RU2510042C2

RU2510042C2 - Radar stand for measuring amplitude diagram of scattering cross-section of objects

Info

Publication number: RU2510042C2
Application number: RU2012114046/07A
Authority: RU
Inventors: Виктор Вячеславович Беляев; Виталий Викторович Беляев
Priority date: 2012-04-10
Filing date: 2012-04-10
Publication date: 2014-03-20
Also published as: RU2012114046A

Abstract

FIELD: radio engineering, communication.

SUBSTANCE: radar stand comprises series-connected receiver, computer, pulse transmitter, antenna switch and antenna, wherein the second output of the antenna switch is connected to the input of the receiver, as well as a rotating device with a support, the measured object and a control panel, which is connected by the first, second and third outputs to the second input of the transmitter, the input of the rotating device and the second input of the computer, respectively, the computer also being connected by the third input to the output of the rotating device, and also having, on the underlying surface at the centre of the first zone of a Fresnel antenna, a reflecting device whose width is selected not less than the shorter axis of ellipse of the first zone of the Fresnel antenna, and the height is defined by the formula H_e=axH₀/(a+R-R_e), where a is the longer semi-axis of ellipse of the first zone of the Fresnel antenna, H₀ is the height of position of the measured object over the underlying surface, R is the distance between the antenna and the measured object, R_e is the distance between the antenna and the reflecting device; the support is also capable of moving in the vertical plane.

EFFECT: high accuracy of measuring the amplitude diagram of the scattering cross-section of objects.

1 dwg

Description

Изобретение относится к радиолокации, в частности, к радиолокационным измерениям амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния (ЭПР) объектов и может быть использовано на открытых радиоизмерительных полигонах.The invention relates to radar, in particular, to radar measurements of the amplitude diagram of the effective scattering area (EPR) of objects and can be used on open radio measuring ranges.

Известна импульсная измерительная установка [Е.Н. Майзельс, В.А. Торгованов. Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей. - М. - Советское радио. - 1972, - с.166], содержащая импульсный передатчик, передающую антенну, приемную антенну, приемник, пульт управления, угломерное устройство, поворотное устройство, опору, рассеиватель и регистрирующее устройство.Known pulse measuring installation [E.N. Meisels, V.A. Merchants. Measuring the dispersion characteristics of radar targets. - M. - Soviet radio. - 1972, - p.166], containing a pulse transmitter, a transmitting antenna, a receiving antenna, a receiver, a control panel, a goniometer, a rotary device, a support, a diffuser and a recording device.

Недостатком известного устройства является низкая точность измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов, которая обусловлена влиянием зеркально отраженного облучающего сигнала от подстилающей поверхности на формирование амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в рабочем объеме (области измеряемого объекта) измерительной установки.A disadvantage of the known device is the low accuracy of measuring the amplitude diagram of the EPR of objects, which is due to the influence of a specularly reflected irradiating signal from the underlying surface on the formation of the amplitude-phase distribution of the electromagnetic field in the working volume (region of the measured object) of the measuring installation.

Наиболее близким по технической сущности является комплекс для измерения радиолокационного поперечного сечения целей [Марлоу, Ватсон и Ван-Хозер. Комплекс RAT SCAT для измерения радиолокационного поперечного сечения целей. ТИИЭР, 1965, т.53, №8, стр.1085].The closest in technical essence is a complex for measuring radar cross-section of targets [Marlow, Watson and Van Hozer. RAT SCAT complex for measuring radar cross-section of targets. TIIER, 1965, t. 53, No. 8, p. 1085].

Комплекс содержит последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен со входом приемника, а также поворотное устройство с опорой, измеряемый объект и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя, соответственно, кроме того вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства.The complex contains a series-connected receiver, calculator, pulse transmitter, antenna switch and antenna, while the second output of the antenna switch is connected to the input of the receiver, as well as a rotary device with a support, a measured object and a control panel, which is connected by the first, second and third outputs to the second the transmitter input, the input of the rotary device and the second input of the calculator, respectively, in addition, the computer is connected to the output of the rotary device by the third input.

При проведении измерений данный комплекс не обеспечивает устранение влияния зеркально отраженного облучающего сигнала от подстилающей поверхности на формирование амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме комплекса, что обусловливает низкую точность измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов.When conducting measurements, this complex does not provide for eliminating the influence of a specularly reflected irradiating signal from the underlying surface on the formation of the amplitude-phase distribution of the electromagnetic field in the measuring volume of the complex, which leads to low accuracy in measuring the amplitude diagram of the EPR of objects.

Технической задачей данного изобретения является повышение точности измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов за счет существенного снижения влияния зеркально отраженного от подстилающей поверхности облучающего сигнала на результаты измерений.The technical task of this invention is to improve the accuracy of measuring the amplitude diagram of the EPR of objects by significantly reducing the influence of the irradiation signal reflected from the underlying surface on the measurement results.

Указанный технический результат достигается за счет того, что в известное устройство, содержащее последовательно соединенные приемник, вычислитель, импульсный передатчик, антенный переключатель и антенну, при этом второй выход антенного переключателя соединен со входом приемника, а также поворотное устройство с опорой, измеряемый объект и пульт управления, который первым, вторым и третьим выходами соединен со вторым входом передатчика, входом поворотного устройства и вторым входом вычислителя, соответственно, кроме того, вычислитель третьим входом соединен с выходом поворотного устройства, введено устанавливаемое на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э=а×Н_о/(а+R-R_э), где а - большая полуось эллипса первой зоны Френеля антенны, Н_о - высота размещения измеряемого объекта над подстилающей поверхностью, R - расстояние между антенной и измеряемым объектом, R_э - расстояние между антенной и отражательным устройством, кроме того, опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, при этом изменение высоты поднятия измеряемого объекта определяется из условия практического исключения влияния дифракции облучающего сигнала на краях отражательного устройства на результирующее амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля в измерительном объеме стенда.The specified technical result is achieved due to the fact that in the known device containing a series-connected receiver, calculator, pulse transmitter, antenna switch and antenna, while the second output of the antenna switch is connected to the input of the receiver, as well as a rotary device with a support, a measured object and a remote control control, which the first, second and third outputs are connected to the second input of the transmitter, the input of the rotary device and the second input of the calculator, respectively, in addition, the calculator retim input connected to the output rotary device introduced installed on the underlying surface in the center of the first Fresnel antenna reflector unit area whose width is chosen not less than the minor axis of the antenna Fresnel first zone of the ellipse, and the height is determined by the formula H _e = a × H _o / (a _e + RR) where a - major semiaxis of the ellipse of the first Fresnel zone of the antenna, H _o - placing the measured object height above the underlying surface, R - distance between the antenna and the object to be measured, R _e - the distance between the antenna and the reflection ustro stvom furthermore, the support is movable in a vertical plane, the elevation height variation of the measured object is determined by the condition of practical eliminate the influence of diffraction of the illuminating signal for the reflective devices on the edges of the resultant amplitude-phase distribution of the electromagnetic field in the measuring volume of the stand.

Сущность изобретения заключается в следующем. Известно [Захарьев Л.Н., Леманский А.А., Турчин В.И., Цейтлин Н.М., Щеглов К.С. Методы измерения характеристик антенн СВЧ. - М.: Радио и связь, 1984, стр.8], что для проведения измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов с высокой точностью необходимо, чтобы объект облучался электромагнитным полем с равномерным амплитудно-фазовым распределением по поверхности объекта. Такое распределение достигается при удалении измеряемого объекта от фазового центра антенны на расстоянии не ближе «дальней зоны» ( $R \geq \frac{2 Д^{2}}{λ}$

, где Д - максимальный размер объекта, λ - длина облучающей волны). Однако на приземных трассах в силу многолучевого характера распространения радиоволн, результирующее амплитудно-фазовое распределение электромагнитного поля в измерительном объеме стенда определяется интерференцией прямого и зеркально отраженного от подстилающей поверхности лучей. В изобретении достигается повышение точности измерений за счет существенного уменьшения уровня зеркального отражения облучающего сигнала от подстилающей поверхности. В основном это достигается при помощи размещения отражательного устройства на пути распространения зеркально отраженного сигнала от подстилающей поверхности. Отражательное устройство может быть выполнено в виде металлической прямоугольной пластины заданных размеров с приспособлением для установки на подстилающей поверхности. Однако, в результате дифракции облучающего электромагнитного поля на краях отражательного устройства появляется новая помеховая составляющая. Для снижения влияния этой составляющей опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости, что обеспечивает выбор необходимой высоты размещения измеряемого объекта над подстилающей поверхностью. Эта высота определяется с использованием изотропного рассеивателя, установленного на опору (на место измеряемого объекта), путем изменения его высоты, находят максимальное и минимальное значения ЭПР изотропного рассеивателя. Максимальное значение ЭПР достигается при синфазном сложении в измерительном объеме стенда прямого и дифракционного лучей, а минимальное при их противофазном сложении. Искомое значение высоты соответствует усредненной сумме максимального и минимального значения ЭПР изотропного рассеивателя.The invention consists in the following. It is known [Zakharyev L.N., Lemansky A.A., Turchin V.I., Tseitlin N.M., Scheglov K.S. Methods for measuring the characteristics of microwave antennas. - M .: Radio and communications, 1984, p. 8], that to measure the amplitude diagram of the EPR of objects with high accuracy, it is necessary that the object is irradiated with an electromagnetic field with a uniform amplitude-phase distribution over the surface of the object. This distribution is achieved when the measured object is removed from the phase center of the antenna at a distance no closer than the “far zone” (

R \geq \frac{2 D^{2}}{λ}

where D is the maximum size of the object, λ is the length of the irradiating wave). However, on surface paths, due to the multipath nature of the propagation of radio waves, the resulting amplitude-phase distribution of the electromagnetic field in the measuring volume of the stand is determined by the interference of the direct and specularly reflected rays from the underlying surface. The invention improves the accuracy of measurements by significantly reducing the level of specular reflection of the irradiating signal from the underlying surface. This is mainly achieved by placing a reflective device in the path of propagation of a specularly reflected signal from the underlying surface. The reflective device can be made in the form of a metal rectangular plate of predetermined dimensions with a device for installation on the underlying surface. However, as a result of diffraction of the irradiating electromagnetic field, a new interfering component appears at the edges of the reflective device. To reduce the influence of this component, the support is made with the ability to move in a vertical plane, which ensures the selection of the required height of the measured object above the underlying surface. This height is determined using an isotropic diffuser mounted on a support (in place of the measured object), by changing its height, the maximum and minimum EPR values of the isotropic diffuser are found. The maximum EPR value is achieved with in-phase addition in the measuring volume of the stand of direct and diffraction rays, and the minimum with their antiphase addition. The desired height value corresponds to the averaged sum of the maximum and minimum EPR values of the isotropic diffuser.

На фигуре представлена схема проведения измерения с помощью предлагаемого устройства, где изображены антенна - 1, которая установлена на высоту Н_А над подстилающей поверхностью; поворотное устройство - 2, размещенное в «дальней зоне» на расстоянии R от фазового центра антенны - 1; опора - 3, которая выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости и установлена в центре поворотного устройства - 2; измеряемый объект - 4, который размещен на опоре - 3 на высоте Н_о над подстилающей поверхностью; отражательное устройство - 5 с высотой Н_э, которое размещено на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны - 6 на расстоянии R_o от фазового центра антенны; кроме того, схематично изображена геометрия хода лучей, по которым распространяется энергия облучающего поля: А - прямого, Б - зеркально отраженного от подстилающей поверхности и В - дифрагирующего на краях отражательного устройства, которые влияют на формирование результирующего амплитудно-фазового распределения электромагнитного поля в измерительном объеме стенда.The figure shows a diagram of a measurement using the proposed device, which shows the antenna - 1, which is mounted at a height of N _And above the underlying surface; a rotary device - 2, located in the "far zone" at a distance R from the phase center of the antenna - 1; support - 3, which is made with the possibility of movement in a vertical plane and installed in the center of the rotary device - 2; the measured object - 4, which is placed on the support - 3 at a height of H _about above the underlying surface; a reflecting device - 5 with a height of N _e , which is placed on the underlying surface in the center of the first Fresnel zone of the antenna - 6 at a distance of R _o from the phase center of the antenna; In addition, the geometry of the path of rays along which the energy of the irradiating field is distributed is schematically shown: A — direct, B — specularly reflected from the underlying surface and B — reflective device diffracting at the edges, which affect the formation of the resulting amplitude-phase distribution of the electromagnetic field in the measuring volume stand.

Работа предлагаемого радиолокационного стенда для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов ничем не отличается от работы прототипа. Отличие заключается в предварительной подготовке стенда к проведению измерений. На основе простых геометрических построений [А.Б. Шмелев. Влияние подстилающей поверхности на работу наземных антенных систем. Радиотехника, №10, 1998, стр.105-110] определяют положение и размеры первой зоны Френеля антенны на подстилающей поверхности с учетом длины волны сигнала, высоты антенны H_A стенда и измеряемого объекта Н_о, а также расстояния от фазового центра антенны стенда до измеряемого объекта R. Далее в центре первой зоны Френеля антенны размещают отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э=а×Н_о/(а+R-R_э). После этого выбирают высоту размещения измеряемого объекта, при которой практически исключается влияние дифракции облучающего сигнала на краях отражательного устройства, на результаты измерений. Включают стенд и с использованием изотропного рассеивателя, установленного на опору (на место измеряемого объекта), изменяя его высоту, определяют максимальное и минимальное значения ЭПР изотропного рассеивателя. Искомое значение высоты соответствует усредненной сумме максимального и минимального значения ЭПР изотропного рассеивателя.The work of the proposed radar stand for measuring the amplitude diagram of the effective scattering area of objects is no different from the work of the prototype. The difference lies in the preliminary preparation of the stand for measurements. Based on simple geometric constructions [A.B. Shmelev. The influence of the underlying surface on the operation of terrestrial antenna systems. Radio engineering, No. 10, 1998, pp. 105-110] determine the position and dimensions of the first Fresnel zone of the antenna on the underlying surface, taking into account the wavelength of the signal, the height of the antenna H _{A of the} stand and the measured object N _o , as well as the distance from the phase center of the antenna of the stand to of the measured object R. Then, in the center of the first Fresnel zone of the antenna, a reflective device is placed, the width of which is chosen not less than the small axis of the ellipse of the first Fresnel zone of the antenna, and the height is determined by the formula H _e = a × H _o / (a + RR _e ). After that, the height of the measured object is chosen, at which the influence of diffraction of the irradiating signal at the edges of the reflecting device on the measurement results is practically eliminated. Turn on the stand and using an isotropic diffuser mounted on a support (in place of the measured object), changing its height, determine the maximum and minimum EPR values of the isotropic diffuser. The desired height value corresponds to the averaged sum of the maximum and minimum EPR values of the isotropic diffuser.

Проведенный анализ уровня техники позволяет установить, что заявляемое устройство, характеризующееся совокупностью признаков, идентичных всем признакам, содержащимся в предложенной заявителем формуле изобретения, отсутствует, что указывает на соответствие заявляемого изобретения критерию «новизна».The analysis of the prior art allows us to establish that the inventive device, characterized by a combination of features identical to all the features contained in the claims proposed by the applicant, is absent, which indicates compliance of the claimed invention with the criterion of "novelty".

Результаты поиска известных решений в данной и смежных областях техники с целью выявления признаков, совпадающих с отличными признаками заявляемого устройства, показали, что в общедоступных источниках информации не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками, а именно дополнительное введение устанавливаемого на подстилающей поверхности в центре первой зоны Френеля антенны отражательное устройство, ширину которого выбирают не менее малой оси эллипса первой зоны Френеля антенны, а высоту определяют по формуле Н_э=а×Н_о/(а+R-R_э), кроме того, опора выполнена с возможностью перемещения в вертикальной плоскости.The search results for known solutions in this and related fields of technology in order to identify signs that match the excellent features of the claimed device showed that no solutions having signs matching its distinctive features were revealed in public sources of information, namely, an additional introduction to be installed on the underlying surface in the center of the first Fresnel zone of the antenna is a reflective device, the width of which is chosen not less than the minor axis of the ellipse of the first Fresnel zone of the antenna, and the height is determined by the formula N _e = a × N _o / (a + RR _e ), in addition, the support is made with the possibility of movement in the vertical plane.

Из уровня техники также не подтверждена известность влияния отличительных признаков заявляемого устройства на поставленную техническую задачу - повышение точности измерений амплитудной диаграммы ЭПР объектов за счет существенного снижения влияния зеркально отраженного от подстилающей поверхности облучающего сигнала на результаты измерений, следовательно, заявленное изобретение соответствует условию «изобретательский уровень».The prior art also does not confirm the popularity of the influence of the distinctive features of the claimed device on the technical task - improving the accuracy of measuring the amplitude diagram of the EPR of objects due to a significant reduction in the effect of the irradiation signal reflected from the underlying surface on the measurement results, therefore, the claimed invention meets the condition of "inventive step" .

Изобретение «Радиолокационный стенд для измерения амплитудной диаграммы эффективной площади рассеяния объектов» промышленно применимо, так как совокупность характеризующих его признаков обеспечивает возможность его осуществления, работоспособность и воспроизводимость для измерения амплитудной диаграммы ЭПР объектов на радиоизмерительных полигонах, так как для реализации заявленного устройства могут быть использованы известные материалы и оборудование.The invention "Radar stand for measuring the amplitude diagram of the effective scattering area of objects" is industrially applicable, since the set of characteristics characterizing it provides the possibility of its implementation, operability and reproducibility for measuring the amplitude diagram of the EPR of objects at radio measuring ranges, since known devices can be used to implement the claimed device materials and equipment.

Claims

A radar stand for measuring the amplitude diagram of the effective scattering area of objects, comprising a receiver, calculator, pulse transmitter, antenna switch and antenna connected in series, while the second output of the antenna switch is connected to the input of the receiver, as well as a rotary device with a support and a measured object placed on a support, and a control panel, which is connected to the second input of the transmitter, the input of the rotary device and the second input of the calculator by the first, second and third outputs, Accordingly, in addition, the third input computer is connected to the output of the rotary device, characterized in that a reflective device mounted on the underlying surface in the center of the first Fresnel zone of the antenna is inserted, the width of which is chosen not less than the small axis of the ellipse of the first Fresnel antenna zone, and the height is determined according to the formula N _e = a × N _o / (a + RR _e ), where a is the semimajor axis of the ellipse of the first Fresnel zone of the antenna, N _o is the height of the measured object above the underlying surface, R is the distance between the antenna and the object, R _e - the distance between the antenna and the reflective device, in addition, the support is made with the possibility of movement in a vertical plane.