CN212433284U - 雷达散射截面测试系统 - Google Patents

Abstract

本实用新型涉及一种雷达散射截面测试系统，所述测试系统包括暗室、以及设于暗室内的检测机器人、矢量网络分析仪、射频收发装置、待测件机器人、托盘、吸波挡板，所述射频收发装置与矢量网络分析仪电连接并由检测机器人带动移动对待测件进行检测，所述待测件机器人设于所述托盘并可抓取放置于托盘内的待测件进行检测，所述检测机器人与待测件机器人之间分布有所述吸波挡板。采用该测试系统，可对待测件进行全自动测试，待测件上料和下料完全自动控制实现，无需人工操作，不会给暗室环境带来额外干扰，效率和准确率都得到提高。

Description

雷达散射截面测试系统

技术领域

本实用新型涉及雷达散射截面测试领域，尤其涉及一种雷达散射截面测试系统。

背景技术

RCS(Radar Cross section，雷达散射截面)测试系统按照测试环境分为室外测试场、室内测试场、抛物面紧缩场等类型，并发展了缩距测量、缩比测量、宽带窄脉冲扫频、时域滤波等技术，极大地提高了信噪比和分辨系统，能够实现目标散射点的二维和三维成像，能够进行飞机、导弹等目标的现场测试，实现目标的成像和散射诊断。

目前随着应用频段的升高，通信和雷达探测已进入毫米波与亚毫米波波段，伴随的各种模块设计和测试手段也日新月异，具有很广阔的研究前景，毫米波波段目标的雷达散射截面测试技术对研究毫米波目标探测和隐身技术的开发具有十分重要的意义。

现有的能够提供雷达散射截面测试系统的单位主要为科研院所和高校，多用于军用产品的雷达散射截面测试，测试费用高，且频段大多位于射频和微波频段，最高频率仅40GHz，目前尚无毫米波波段微波雷达散射截面测试系统的成熟商用产品，雷达散射截面测试系统要求伺服机构能够携带待测件在三维空间中按一定轨迹旋转和平动，传统的转台和扫描架无法实现任意方位角、任意俯仰角和任意曲线的运动，另外传统的伺服机构驱动部分无法采用吸波材料覆盖，其反射很大，同时金属结构对电磁波的遮挡严重，静空间调零(校准)会失效，最终导致测试结果的矢量扣除失效，给测试结果带来偏差，传统雷达散射截面测试系统校准数据的有效性只能维持数分钟，因此长时间的测试需要频繁地进行人工校准，而人员的频繁出入暗室还会改变暗室环境，恶化环境稳定性，进一步增加测试的不确定性。

实用新型内容

本实用新型的首要目的旨在提供一种检测准确度较高的雷达散射截面测试系统。

为了实现上述目的，本实用新型提供以下技术方案：

本实用新型的雷达散射截面测试系统，适用于检测待测件矢量信号数值，所述雷达散射截面测试系统包括暗室、及均设于暗室内的检测机器人、矢量网络分析仪、射频收发装置、待测件机器人、托盘、吸波挡板；

所述检测机器人设于暗室内其中一端，所述射频收发装置与矢量网络分析仪电连接，所述射频收发装置固定于所述检测机器人且可由检测机器人带动移动对待测件进行检测；

所述托盘设于暗室内的另一端，所述待测件机器人设于所述托盘并可抓取放置于托盘内的待测件进行检测；

所述检测机器人与待测件机器人和托盘之间分布有所述吸波挡板，且所述吸波挡板靠近待测件机器人设置，用于减少射频收发装置的射频信号在待测件机器人和托盘处产生的反射信号。

优选地，所述射频收发装置包括发射射频模块和接收射频模块，所述发射射频模块用于发射测试射频信号，所述接收射频模块用于接收待测件基于所述测试射频信号产生的反射射频信号，并输出到所述矢量网络分析仪中。

优选地，所述发射射频模块和接收射频模块均设有扩频模块，并对应设有发射天线和接收天线，两个所述扩频模块各自一端与矢量网络分析仪连接，所述发射天线与接收天线连接于两个所述扩频模块的另一端，并且所述发射天线与接收天线之间设有收发隔离挡板。

优选地，所述发射天线、接收天线及所述隔离挡板固定于一安装板；所述隔离挡板包括垂直固定于安装板的基板及形成于基板相对两面的吸波材料。

优选地，所述托盘包括第一托盘及第二托盘，所述第一托盘用于放置待测件，所述待测件机器人安装在所述第二托盘上并可从第一托盘抓取待测件进行测试。

优选地，所述第一托盘于所述第二托盘的两侧各设有至少一个，其中一侧的所述第一托盘用于放置未测试的待测件，另一侧的第一托盘用于放置已经测试的待测件。

优选地，所述待测件机器人还包括末端法兰、介质支撑架及气动吸嘴，所述介质支撑架设于所述末端法兰，所述气动吸嘴设于所述介质支撑架并用于吸附待测件。

优选地，所述待测件机器人为工业六轴机器人，所述待测件机器人的表面贴装有吸波材料。

优选地，所述待测件是缩比待测件，所述待测件机器人设有气密吸附板，所述待测件机器人通过所述气密吸附板对缩比待测件进行吸附。

相比于现有技术，本实用新型的方案具有以下优点：

本实用新型的雷达散射截面测试系统，设有检测机器人和待测件机器人，通过伺服机构在暗室内进行全自动测试，待测件上料和下料完全自动控制实现，无需人工操作，不会给暗室环境带来额外干扰，效率和准确率都得到提高。具体地，通过检测机器人带动射频收发装置进行空间移动，通过待测件机器人进行待测件的取放，实现待测件在三维空间中按一定轨迹旋转和平动，具有较高的自由度，从而具有较高的检测准确度。另外，通过在待测件机器人一侧设置吸波挡板，避免该侧金属件对雷达信号反射影响检测结果，进一步提高检测结果的准确度。

采用本实用新型的雷达散射截面检测方法进行待测件的RCS检测，可以自动完成整个检测过程，无需人员干涉，减小人员对检测环境的影响，提高检测结果的准确度。另外，在每次检测之前，先进行反射基底检测和定标测试，实时消除暗室内温度等带来的环境波动。

本实用新型的雷达散射截面测试系统附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，这些将从下面的描述中变得明显，或通过本实用新型的实践了解到。

附图说明

本实用新型上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：

图1为本实用新型的雷达散射截面测试系统的结构框图。

图2为本实用新型一种实施方式的雷达散射截面测试系统的结构示意图。

图3为图2所示的射频收发装置的结构示意图；

图4为本实用新型的待测件机器人释放和拾取待测件的使用状态示意图；

图5为本实用新型的待测件机器人空载进行暗室环境背景测试的结构示意图；

图6为本实用新型的待测件机器人携带标准金属球定标检测的结构示意图；

图7为本实用新型的待测件机器人携带待测件进行检测的结构示意图；

图8为本实用新型一种实施方式的待测件机器人末端的结构示意图，示出末端法兰、介质支撑架和气动吸嘴的组装关系，以及气动吸嘴吸附金属球的使用状态；

图9为图8所示的待测件机器人夹持待测件的使用状态示意图；

图10为本实用新型一种实施方式的气密吸附板与待测件之间的连接结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本实用新型的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，仅用于解释本实用新型，而不能解释为对本实用新型的限制。

作为一方面，请结合图1和2所示，本实用新型涉及一种雷达散射截面测试系统(以下简称“测试系统”)，适用于检测待测件8的雷达散射截面数据。所述测试系统包括暗室1、及均设于暗室1内的检测机器人2、矢量网络分析仪7、射频收发装置6、待测件机器人3、托盘5、吸波挡板4。

所述检测机器人2设于暗室1内的其中一端，所述射频收发装置6与矢量网络分析仪7电连接，所述射频收发装置6固定于所述检测机器人2且可由检测机器人2带动进行空间移动，即所述射频收发装置6可在三维空间内进行任意角度或曲线的转动或平移，另外，所述射频收发装置6用于接收矢量网络分析仪7所提供的激励信号，并对其进行矢量处理，如扩频，形成雷达信号向外发射，或者所述射频收发装置6用于接收待测件基于雷达信号产生的回波信号并传输到矢量网络分析仪7中，供其计算而后获得待测件的雷达散射截面数据。

请结合图2、图4所示，所述托盘5设于暗室1内远离检测机器人2的另一端。所述托盘5包括有第一托盘51及第二托盘52，所述第一托盘51用于放置待测件，所述待测件机器人3安装在所述第二托盘52上并可从第一托盘51上抓取待测件进行测试。

所述检测机器人2与待测件机器人3之间分布有所述吸波挡板4，所述吸波挡板4靠近待测件机器人3设置，所述吸波挡板4用于减小待测件机器人3及托盘5的金属结构对雷达信号的反射，以提高检测结果的准确度。具体地，所述吸波挡板4被竖立支撑于所述暗室1内，并可吸收由射频收发装置6发射并位于托盘5及待测件机器人3处的电磁波，以避免待测件机器人及托盘产生反射信号而影响检测结果。

请结合图3，优选地，所述射频收发装置6包括发射射频模块(未标示，下同)、接收射频模块(未标示，下同)及设于发射射频模块和接收射频模块之间的隔离挡板65，所述发射射频模块和接收射频模块各自一端固定于所述检测机器人2，所述发射射频模块用于接收矢量网络分析仪7提供的激励信号并进行扩频而发射测试射频信号(即雷达信号)，所述接收射频模块用于接收待测件基于所述测试射频信号产生的回波射频信号，并输出到所述矢量网络分析仪7中。

优选地，所述发射射频模块和接收射频模块分别对应设有发射扩频模块61和接收扩频模块62，并对应设有发射天线63和接收天线64。所述发射天线63、接收天线64及所述隔离挡板65固定于一安装板66上，所述隔离挡板65包括垂直固定于安装板66的基板及形成于基板相对两面的吸波材料，两面的吸波材料分别朝向所述发射天线63和接收天线64。两个所述扩频模块61、62各自一端与矢量网络分析仪7连接，所述发射天线63与接收天线64连接于两个所述扩频模块各自的另一端，所述发射天线63用于将测试射频信号向空间发射，为待测件提供检测信号，所述接收天线64用于接收待测件基于测试射频信号产生的反射回波，所述发射天线与接收天线之间的隔离挡板65用于防止接收天线64及发射天线63之间的信号耦合，从而可以使得发射天线和接收天线的距离可以尽可能靠近，缩小射频收发装置的尺寸并提高检测精度。

本实用新型的测试系统，通过设置扩频模块，使得该测试系统的频率覆盖60GHz～90GHz，另外，可更换扩频模块可进一步将频率拓展至90GHz～500GHz。

较佳地，所述第一托盘51设有两个，两个所述第一托盘51分别设于所述第二托盘52的两侧，安装在第二托盘52上的所述待测件机器人3对放置在其中一个第一托盘51上的待测件进行抓取并伸出吸波挡板4区域以通过射频收发装置6进行雷达散射截面检测，再由待测件机器人3把检测过的待测件放置于另一个所述第一托盘51中。在其他实施方式中，所述第一托盘51在待测件机器人3两侧各设有两个或其他数量，可根据实际需要放置。

优选地，所述待测件机器人3包括末端法兰31、介质支撑架32及气动吸嘴33，所述介质支撑架32设于所述末端法兰31，所述气动吸嘴33设于所述介质支撑架32，所述气动吸嘴33能够吸附待测件进行。本系统采用的待测件机器人3带有气动吸嘴33，能够自动吸附待测件，待测件按固定坐标摆放于托盘5，待测件机器人3根据测试流程选取某一个待测件，进行抓取、测试、释放流程，由软件系统全自动化完成，整个测试过程无需人工干预。

优选地，所述检测机器人2和待测件机器人3均采用工业六轴机器人，所述待测件机器人3本体的表面贴装有吸波材料，进一步确保机器人本体不会反射信号，不会干扰正常待测件的散射测试，测试时仅将待测件伸出吸波挡板4的遮挡区域，待测件机器人本体在不同姿态下不会对电磁波造成反射与遮挡，不会造成静空间调零失效。

由此，可通过检测机器人2使射频收发装置6在空间上以任意曲线进行转动或平移，适应多种产品的检测。通过待测件机器人3来进行待测件的自动上料和下料，待测件机器人3能够携带待测件在三维空间中按一定轨迹旋转和平动，能够实现任意方位角、任意俯仰角和任意曲线的运动，同时待测件机器人表面贴装吸波材料，前方安装有吸波挡板4，确保机器人本体不产生反射，不会干扰正常待测件的散射测试。测试时仅将待测件伸出吸波挡板4的遮挡区域，待测件机器人本体在不同姿态下不会对电磁波造成反射与遮挡，不会造成静空间调零失效。本实用新型采用全自动测试，待测物上料和下料完全自动控制实现，无需人工操作，不会给暗室环境带来额外干扰，从而提高了检测效率和检测结果的准确度。

优选地，请结合图9和图10，由于目前毫米波雷达的观测静区很小，以至于测试目标与定标体无法在互不遮挡的情况下具有位置隔离地放置，本实用新型采取的待测件是缩比待测件8，待测件机器人3还设有用于与缩比待测件8固定的气密吸附板34，所述待测件机器人3的气密吸嘴33对气密吸附板34进行吸附，进而实现对缩比待测件8的吸附。

作为第二方面，本实用新型还提供一种上述测试系统实施的雷达散射截面检测方法，具体包括以下步骤：

首先，进行待测件机器人3空载前提下的暗室反射基底检测；然后，通过待测件机器人抓取待测件，并将待测件从吸波挡板一侧向射频收发装置伸出；接着，通过检测机器人调节射频收发模块的空间位置，进而由矢量网络分析仪和射频收发模块向待测件发射测试信号，并接收待测件基于所述测试信号产生的回波信号，计算并获得雷达散射截面面积数据。

具体地：所述待测件机器人空载，使待测件机器人处于测试状态，机器人末端法兰上安装的介质支撑架和气动吸嘴位于发射天线的辐射区内，如图5所示，在此状态下测试暗室环境的背景反射波，由矢量网络分析仪发射射频信号，并记录背景反射的矢量信息。在时域上，接收天线与发射天线之间的直接耦合信号时延最小，待测件机器人及托盘的反射信号时延居中，暗室侧墙和后墙的反射时延最长，因此可采用时域滤波技术进一步地消除两个天线的直接耦合信号和暗室反射，将时域滤波后的背景反射作为暗室的反射基底信号。

进一步地，在进行待测件机器人空载前提下的暗室反射基底检测步骤后，还通过标准RCS定标体进行测试系统的定标检测。

可选地，标准RCS定标体有金属导体球、金属平板、圆柱等，请结合图8，本实施方式中，采用的金属导体球81直径为20cm，对于E波段雷达的波长范围处于光学区，其RCS具有精确的理论值。定标时，如图6所示，将标准的金属球吸附在气动吸嘴上，由待测件机器人3携带，进行单站RCS测试，测试得到的结果扣除反射基底的矢量信号，其结果作为标准金属球的雷达反射截面，与理论值对比，若两者差值在一定门限内，则认为定标符合要求。否则，排除暗室内的反射点、设备不完善性，重新进行暗室反射基底测试和标准金属球的定标。

本系统采用分时定标技术进行暗室基底反射测试、定标以及待测件测试，即每测试一个缩比待测件8，均可进行一次基底测试和定标测试，实时消除暗室1内温度等带来的环境波动。三种测试场景如图5～图7所示，各种测试场景的切换过程无需人员进入暗室1，可最大限度保证测试全程暗室1环境的稳定。

以上所述仅是本实用新型的部分实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本实用新型原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本实用新型的保护范围。

Claims (8)

1.一种雷达散射截面测试系统，适用于检测待测件矢量信号数值，其特征在于，所述雷达散射截面测试系统包括暗室、及均设于暗室内的检测机器人、矢量网络分析仪、射频收发装置、待测件机器人、托盘、吸波挡板；

所述检测机器人设于暗室内其中一端，所述射频收发装置与矢量网络分析仪电连接，所述射频收发装置固定于所述检测机器人且可由检测机器人带动移动对待测件进行检测；

所述托盘设于暗室内的另一端，所述待测件机器人设于所述托盘并可抓取放置于托盘内的待测件进行检测；

所述检测机器人与待测件机器人和托盘之间分布有所述吸波挡板，且所述吸波挡板靠近待测件机器人设置，用于减少射频收发装置的射频信号在待测件机器人和托盘处产生的反射信号。

2.根据权利要求1所述的雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述射频收发装置包括发射射频模块和接收射频模块，所述发射射频模块用于发射测试射频信号，所述接收射频模块用于接收待测件基于所述测试射频信号产生的反射射频信号，并输出到所述矢量网络分析仪中。

3.根据权利要求2所述的雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述发射射频模块和接收射频模块均设有扩频模块，并对应设有发射天线和接收天线，两个所述扩频模块各自一端与矢量网络分析仪连接，所述发射天线与接收天线连接于两个所述扩频模块各自的另一端，并且所述发射天线与接收天线之间设有收发隔离挡板。

4.根据权利要求3所述的雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述发射天线、接收天线及所述隔离挡板固定于一安装板；

所述隔离挡板包括垂直固定于安装板的基板及形成于基板相对两面的吸波材料。

5.根据权利要求1所述的雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述托盘包括第一托盘及第二托盘，所述第一托盘用于放置待测件，所述待测件机器人安装在所述第二托盘上并可从第一托盘抓取待测件进行测试。

6.根据权利要求5所述的雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述第一托盘于所述第二托盘的两侧各设有至少一个，其中一侧的所述第一托盘用于放置未测试的待测件，另一侧的第一托盘用于放置已经测试的待测件。

7.根据权利要求1所述的雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述待测件机器人还包括末端法兰、介质支撑架及气动吸嘴，所述介质支撑架设于所述末端法兰上，所述气动吸嘴设于所述介质支撑架上并用于吸附待测件。

8.根据权利要求1所述雷达散射截面测试系统，其特征在于，所述待测件机器人为工业六轴机器人，其表面贴装有吸波材料。

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