RU2331895C1

RU2331895C1 - Способ и устройство измерения матрицы рассеяния

Info

Publication number: RU2331895C1
Application number: RU2006136437/09A
Authority: RU
Inventors: Георгий Галиуллович Валеев (RU); Георгий Галиуллович Валеев
Original assignee: Георгий Галиуллович Валеев
Priority date: 2006-10-17
Filing date: 2006-10-17
Publication date: 2008-08-20
Also published as: RU2006136437A

Abstract

Изобретение относится к радиолокации. Техническим результатом является измерение полной матрицы рассеяния объекта измерения, закрепленного на мягкой подвеске, в заданном поляризационном базисе и увеличение точности измерения. Устройство измерения матрицы рассеяния, реализующее заявленный способ, содержит генератор монохроматических радиоволн, пять направленных ответвителей, трансформатор поляризаций, направленный разделитель поляризаций, две приемопередающих антенны, объект измерения, три приемника, эталонный объект, объект опорного сигнала и систему мягкой подвески объектов. 2 н.п. ф-лы, 1 ил.

Description

Изобретение относится к области радиолокации и предназначено для измерения радиолокационных характеристик объектов, а именно полной матрицы рассеяния в линейном поляризационном базисе при мягкой подвеске объекта измерения.

Известно устройство для измерения «нелинейных» радиолокационных характеристик (пат. RU №2265230 G01R 29/08, G01S 13/04, Бюл. №33 от 27.11.2005 г.). Это устройство содержит: задающий генератор, полосовой фильтр, передающую и приемную антенны, регистратор, последовательно соединенные усилитель, гетеродин и блок стабилизации частоты гетеродина. Между приемной антенной и регистратором последовательно соединены разделитель поляризаций и два параллельных приемных канала. Каждый канал состоит из последовательно соединенных смесителя и усилителя приемного канала. Выходы усилителей присоединены к соответствующим входам регистратора, а вторые их выходы подключены к фазовому детектору, выход которого подключен к регистратору. Между задающим генератором и полосовым фильтром введен направленный ответвитель, к боковому выходу которого последовательно подключены усилитель и блок стабилизации частоты гетеродина. Передающая антенна выполнена круговой поляризации излучения. Два выхода гетеродина подключены к смесителям соответствующих приемных каналов, третий выход - к блоку стабилизации частоты и выход полосового фильтра подсоединен к передающей антенне. Это устройство не позволяет измерять полную матрицу рассеяния.

Известен одноантенный измеритель обратного рассеяния и способ его работы, который принят за прототип изобретения (авт. св. СССР №302810, Н03J 5/00, Бюл. №15 от 28.04.71). Это устройство содержит: генератор, основной и опорный каналы, поляризатор, устройства разделения и регистрации падающих и переизлученных радиоволн, приемопередающую антенну и два приемника. Устройство разделения излучаемых антенной и переотраженных объектом измерения радиоволн выполнено в виде волноводного направленного разделителя поляризаций с основной линией квадратного или круглого сечения и с двумя боковыми линиями прямоугольного сечения. Широкие стенки боковых волноводов взаимно перпендикулярны. Измеритель обратного рассеяния предназначен для измерения полной матрицы рассеяния М объекта измерений при закреплении объекта на жесткой опоре.

Матричное уравнение (1), связывающее две ортогональные компоненты падающих на объект измерения радиоволн с соответствующими компонентами переизлученных объектом радиоволн, имеет вид:

где Ei,x и Ei,y - ортогональные компоненты падающих на объект радиоволн;

Er,х и Er,y - ортогональные компоненты принимаемых радиоволн, переизлученные объектом измерения;

a·expiφ_xx, b·expiφ_xy, c·expiφ_yx и d·expiφ_yy - элементы матрицы рассеяния;

a, b, с и d - модули элементов матрицы рассеяния;

φ_yy, φ_xx, φ_yx и φ_xy- аргументы элементов матрицы рассеяния.

Матрица М, модули которой выражены в значениях эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) - σ, записывается в виде:

где σ_yy, σ_xx и σ_yx, σ_xy, - эффективные поверхности рассеяния объекта измерения при параллельном и ортогональном приеме переизлученных радиоволн объектом измерения в заданном поляризационном базисе.

Матрица рассеяния симметрична, если передающая и приемная антенны совмещены. В этом случае элементы матрицы

и

равны и матрица рассеяния (2) принимает вид:

Одноантенный измеритель измеряет амплитуды переизлученных объектом радиоволн и их фазы относительно фазы излучений генератора. При таких условиях объект измерения должен быть закреплен на жесткой опоре и вращаться вокруг неподвижной оси, поэтому этот измеритель не может быть применен в условиях открытых полигонов, где объекты измерения крепятся на мягкой подвеске: тросах и стропах и раскачиваются при измерении. Ось вращения объекта измерения при мягкой подвеске во время измерения изменяет свое положение в пространстве относительно антенны измерителя, что приводит к невозможности измерения фазы переотражения объекта измерения с опорной фазой излучений антенны из-за погрешностей, превышающих значения измеряемых величин.

Технический результат изобретения - измерение полной матрицы рассеяния объекта измерения, закрепленного на мягкой подвеске, в заданном поляризационном базисе, и увеличение точности измерения.

Изобретения поясняются чертежом, на котором введены обозначения:

1 - генератор радиоволн (ГРВ); 2 - первый направленный ответвитель (НО1); 3 - трансформатор поляризаций (ТП); 4 - направленный разделитель поляризаций на линейные ортогональные компоненты принимаемых переизлучений объекта измерения (НРП); 5 - первая приемопередающая антенна для измерения объекта измерения и эталонного объекта; 6 - вторая приемопередающая антенна для измерения объекта опорного сигнала; 7 - третий направленный ответвитель (НО3); 8 - четвертый направленный ответвитель (НО4); 9 - пятый направленный ответвитель (НО5); 10 - второй направленный ответвитель (НО2); 11 - приемник Н (горизонтальной) компоненты переизлучений объекта измерения (ПН); 12 - приемник Е (вертикальной) компоненты переизлучений объекта измерения (ПЕ); 13 - приемник переизлучений объекта опорного сигнала (ПШ); 14 - опоры системы мягкой подвески объектов (СМП); 15 - несущий трос СМП; 16 - стропы крепления объекта измерений и эталонного объекта; 17 - объект измерения; 18 - стропы-оттяжки вращения объектов; 19 - объект опорного сигнала; 20 - стропы крепления объекта опорного сигнала; 21 - поворотное устройство вращения объектов.

Состав устройства и возможное выполнение его блоков и узлов

Устройство содержит: задающий генератор 1 непрерывного, монохроматического излучения радиоволн, пять направленных ответвителей НО1 2, НО2 10, НО3 7, НО4 8 и НО5 9, трансформатор поляризаций ТП 3, направленный разделитель поляризаций НРП 4 переизлучений объекта измерения, первую приемопередающую антенну для измерения объекта измерения 5, вторую приемопередающую антенну для измерения объекта опорного сигнала 6, три приемника 11, 12 и 13 ортогональных Е, Н компонент переизлучений объекта измерения и переизлучений объекта опорного сигнала соответствено, две опоры системы мягкой подвески объектов (СМП) 14, несущий трос 15 СМП, стропы крепления объекта измерения 16 и эталонного объекта, объект измерения 17, стропы-оттяжки вращения объектов 18, объект опорного сигнала 19, стропы крепления объекта опорного сигнала 20, поворотное устройство вращения объектов 21 и эталонный объект (не показан).

Генератор ГРВ 1 выполнен монохроматического излучения.

Первый НО1 2, четвертый НО4 8 и пятый НО5 9 направленные ответвители могут быть выполнены волноводными с переходным ослаблением 3 дБ.

Второй НО2 10 и третий НОЗ 7 направленные ответвители могут быть выполнены волноводными с переходным ослаблением и направленностью 20 дБ и более.

Трансформатор поляризаций 3 может быть выполнен на волноводе круглого поперечного сечения с плоской полуволновой диэлектрической вставкой.

Направленный разделитель поляризаций 4 переизлучений объекта измерения радиоволн на линейные ортогональные компоненты может быть выполнен на квадратном или круглом волноводе основного плеча с двумя ортогональными боковыми Е и Н плечами из волноводов прямоугольного сечения.

Первая антенна 5 может быть выполнена параболической или рупорной с квадратным или круглым поперечным сечением на входе для излучения и приема ортогональных компонент радиоволн. Антенна 5 устанавливается в пространстве так, что ее электрическая ось параллельна плоскости вращения объекта измерения и в ее диаграмме направленности находится только объект измерения 17.

Вторая антенна 6 может быть выполнена параболической или рупорной с прямоугольным сечением на входе одной линейной компоненты излучений (вертикальной или горизонтальной). Антенна 6 устанавливается в пространстве на одной вертикали с антенной 5 и так, что ее электрическая ось параллельна электрической оси антенны 5 и в ее диаграмме направленности находится только объект опорного сигнала 19.

В качестве приемников Н 11 и Е 12 компонент переизлучений объекта измерения радиоволн и эталонного объекта и приемника 13 переизлучений объекта опорного сигнала могут быть применены супергетеродинные приемники с амплитудными и фазовыми детекторами и самописцами (амплифазографы).

Опоры 14 системы мягкой подвески могут быть выполнены деревянными, металлическими или железобетонными и устанавливаются на земле в дальней зоне антенн 5 и 6, вне диаграмм их направленности. Опоры 14 находятся на разных от антенн расстояниях так, что закрепленный на их верхушках несущий трос 15 в горизонтальной плоскости находится под острым углом к электрическим осям антенн 5 и 6.

Несущий трос 15 может быть выполнен стальным или из натуральных или синтетических волокон.

Все стропы 16, 18 и 20 крепления объектов могут быть выполнены из синтетических или натуральных волокон.

Объект опорного сигнала 19 может быть выполнен в виде осе симметричного тела, значение ЭПР которого может быть рассчитано теоретически. В качестве таких тел могут быть применены металлический шар (предпочтительно) или металлический цилиндр, закрепленный вертикально.

Объект опорного сигнала 19 крепится четырьмя стропами 20 к четырем стропам-оттяжкам 18. Центр тяжести объекта измерения или эталонного объекта и центр тяжести объекта опорного сигнала устанавливаются на оси вращения объекта измерения 17 или с выносом менее половины длины волны излучаемых антеннами 5 и 6 радиоволн. Такое крепление объект опорного сигнала 19 обеспечивает минимальное смещение его центра тяжести относительно центра тяжести объекта измерений и их оси вращения, следовательно, погрешность измерения фаз переизлучения объекта измерений будет минимальна. Смещение центра тяжести объекта опорного сигнала относительно оси вращения объектов приводит к систематической погрешности измерения фазы объекта измерения. Поскольку фаза переизлучений объекта измерения измеряется относительно фазы переизлучений объекта опорного сигнала, погрешность измерения фазы вызвана за счет несовпадения его центра масс с осью вращения, может быть устранена в результатах измерения фазы переизлучений объекта опорного сигнала 19 как систематическая погрешность.

В качестве поворотного устройства 21 может быть применена карусель, к плечам которой крепятся нижние концы строп-оттяжек 18, а их верхние концы крепятся к объекту измерения 17 или эталонному объекту. Такое крепление обеспечивает вращение объектов синхронно с плечами поворотного устройства 2. Устройство 21 вращения объектов установлено на земле между опор.

В прототипе калибровка амплитуд переизлучений объекта измерения производится после его измерения. За это время параметры генератора 1 и приемников 11 и 12 могут измениться, что приведет к случайным погрешностям определения ЭПР объекта измерения. Для устранения этой погрешности калибровка амплитуд переизлученных объектом измерения радиоволн должна производиться одновременно с измерениями объекта, поэтому эталонный объект, по которому выравнивают чувствительности каналов антенн 5 и 6, должен быть тождественен объекту опорного сигнала 19, амплитуда переизлучений которого измеряется одновременно с амплитудой переизлучения объекта измерения.

Соединения блоков устройства

Выход генератора 1 соединен с входом первого НО1 2. Один выход НО1, трансформатор поляризаций 3, основное плечо направленного разделителя поляризаций 4 и антенна 5 соединены последовательно. Второй выход НО1, основное плечо НО2 10, основное плечо НО3 7 и антенна 6 соединены последовательно. Выход НО2 10 соединен с входом опорного сигнала приемника 13. Выход Н плеча НРП 4 соединен с сигнальным входом приемника 11 Н (горизонтальной) компоненты переизлучений объекта измерения, а выход Е плеча НРП 4 соединен с сигнальным входом приемника 12 Е (вертикальной) компоненты переизлучений объекта измерения 17. Выход бокового плеча третьего НО3 7 соединен с входом четвертого НО4 8, один выход которого соединен с входом четвертого НО5 9, а второй - с сигнальным входом приемника 13. Выходы НО5 соединены с входами опорных сигналов приемников 11 и 12.

Электрические оси антенн 5 и 6 параллельны и параллельны плоскости вращения объектов и разнесены по одной вертикали так, что антенна 5 облучает только объект измерения 17 или эталонный объект, а антенна 6 облучает только объект опорного сигнала 19.

Работа устройства

Измерение матрицы рассеяния устройством основано на:

- одновременном облучении эталонного объекта и объекта опорного сигнала 19 радиоволнами линейной ортогональной компоненты при одновременном измерении амплитуд переизлучений этими объектами;

- последовательном облучении объекта измерения 17 и опорного сигнала 19 радиоволнами линейных ортогональных компонент с одновременным приемом на каждой поляризации переизлучений ортогональных компонент от объекта измерений и переизлучений одной компоненты от объекта опорного сигнала (объект опорного сигнала не деполяризует облучающие его радиоволны благодаря осевой симметрии).

Фаза переизлучений объекта измерений 17 измеряется по отношению к фазе переизлучений объекта опорного сигнала 19, а фаза переизлучений объекта опорного сигнала 19 измеряется относительно фазы излучений второй антенны 6. Далее в качестве объекта опорного сигнала 19 будем принимать металлический шар как наиболее оптимальную форму объекта опорного сигнала.

Устройство работает следующим образом. В дальней зоне первой 5 и второй 6 антенн, на системе мягкой подвески закрепляют один над другим эталонный и металлический 19 шары. Эталонный шар должен быть тождественен металлическому шару 19. Шары закрепляют на расстояние, необходимое для их раздельного облучения антеннами 5 и 6. После чего производят измерения переизлучений шаров. Для чего с помощью ТП 3 формируют И или Е компоненту излучения первой антенны 5. Одновременно облучают оба шара и с помощью антенн 5 и 6 ими же принимают переотражения шаров и регистрируют амплитуды сигналов в приемниках 13 и 11 или 12. После чего с помощью регулировки усиления усилителей промежуточной частоты приемников калибруют каналы антенн 5 и 6 путем выравнивания амплитуд принятых от шаров переизлучений.

Затем вместо эталонного шара крепят аналогичным образом объект измерения 17 к тросу 15 системы мягкой подвески с помощью строп 16. С помощью строп-оттяжек 18 объект 17 крепят к поворотному устройству 21. Металлический шар 19 крепят стропами 20 к стропам-оттяжкам 18, так чтобы его центр находился на электрической оси второй антенны 6 и оси вращения объекта измерения 17 или смещен менее чем на половину длины волны излучаемых радиоволн.

Затем с помощью ТП 3 последовательно формируют излучения радиоволн с линейной вертикальной Е или горизонтальной Н компоненты излучений. Объект измерения 17 облучают последовательно вертикальной и горизонтальной компонентами радиоволн антенной 5, а металлический шар 19 облучают излучениями антенны 6. После чего включают поворотное устройство 21, первой антенной 5 принимают одновременно ортогональные компоненты переизлучения объекта измерения 17, а второй антенной 6 переизлучения металлического шара 19.

Сигналы генератора 1 через вход и один выход НО2 10 поступают на вход ТП 3. В ТП 3 сигналы произвольной поляризации на его входе преобразуются в сигналы, например, горизонтальной Н компоненты и излучаются антенной 5. Переизлучения объекта измерений 17 через антенну 5, боковые Н и Е плечи НРП 4 поступают на сигнальные входы приемников 11 Н и 12 Е компоненты сигналов, где измеряются, регистрируются и записываются.

Одновременно сигналы генератора 1 через последовательно соединенные второй выход НО1 2, основное плечо НО2 10, основное плечо НО3 7 и антенну 6 излучаются в направлении металлического шара 19, переизлучаются им и через антенну 6, боковое плечо НО3 7 поступают на вход НО4 8. С одного выхода НО4 сигналы поступают на вход НО5 9, а с его выходов на входы опорных сигналов приемников 11 и 12. С другого выхода НО4 8 сигналы поступают на сигнальный вход приемника 13, а с выхода НО2 10 сигналы поступают на вход опорного сигнала приемника 13, где измеряются, регистрируются и записываются.

На вход НО5 9 поступает компонента сигналов переизлучений металлического шара 19, а с его выходов сигналы поступают на входы опорных сигналов приемников 11 и 12 Н и Е компонент. Поэтому приемники 11 и 12 регистрируют амплитуды и фазы ортогональных компонент переизлучения объекта измерения:

Er,х=a·expiφ_xx·Ei,x и Er,y=b·expiφ_xyEi,x

Фазы измеряются относительно фазы переизлучений металлического шара 19.

На сигнальный вход приемника 13 поступают переизлучения металлического шара 19, а на вход опорного сигнала поступает сигнал такой же, как на вход второй антенны 6, поэтому фаза переизлучений шара 19 измеряется относительно фазы этой антенны.

Амплитуда и фаза переизлучений шара 19 регистрируется и записывается приемником 13. При несовпадении центра шара с осью вращения объектов фаза шара будет изменяться по известному - синусоидальному закону и поэтому могут быть скорректированы фазы ортогональных компонент переизлучений объекта измерения.

Записи амплитуды и фазы переизлучений шара 19 позволяют производить одномоментную калибровку амплитуд переизлучений объекта измерения в значениях ЭПР и корректировку фаз ортогональных компонент его переизлучений. Одномоментное измерение объекта измерения и шара исключает погрешности за счет изменения во времени параметров генератора 1 и приемников 11 и 12.

После чего производят измерения на другой компоненте излучения антенны 5, для чего излучения генератора 1 через вход НО1 2 и один выход поступают на вход ТП 3. В ТП 3 излучения произвольной поляризации преобразуются в излучения сигналы вертикальной Е компоненты и излучаются антенной 5. Переизлучения объекта измерения 17 через антенну 5, боковое Е-плечо НРП 4 поступают на сигнальный вход приемника 12 Е компоненты, где измеряются, регистрируются и записываются.

Одновременно сигналы генератора 1 через второй выход НО1 2, основное плечо НО2 10, основное плечо НО 7 и антенну 6 излучаются в направлении шара 19, переизлучаются им и через антенну 6, боковое плечо НО3 поступают на вход НО4 8, а с его выхода на вход НО5 9. С выходов НО5 сигналы поступают на входы опорных сигналов приемников Е 12 и Н 11 компонент. Поэтому на выходе приемников Е и Н компонент регистрируются амплитуды и фазы двух ортогональных компонент переизлучения объекта измерения:

Er,х=c·expiφ_yxEi,y и Er,y=d·expiφ_yy·Ei,y

Фазы ортогональных компонент переизлучений измеряются относительно фазы переизлучений шара 19.

ЭПР объекта измерения 17 рассчитывают по формулам А, Б и В:

A) σ_yy=σ_ш·(Е_yy/Е_ш)²

B) σ_yx=σ_ш·(Е_yx/Е_ш)²

C) σ_xx=σ_ш·(Е_xx/Е_ш)²,

где σ_yy, σ_yx и σ_xx - ЭПР объекта, измеренные при параллельном и ортогональном приеме переизлучения объекта измерения радиоволн в заданном поляризационном базисе;

Е_yy, Е_yx и Е_xx - амплитуды сигналов в приемниках при параллельном и ортогональном приеме переизлучения объекта измерения радиоволн в том же поляризационном базисе;

σ_ш - теорритическое значение ЭПР металлического шара 19;

Е_ш - амплитуда сигналов в приемнике переизлучения металлического шара 19.

Общие признаки изобретения и прототипа

Генератор монохроматических радиоволн, два направленных ответвителя, трансформатор поляризаций, направленный разделитель поляризаций, первая приемопередающая антенна и два приемника.

Выход генератора соединен с входом первого направленного ответвителя, один выход которого соединен последовательно с трансформатором поляризаций, основным плечом направленного разделителя поляризаций и первой антенной. Второй выход первого направленного ответвителя соединен с входом второго направленного ответвителя, боковые плечи направленного разделителя поляризаций соединены с сигнальными входами приемников.

Пример реализации устройства

Генератор 1 выполнен непрерывного, монохроматического излучения длиной волны 3,2 см, мощностью 10 ватт с выходом на прямоугольный волновод 10×23 мм. В качестве такого генератора применен генератор стандартных сигналов ГСС-114. В устройстве все линии передач выполнены на прямоугольных волноводах трехсантиметрового диапазона волн с поперечным сечением 23×10 мм.

Первый 2, четвертый 8 и пятый 9 направленные ответвители выполнены в виде волноводных двойных Т-мостов. Направленные ответвители 7 и 10 выполнены на прямоугольном волноводе с переходным ослаблением 20 дБ и направленностью 30 и 20 дБ соответственно. Боковые плечи всех направленных ответвителей снабжены волноводными нагрузками (авт. св. №559315, Н01Р 1/24), которыми можно компенсировать отражения от антенн до уровня минус 60 дБ. Такая компенсация отражений от антенн обеспечивает развязку излучений антенн и отражений от них до 80-90 дБ.

Трансформатор поляризаций 3 выполнен на волноводе круглого сечения диаметром 20 мм с плоской полуволновой диэлектрической вставкой. Входная секция выполнена на переходе с квадратного сечения волновода на круглое, а выходная - на переходе с круглого сечения на квадратное с размерами 20×20 мм.

Направленный разделитель поляризаций 4 переизлучений объекта измерения на линейные ортогональные компоненты выполнен на квадратном волноводе сечением 20×20 мм с двумя ортогональными боковыми Е и Н плечами из волноводов прямоугольного сечения.

Первая антенна 5 выполнена рупорной, с квадратным поперечным сечением на входе и прямоугольной с размерами апертуры в Е и Н плоскостях соответственно 0,5×0,25 м, ширина диаграммы направленности по первым нулям в Е плоскости 4°, в Н плоскости 8°. Антенна 5 установлена на высоте 8 м от поверхности земли. Эта антенна излучает и принимает волны любой поляризации излучений.

Вторая антенна 6 выполнена рупорной с прямоугольным поперечным сечением на входе и прямоугольной апертурой с размерами в Е и Н плоскостях соответственно 0,5×0,25 м, ширина диаграммы направленности по первым нулям в Е плоскости 4°, в Н плоскости 8°. Антенна 6 установлена на высоте 5 м от поверхности земли. Эта антенна излучает и принимает излучения только вертикальной компоненты.

Опоры 14 системы мягкой подвески имеют высоту 12 м и выполнены из деревянных телеграфных столбов, врытых в землю в дальней зоне антенн 5 и 6. Расстояние одной мачты до антенн равно 17 м, а до другой 20 м, расстояние между мачтами 15 м. На верхушке одной мачты жестко закреплен один конец капронового каната 15, а другой его конец проходит через блок, установленный на верхушке другой мачты, и опускается до лебедки, установленной на земле. С помощью лебедки объекты измерения поднимаются вверх и опускаются. Объект измерения 17 прикрепляется к капроновому канату 15 парашютными стропами 16. Объект опорного сигнала 19 выполнен в виде шара (глобуса из папье-маше) радиусом 10 см с металлизированной алюминиевой фольгой поверхностью. Эталонный шар тождественен шару 19. ЭПР таких шаров 314 кв.см. Шар 19 прикреплен к четырем стропам-оттяжкам 18 четырьмя стропами 20. Центр шара устанавливается на оси вращения объектов, проходящей через центр тяжести объекта измерения 17, при этом возможный его вынос не превышает 5 мм.

В качестве поворотного устройства 21 применена карусель с длиной плеч 1,5 м. Приводом вращения карусели служит синхронный электродвигатель с замедляющим червячным редуктором, обеспечивающим вращение карусели со скоростью пол-оборота в минуту.

Такие параметры устройств установки обеспечивают измерение объектов измерения с максимальной апертурой в Е плоскости 1 м и в Н плоскости 2 м.

В качестве приемников 11, 12 и 13 применены супергетеродинные приемники с амплитудными и фазовыми детекторами и самописцами - амплифазографы (как в прототипе).

Благодаря такому выполнению устройства изобретением достигается технический результат - измерение полной матрицы рассеяния объекта измерения, закрепленного на мягкой подвеске, в линейном поляризационном базисе, и увеличение точности измерения за счет одновременного измерения переизлучений объекта измерения и переизлучений объекта опорного сигнала.

Описание способа измерения матрицы рассеяния

Способ измерения матрицы рассеяния, основанный на последовательном облучении радиоволнами объекта измерений ортогональными компонентами излучений линейного поляризационного базиса, приеме, измерении и регистрации амплитуд и фаз ортогональных компонент переизлучений объекта измерения. Этот способ может быть реализован с помощью предложенного и описанного выше устройства и состоит в следующем.

В дальней зоне двух антенн, первой приемопередающей антенны 5, предназначенной для измерения объекта измерения 17 и эталонного объекта, и второй приемопередающей антенны 6, предназначенной для измерения объекта опорного сигнала 19, размещают один над другим тождественные объект опорного сигнала 19 и эталонный объект на расстоянии друг от друга, необходимом для их раздельного облучения антеннами, и так, что их центры масс лежат на оси вращения объектов или вынесены в поперечном направлении менее чем на половину длины волны когерентных радиоволн одной частоты, излучаемых антеннами.

После чего формируют одну ортогональную компоненту излучений первой антенны линейного поляризационного базиса. Одновременно облучают монохроматическими радиоволнами одной частоты эталонный объект и объект опорного сигнала 19, принимают переотражения этих объектов, измеряют их амплитуды и выравнивают чувствительности каналов первой 5 и второй 6 антенн.

Затем на место эталонного объекта, аналогично ему, закрепляют объект измерения 17. Первой антенной 5 облучают объект измерения 17 одной ортогональной компонентой излучения радиоволн, одновременно второй антенной 6 радиоволнами облучают объект опорного сигнала 19. Второй антенной 6 принимают переизлучения объекта опорного сигнала 19, измеряют их амплитуду и фазу относительно фазы излучений второй антенны 6, а первой антенной 5 принимают ортогональные компоненты переизлучения объекта измерения 17, измеряют и регистрируют амплитуды и фазы ортогональных компонент этих переизлучений в линейном поляризационном базисе с помощью приемников 11 и 12:

Er,x=a·expiφ_xx·Ei,x и Er,y=b·expiφ_xyEi,x

При этом фазы переизлучений объекта измерения 17 измеряют относительно фазы переизлучений объекта опорного сигнала 19.

После чего первой антенной 5 облучают объект измерения 17 другой ортогональной компоненты излучения радиоволн, одновременно второй антенной 6 облучают объект опорного сигнала 19. Второй антенной 6 принимают переизлучения объекта опорного сигнала 19, измеряют и регистрируют амплитуду и фазу относительно фазы излучений второй антенны 6. Первой антенной 5 принимают переизлучения объекта измерения 17, измеряют и регистрируют амплитуды и фазы ортогональных компонент этих переизлучений в линейном поляризационном базисе с помощью приемников 11 и 12:

Er,x=c·expiφ_yxEi,y и Er,у=d·expiφ_yy·Ei,y

Фазы переизлучений объекта измерений 17 измеряют относительно фазы переизлучений объекта опорного сигнала 19.

ЭПР объекта измерения в линейном поляризационном базисе рассчитывают по формулам А, Б и В:

A) σ_yy=σ_ш·(Е_yy/Е_ш)²

B) σ_yx=σ_ш·(Е_yx/Е_ш)²

C) σ_xx=σ_ш·(Е_xx/Е_ш)²,

где σ_yy, σ_yx и σ_xx - ЭПР объекта, измеренные при параллельном и ортогональном приеме переизлучения объекта измерения радиоволн в линейном поляризационном базисе;

σ_ш - теоретическое значение ЭПР эталонного объекта и объекта опорного сигнала;

Е_ш - амплитуда сигналов в приемнике переизлучения объекта опорного сигнала.

Пример реализации способа измерения матрицы рассеяния описан выше в способе работы устройства для измерения матрицы рассеяния.

Способ измерения позволяет производить измерение полной матрицы рассеяния объекта измерения, закрепленного на мягкой подвеске в линейном поляризационном базисе, и уменьшает погрешности измерения за счет одновременного измерения переизлучений объекта измерения и переизлучений объекта опорного сигнала.

Общие признаки изобретения (способа) и прототипа

Облучение радиоволнами объекта измерения ортогональными составляющими излучений в линейном поляризационном базисе, прием, измерение и регистрация амплитуд и фаз ортогональных компонент переизлучений объекта измерения в линейном поляризационном базисе.

Claims

1. Способ измерения матрицы рассеяния, основанный на последовательном облучении радиоволнами объекта измерений ортогональными линейными компонентами излучений, приеме, измерении и регистрации амплитуд и фаз ортогональных компонент переизлучений объекта измерения, отличающийся тем, что в дальней зоне двух антенн, первой приемопередающей антенны, предназначенной для измерения объекта измерения и эталонного объекта, и второй приемопередающей антенны, предназначенной для измерения объекта опорного сигнала, размещают два тождественных объекта: объект опорного сигнала и эталонный объект один над другим на расстоянии друг от друга, необходимом для их раздельного облучения антеннами, и так, что их центры масс лежат на оси вращения объектов или вынесены в поперечном направлении менее чем на половину длины волны излучаемых антеннами, после чего одновременно облучают монохроматическими радиоволнами одной частоты эталонный объект первой антенной, а объект опорного сигнала второй антенной, одновременно принимают переизлучения этих объектов соответствующими антеннами, измеряют их амплитуды и уравнивают чувствительности каналов первой и второй антенн, затем на место эталонного объекта, аналогично ему, закрепляют объект измерения, после чего первой антенной облучают объект измерения одной линейной ортогональной компонентой излучения радиоволн, одновременно второй антенной, радиоволнами облучают объект опорного сигнала, и принимают этой же антенной переизлучения объекта опорного сигнала, измеряют их амплитуду и фазу относительно фазы излучений второй антенны, а первой антенной принимают две ортогональные компоненты переизлучений объекта измерения, измеряют и регистрируют амплитуды и фазы этих компонент, при этом фазы переизлучений объекта измерения измеряют относительно фазы переизлучений объекта опорного сигнала, после чего первой антенной облучают объект измерения другой ортогональной компонентой излучения радиоволн, одновременно второй антенной облучают объект опорного сигнала, принимают переизлучения объекта опорного сигнала той же антенной, измеряют и регистрируют амплитуду и фазу относительно фазы излучений второй антенны, первой антенной принимают переизлучения объекта измерения, измеряют и регистрируют амплитуды и фазы ортогональных компонент этих переизлучений, фазы переизлучений объекта измерений измеряют относительно фазы переизлучений объекта опорного сигнала.

2. Устройство измерения матрицы рассеяния, содержащее генератор монохроматических радиоволн, два направленных ответвителя, трансформатор поляризаций, направленный разделитель поляризаций, первую приемопередающую антенну для измерения объекта измерения, два приемника, причем выход генератора соединен с входом первого направленного ответвителя, один выход которого соединен последовательно с трансформатором поляризаций, основным плечом направленного разделителя поляризаций и первой антенной, второй выход первого направленного ответвителя соединен с входом второго направленного ответвителя, боковые плечи направленного разделителя поляризаций соединены с сигнальными входами приемников, отличающееся тем, что введены три направленных ответвителя, третий приемник, вторая приемопередающая антенна, объект измерения, эталонный объект, который измеряется первой антенной, объект опорного сигнала, система мягкой подвески объектов, причем один выход второго направленного ответвителя соединен с входом третьего направленного ответвителя, выход которого соединен с входом четвертого направленного ответвителя, а второй его выход соединен с второй антенной, выходы четвертого направленного ответвителя соединены с входом пятого направленного ответвителя и с сигнальным входом третьего приемника, вход опорного сигнала которого соединен с выходом второго направленного ответвителя, выходы пятого направленного ответвителя соединены с входами опорного сигнала первого и второго приемников, причем система мягкой подвески содержит опоры, закрепленные на земле в дальней зоне антенн, вне диаграмм их направленности, устройство вращения объектов, установленное на земле между опор, несущий трос закреплен на верхних концах опор, стропы крепления объекта измерения или эталонного объекта, один конец которых закреплен на несущем тросе, а другой на объекте измерения или эталонном объекте, стропы-оттяжки вращения объектов, один конец которых закреплен на объекте измерения или эталонном объекте, а другой на плечах устройства вращения объектов, стропы крепления объекта опорного сигнала, один конец которых закреплен на объекте опорного сигнала, а другой - на стропах-растяжках.