明还提供了一种内场有源干扰散射特性测量方法，使用上述的内场有源干扰散射特性测量装置，将坦克模型作为散射特性测量目标，通过干扰信号发生器5向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线8接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型，如图1所示，具体按照以下步骤实施：
步骤1、进行矢量网络分析仪2的校准，设置矢量网络分析仪2参数确定发射信号，设置多探头阵列接收天线8的采样频率、采样步进、旋转角度范围；设置干扰信号频率为5.8GHz，信号种类是正弦波，设置天线采样频率范围为5～5.9GHz，旋转角度为-180°～+180°，采样步进为0.1GHz；校准矢量网络分析仪2，选择校准套件85032F，将校准类型设置为全双端口校准，测量电缆一端连接至测试端口1，另一端连接至开路标准，然后测量测试端口1处的开路校准数据，测量开路校准数据后，在“端口1开路”菜单的左侧显示选中标记，使用同样的方法，测量测试端口1处短路/负载标准的校准数据，使用与上述相同的方法，测量测试端口2处开路/短路/负载标准的校准数据，最后直接连通测试端口1与测试端口2执行校准动作，至此完成矢量网络分析仪的校准；
步骤2、调整转台7高度，将金属球固定于实验转台中心位置，转台7中心位置处于多探头阵列接收天线8圆弧的圆心位置；
步骤3、按上述的测量装置中的连接方式连接，整个连接过程构成闭环，连接实验设备后进行电源通电预热；
步骤4、将金属球放置于实验转台7中心位置后，使用强绿光5线水平仪分别完成信号发射天线4与金属球、干扰信号发射天线12与金属球的水平对准，将强绿光5线水平仪放置在实验转台上靠近金属球后，将其发射的激光对准信号发射天线4与干扰信号发射天线12的中线处，即完成了信号发射天线4与目标、干扰信号发射天线12与目标的水平对准；
步骤5、分别在无干扰和有干扰两种情况下测量金属球的RCS值，进行定标测试；在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功；在干扰信号加进来后，对金属球进行再次定标，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功；
步骤6、撤去金属球，换上待测目标坦克模型，完成信号发射天线4与待测目标、干扰信号发射天线12与待测目标的水平对准；在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功，然后在有干扰信号的情况下，测量金属球的RCS值。
步骤7、分别在无干扰和有干扰两种情况下，测量待测目标的RCS值；
给出RCS的定义公式(1)：
Figure BDA0003811601790000081
RCS分贝的定义公式(2)：
Figure BDA0003811601790000082
其中，r是雷达与待测目标之间的距离，Ei分别是雷达发射端发射出去的信号的电场强度，Es是雷达接收端接收到的信号的电场强度，σ是RCS值，sm是RCS的单位平方米，dBsm是RCS的单位分贝平方米。
对于待测目标坦克模型而言，其RCS与多探头阵列接收天线8接收到的功率满足雷达方程，公式(3)：
Figure BDA0003811601790000083
其中，Pt是接收天线所接收到的功率，Pl是发射天线发射功率，G是天线的增益，R是待测目标与天线之间的距离，λ是工作波长。从式中可以看到，在某一给定系统中，Pl、G、R、λ都是已知的，故而得到RCS值σ与Pt的线性关系。使用定标金属球的已知理论散射解为基准，通过测量待测目标与定标金属球的反射功率推导散射截面RCS，RCS与天线接收到的回波信号功率之间的关系式为公式(4)：
Figure BDA0003811601790000084
其中，σ0是标定目标金属球的RCS值，P0是测量标定目标金属球时天线接收到的功率，σ是待测目标的RCS值，Pt是测量待测目标坦克模型时天线接收到的功率。对于某个指定的试验系统，σ0和P0都有给定的数值，要求得待测目标的RCS值σ，只需测出Pt即可。功率与电压之间存在平方的线性关系，故只需处理电压Ut即可，由公式(5)可求得σ：
Figure BDA0003811601790000091
其中，Ut是测量待测目标时天线接收到的功率所对应的电压信号，U0是是测量标定目标金属球时天线接收到的功率所对应的电压信号。
步骤8、使用绘图软件复现RCS图形并加以分析，得出相应的结论。
下面结合实施例对本发明的技术效果作详细的描述。
实施例1
为了验证本发明方法的可靠性，在发射天线与接收天线距离为2.67m的条件下，实施本发明方案。
内场有源干扰散射特性测量方法，使用上述的内场有源干扰散射特性测量装置，将坦克模型作为散射特性测量目标，通过干扰信号发生器5向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线8接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型，具体按照以下步骤实施：
步骤1、进行矢量网络分析仪2的校准，设置矢量网络分析仪2参数确定发射信号，设置多探头阵列接收天线8的采样频率、采样步进、旋转角度范围；设置干扰信号频率为5.8GHz，信号种类是正弦波，设置天线采样频率为5GHz，旋转角度为-180°；
步骤2、调整转台7高度，将金属球固定于实验转台中心位置，转台7中心位置处于多探头阵列接收天线8圆弧的圆心位置；
步骤3、按上述的测量装置中的连接方式连接，整个连接过程构成闭环，连接实验设备后进行电源通电预热；
步骤4、将金属球放置于实验转台7中心位置后，使用强绿光5线水平仪分别完成信号发射天线4与金属球、干扰信号发射天线12与金属球的水平对准，将强绿光5线水平仪放置在实验转台上靠近金属球后，将其发射的激光对准信号发射天线4与干扰信号发射天线12的中线处，即完成了信号发射天线4与目标、干扰信号发射天线12与目标的水平对准；
步骤5、分别在无干扰和有干扰两种情况下测量金属球的RCS值，进行定标测试；在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功，然后在有干扰信号的情况下，测量金属球的RCS值。
步骤6、撤去金属球，换上待测目标坦克模型，完成信号发射天线4与待测目标、干扰信号发射天线12与待测目标的水平对准。
步骤7、分别在无干扰和有干扰两种情况下，测量待测目标的RCS值；
给出RCS的定义公式(1)：
Figure BDA0003811601790000101
RCS分贝的定义公式(2)：
Figure BDA0003811601790000102
其中，r是雷达与待测目标之间的距离，Ei分别是雷达发射端发射出去的信号的电场强度，Es是雷达接收端接收到的信号的电场强度，σ是RCS值，sm是RCS的单位平方米，dBsm是RCS的单位分贝平方米；
对于待测目标坦克模型而言，其RCS与多探头阵列接收天线8接收到的功率满足雷达方程，公式(3)：
Figure BDA0003811601790000103
其中，Pt是接收天线所接收到的功率，Pl是发射天线发射功率，G是天线的增益，R是待测目标与天线之间的距离，λ是工作波长。从式中可以看到，在某一给定系统中，Pl、G、R、λ都是已知的，故而得到RCS值σ与Pt的线性关系。使用定标金属球的已知理论散射解为基准，通过测量待测目标与定标金属球的反射功率推导散射截面RCS，RCS与天线接收到的回波信号功率之间的关系式为公式(4)：
Figure BDA0003811601790000111
其中，σ0是标定目标金属球的RCS值，P0是测量标定目标金属球时天线接收到的功率，σ是待测目标的RCS值，Pt是测量待测目标坦克模型时天线接收到的功率。对于某个指定的试验系统，σ0和P0都有给定的数值，要求得待测目标的RCS值σ，只需测出Pt即可。功率与电压之间存在平方的线性关系，故只需处理电压Ut即可，由公式(5)可求得σ：
Figure BDA0003811601790000112
其中，Ut是测量待测目标时天线接收到的功率所对应的电压信号，U0是是测量标定目标金属球时天线接收到的功率所对应的电压信号。
步骤8、使用绘图软件复现RCS图形并加以分析，由表1数据可知干扰信号会对目标散射特性产生一定影响。
实施例2
为了验证本发明方法的可靠性，在发射天线与接收天线距离为2.67m的条件下，实施本发明方案。
内场有源干扰散射特性测量方法，使用上述的内场有源干扰散射特性测量装置，将坦克模型作为散射特性测量目标，通过干扰信号发生器5向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线8接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型，具体按照以下步骤实施：
步骤1、进行矢量网络分析仪2的校准，设置矢量网络分析仪2参数确定发射信号，设置多探头阵列接收天线8的采样频率、采样步进、旋转角度范围；设置干扰信号频率为5.8GHz，信号种类是正弦波，设置天线采样频率为5.5GHz，旋转角度为0°；
步骤2、调整转台7高度，将金属球固定于实验转台中心位置，转台7中心位置处于多探头阵列接收天线8圆弧的圆心位置；
步骤3、按上述的测量装置中的连接方式连接，整个连接过程构成闭环，连接实验设备后进行电源通电预热；
步骤4、将金属球放置于实验转台7中心位置后，使用强绿光5线水平仪分别完成信号发射天线4与金属球、干扰信号发射天线12与金属球的水平对准，将强绿光5线水平仪放置在实验转台上靠近金属球后，将其发射的激光对准信号发射天线4与干扰信号发射天线12的中线处，即完成了信号发射天线4与目标、干扰信号发射天线12与目标的水平对准；
步骤5、分别在无干扰和有干扰两种情况下测量金属球的RCS值，进行定标测试；在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功，然后在有干扰信号的情况下，测量金属球的RCS值。
步骤6、撤去金属球，换上待测目标坦克模型，完成信号发射天线4与待测目标、干扰信号发射天线12与待测目标的水平对准。
步骤7、分别在无干扰和有干扰两种情况下，测量待测目标的RCS值；
给出RCS的定义公式(1)：
Figure BDA0003811601790000121
RCS分贝的定义公式(2)：
Figure BDA0003811601790000122
其中，r是雷达与待测目标之间的距离，Ei分别是雷达发射端发射出去的信号的电场强度，Es是雷达接收端接收到的信号的电场强度，σ是RCS值，sm是RCS的单位平方米，dBsm是RCS的单位分贝平方米；
对于待测目标坦克模型而言，其RCS与多探头阵列接收天线8接收到的功率满足雷达方程，公式(3)：
Figure BDA0003811601790000131
其中，Pt是接收天线所接收到的功率，Pl是发射天线发射功率，G是天线的增益，R是待测目标与天线之间的距离，λ是工作波长。从式中可以看到，在某一给定系统中，Pl、G、R、λ都是已知的，故而得到RCS值σ与Pt的线性关系。使用定标金属球的已知理论散射解为基准，通过测量待测目标与定标金属球的反射功率推导散射截面RCS，RCS与天线接收到的回波信号功率之间的关系式为公式(4)：
Figure BDA0003811601790000132
其中，σ0是标定目标金属球的RCS值，P0是测量标定目标金属球时天线接收到的功率，σ是待测目标的RCS值，Pt是测量待测目标坦克模型时天线接收到的功率。对于某个指定的试验系统，σ0和P0都有给定的数值，要求得待测目标的RCS值σ，只需测出Pt即可。功率与电压之间存在平方的线性关系，故只需处理电压Ut即可，由公式(5)可求得σ：
Figure BDA0003811601790000133
其中，Ut是测量待测目标时天线接收到的功率所对应的电压信号，U0是是测量标定目标金属球时天线接收到的功率所对应的电压信号。
步骤8、使用绘图软件复现RCS图形并加以分析，由表1数据可知干扰信号会对目标散射特性产生一定影响。
实施例3
为了验证本发明方法的可靠性，在发射天线与接收天线距离为2.67m的条件下，实施本发明方案。
内场有源干扰散射特性测量方法，使用上述的内场有源干扰散射特性测量装置，将坦克模型作为散射特性测量目标，通过干扰信号发生器5向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线8接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型，具体按照以下步骤实施：
步骤1、进行矢量网络分析仪2的校准，设置矢量网络分析仪2参数确定发射信号，设置多探头阵列接收天线8的采样频率、采样步进、旋转角度范围；设置干扰信号频率为5.8GHz，信号种类是正弦波，设置天线采样频率为5.9GHz，旋转角度为+180°；
步骤2、调整转台7高度，将金属球固定于实验转台中心位置，转台7中心位置处于多探头阵列接收天线8圆弧的圆心位置；
步骤3、按上述的测量装置中的连接方式连接，整个连接过程构成闭环，连接实验设备后进行电源通电预热；
步骤4、将金属球放置于实验转台7中心位置后，使用强绿光5线水平仪分别完成信号发射天线4与金属球、干扰信号发射天线12与金属球的水平对准，将强绿光5线水平仪放置在实验转台上靠近金属球后，将其发射的激光对准信号发射天线4与干扰信号发射天线12的中线处，即完成了信号发射天线4与目标、干扰信号发射天线12与目标的水平对准；
步骤5、分别在无干扰和有干扰两种情况下测量金属球的RCS值，进行定标测试；在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功，然后在有干扰信号的情况下，测量金属球的RCS值。
步骤6、撤去金属球，换上待测目标坦克模型，完成信号发射天线4与待测目标、干扰信号发射天线12与待测目标的水平对准。
步骤7、分别在无干扰和有干扰两种情况下，测量待测目标的RCS值；
给出RCS的定义公式(1)：
Figure BDA0003811601790000151
RCS分贝的定义公式(2)：
Figure BDA0003811601790000152
其中，r是雷达与待测目标之间的距离，Ei分别是雷达发射端发射出去的信号的电场强度，Es是雷达接收端接收到的信号的电场强度，σ是RCS值，sm是RCS的单位平方米，dBsm是RCS的单位分贝平方米；
对于待测目标坦克模型而言，其RCS与多探头阵列接收天线8接收到的功率满足雷达方程，公式(3)：
Figure BDA0003811601790000153
其中，Pt是接收天线所接收到的功率，Pl是发射天线发射功率，G是天线的增益，R是待测目标与天线之间的距离，λ是工作波长。从式中可以看到，在某一给定系统中，Pl、G、R、λ都是已知的，故而得到RCS值σ与Pt的线性关系。使用定标金属球的已知理论散射解为基准，通过测量待测目标与定标金属球的反射功率推导散射截面RCS，RCS与天线接收到的回波信号功率之间的关系式为公式(4)：
Figure BDA0003811601790000161
其中，σ0是标定目标金属球的RCS值，P0是测量标定目标金属球时天线接收到的功率，σ是待测目标的RCS值，Pt是测量待测目标坦克模型时天线接收到的功率。对于某个指定的试验系统，σ0和P0都有给定的数值，要求得待测目标的RCS值σ，只需测出Pt即可。功率与电压之间存在平方的线性关系，故只需处理电压Ut即可，由公式(5)可求得σ：
Figure BDA0003811601790000162
其中，Ut是测量待测目标时天线接收到的功率所对应的电压信号，U0是是测量标定目标金属球时天线接收到的功率所对应的电压信号。
步骤8、使用绘图软件复现RCS图形并加以分析，由表1数据可知干扰信号会对目标散射特性产生一定影响。
为了验证本发明方法的可靠性，在发射天线与接收天线距离为2.67m的条件下，探究干扰信号频率对复杂目标RCS的影响，多次测量得到的结果如表1所示。
表1实验条件一览表
Figure BDA0003811601790000163
Figure BDA0003811601790000171
依据以上测量结果可以知道，在发射信号稳定输出的条件下，不同频率的干扰信号会对目标散射特性产生不同的影响。证明本发明的方法具有一定的准确性，且有一定的实用价值。
本发明的实施方式可以通过硬件、软件或者软件和硬件的结合来实现。硬件部分可以利用专用逻辑来实现；软件部分可以存储在存储器中，由适当的指令执行系统，例如微处理器或者专用设计硬件来执行。本领域的普通技术人员可以理解上述的设备和方法可以使用计算机可执行指令和/或包含在处理器控制代码中来实现，例如在诸如磁盘、CD或DVD-ROM的载体介质、诸如只读存储器(固件)的可编程的存储器或者诸如光学或电子信号载体的数据载体上提供了这样的代码。本发明的设备及其模块可以由诸如超大规模集成电路或门阵列、诸如逻辑芯片、晶体管等的半导体、或者诸如现场可编程门阵列、可编程逻辑设备等的可编程硬件设备的硬件电路实现，也可以用由各种类型的处理器执行的软件实现，也可以由上述硬件电路和软件的结合例如固件来实现。

Claims (8)

1.内场有源干扰散射特性测量装置，其特征在于，包括暗室(11)，所述暗室(11)内壁铺有一层吸波材料(9)，所述暗室(11)内设置有转台(7)，所述转台(7)周围设置有多探头阵列接收天线(8)，所述暗室(11)内还设置有信号发射天线(4)和干扰信号发射天线(12)，所述信号发射天线(4)与功率放大器a(3)的输出端连接，所述功率放大器a(3)的输入端连接有矢量网络分析仪(2)和多探头阵列接收天线(8)，所述矢量网络分析仪(2)和一体化电脑(1)连接，所述干扰信号发射天线(12)与功率放大器b(10)的输出端连接，所述功率放大器b(10)的输入端连接有干扰信号发生器(5)，所述转台(7)连接有转台控制系统(6)，所述转台控制系统(6)与一体化电脑(1)连接。
2.内场有源干扰散射特性测量方法，其特征在于，使用权利要求1所述的内场有源干扰散射特性测量装置，通过干扰信号发生器(5)向测量目标发射正弦波干扰信号，通过多探头阵列接收天线(8)接收多方位反射回来的电磁波信号以提取电磁散射特征模型。
3.根据权利要求2所述的测量方法，其特征在于，具体按照以下步骤实施：
步骤1、进行矢量网络分析仪(2)的校准，设置干扰信号发射天线(12)的频率以及信号种类，设置多探头阵列接收天线(8)的采样频率范围、采样步进、旋转角度；
步骤2、调整转台(7)高度，将金属球固定于实验转台中心位置；
步骤3、连接测量装置并进行通电预热；
步骤4、将金属球放置于实验转台(7)中心位置后，分别完成信号发射天线(4)与金属球、干扰信号发射天线(12)与金属球的水平对准；
步骤5、在无干扰和有干扰情况下分别测量金属球的RCS值，进行定标；
步骤6、撤去金属球，换上待测目标模型，完成信号发射天线(4)与待测目标、干扰信号发射天线(12)与待测目标的水平对准；
步骤7、分别在无干扰和有干扰两种情况下，测试待测目标的RCS值；
步骤8、使用绘图软件复现RCS图形并加以分析，得出结论。
4.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤1具体流程为：
1)校准矢量网络分析仪(2)，选择校准套件85032F，将校准类型设置为全双端口校准，测量电缆一端连接至测试端口1，另一端连接至开路标准，然后测量测试端口1处的开路校准数据，测量开路校准数据后，在“端口1开路”菜单的左侧显示选中标记，使用同样的方法，测量测试端口1处短路/负载标准的校准数据，使用与上述相同的方法，测量测试端口2处开路/短路/负载标准的校准数据，最后直接连通测试端口1与测试端口2执行校准动作，至此完成矢量网络分析仪的校准；
2)设置干扰信号频率为5.8GHz，信号种类是正弦波，设置天线采样频率范围为5～5.9GHz，旋转角度为-180°～+180°，采样步进为0.1GHz。
5.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤2中转台(7)中心位置处于多探头阵列接收天线(8)圆弧的圆心位置。
6.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤4具体流程为：将强绿光5线水平仪放置在实验转台上靠近金属球后，将其发射的激光对准信号发射天线(4)与干扰信号发射天线(12)的中线处，即完成了信号发射天线(4)与目标、干扰信号发射天线(12)与目标的水平对准。
7.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤5具体流程为：进行两次金属球定标：一是在无干扰信号的情况下，设置一个固定频率来测试，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功；在干扰信号加进来后，对金属球进行再次定标，测试结果与理论结果误差不大于15％认为定标成功。
8.根据权利要求3所述的测量方法，其特征在于，所述步骤7具体流程为：开始测试待测目标的RCS值，
给出RCS的定义公式(1)：
Figure FDA0003811601780000031
RCS分贝的定义公式(2)：
Figure FDA0003811601780000032
其中，r是雷达与待测目标之间的距离，Ei分别是雷达发射端发射出去的信号的电场强度，Es是雷达接收端接收到的信号的电场强度，σ是RCS值，sm是RCS的单位平方米，dBsm是RCS的单位分贝平方米；
在实验中，对于待测目标模型而言，其RCS与多探头阵列接收天线(8)接收到的功率满足雷达方程，公式(3)：
Figure FDA0003811601780000033
其中，Pt是接收天线所接收到的功率，Pl是发射天线发射功率，G是天线的增益，R是待测目标与天线之间的距离，λ是工作波长；从式中可以看到，在某一给定系统中，Pl、G、R、λ都是已知的，故而得到RCS值σ与Pt的线性关系；使用定标金属球的已知理论散射解为基准，通过测量待测目标与定标金属球的反射功率推导散射截面RCS，RCS与天线接收到的回波信号功率之间的关系式为公式(4)：
Figure FDA0003811601780000041
其中，σ0是标定目标金属球的RCS值，P0是测量标定目标金属球时天线接收到的功率，σ是待测目标的RCS值，Pt是测量待测目标坦克模型时天线接收到的功率；对于某个指定的试验系统，σ0和P0都有给定的数值，要求得待测目标的RCS值σ，只需测出Pt即可；功率与电压之间存在平方的线性关系，故只需处理电压Ut即可，由公式(5)可求得σ：
Figure FDA0003811601780000042
其中，Ut是测量待测目标时天线接收到的功率所对应的电压信号，U0是是测量标定目标金属球时天线接收到的功率所对应的电压信号。
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