一种基于多工器的宽频带rcs测试方法
【专利摘要】本发明提供一种基于多工器的宽频带RCS测试方法，在RCS测试系统中，多工器就是通过一路输入，多路输出的方式来代替传统的手动更换天线的方式，再配合测试转台旋转最终完成待测目标的RCS测试。采用上述方案，不改变现有测试软件、处理算法和处理流程的前提下，实现更宽的频率范围覆盖，一次扫频即可完成多个频段的测试，能有效解决传统RCS测试效率低下的问题。
【专利说明】一种基于多工器的宽频带RCS测试方法
【技术领域】
[0001]本发明属于宽频带RCS测试【技术领域】，尤其涉及的是一种基于多工器的宽频带RCS测试方法。
【背景技术】
[0002]目标的雷达散射截面(RCS)特性通常是一个宽频带指标，因此需要在很宽的频率范围下测试目标的RCS值。
[0003]对于目标的RCS特性测试，从硬件系统上来说，其原理框图如图1所示，主要由主控计算机10、矢量网络分析仪12、测试转台18及其转台控制器11、接收天线15、发射天线14和低散射支架17等部分组成，各部分通过协调配合共同完成测试工作。以远场测试为例介绍系统的具体测试过程为:首先将收发天线架设在天线支架13上，将待测目标16或校准用金属球放置在远处转台18上面的低散射支架17上；首先对系统进行RCS校准，先在转台的低散射支架17上固定RCS特性已知的标准金属球，主控计算机10通过LAN总线控制矢量网络分析仪12，在其控制下，矢量网络分析仪12产生连续波激励信号，通过发射天线14辐射出去，照射到金属球16，反射回来的信号由接收天线15接收后送入矢量网络分析仪12接收端口中，矢量网络分析仪12对接收到的信号进行处理，主控计算机10通过LAN总线从矢量网络分析仪12中获取原始测试数据，从而得到一组数据作为频响项，再将标准金属球除去、测量背景信号作为隔离项，完成系统校准。再将被测目标16固定到低散射支架17上，通过控制转台18的旋转就可以得到被测目标的不同方向的RCS特性。
[0004]目标的雷达散射截面(RCS)特性通常是一个宽频带指标，因此需要在很宽的频率范围下测试目标的RCS值。由于通常采用标准喇叭天线作为收发天线，而天线的频率范围有限，因此在测试过程中为了覆盖很宽的频段就需要不断更换不同频段的收发天线再分别进行测试，并将测试结果合并，最终得到目标很宽频率范围下的RCS特性。对于这种常规测试方法，由于需要多次更换收发天线并进行多次测试才能得到完整的结果，因此测试周期较长、效率较低。为提高测量速度，降低测试时间，本方案拟采取多工器配合多组天线实现宽频段范围内快速RCS测试的方案，该技术可以提供一条降低总测试时间的途径，从而提高测试效率。
[0005]对于基于常规的宽带RCS测试方法，其测试步骤为系统开机预热、测量参数设置、背景测试、校准球测试、待测目标测试、数据处理、频段2测试、频段η测试。
[0006]通过分析国内外参考文献和类似技术，RCS测试多采用单通道测试方法。对于单通道RCS测试方法，由于收发天线大多采用标准增益喇叭天线，为了增加系统测量动态范围，一般需要采用大增益天线，这就使得所用收发天线频段较窄，在进行宽频带RCS测试时，需要经常更换收发天线，导致测试时间较长，且在更换天线的过程中易引起重复性连接误差。
[0007]因此，现有技术存在缺陷，需要改进。
【发明内容】
[0008]本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的不足，提供一种基于多工器的宽频带RCS测试方法。
[0009]本发明的技术方案如下:一种基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，包括以下步骤:
[0010]步骤1:设置测试系统，所述测试系统由系统控制单元、信号产生与处理单元、方位控制单元、通道选择单元、天线阵列单元、被测目标组成；
[0011]步骤2:在系统控制单元的控制下，信号产生与处理单元输出一定频率范围的激励信号，激励信号首先进入通道选择单元中多工器I的公共端口 COM端口，经过通道选择单元中的不同频段滤波器，激励信号的频率范围只与其中某一个滤波器的i波段对应，对应的天线阵列单元中发射天线i会辐射电磁波；电磁波经空间传输到达被测目标区域，电磁波遇到被测目标后部分能量被反射，反射信号经空间传输由天线阵列单元接收，通道选择单元中多工器2中的滤波器i的频率范围与反射信号一致，接收天线i收到的反射信号能够通过多工器2传输到矢量网络分析仪，以完成一次测量和数据采集；
[0012]步骤3:主控计算机通过总线控制方位控制单元中测试转台进行方位旋转，转台每转动一个步进角度输出一个同步脉冲，触发矢量网络分析仪完成一次测量，最终得到目标各个角度的完整的RCS数据。
[0013]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述系统控制单元为主控计算机，用于实现测试系统的自动控制。
[0014]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，用于实现激励信号的产生及接收信号的处理。
[0015]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，用于实现远程控制转台进行方位旋转，以实现被测目标的方位改变。
[0016]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述通道选择单元由发射通道的多工器I和接收通道的多工器2组成，所述多工器I及所述多工器2包含多路通道，以及多个波段的滤波器，滤波器的工作频段与测试天线的工作频率相对应。
[0017]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述天线阵列单元包括发射天线阵列和接收天线阵列，两个阵列由两组相同的高增益喇叭天线构成，所述发射天线阵列包含η个发射天线,所述接收天线阵列包含η个,其中,所述一个发射天线与一个接收天线相对应。
[0018]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述被测目标包括校准球和待测目标。
[0019]采用上述方案，不改变现有测试软件、处理算法和处理流程的前提下，实现更宽的频率范围覆盖，一次扫频即可完成多个频段的测试，能有效解决传统RCS测试效率低下的问题。
【专利附图】
【附图说明】
[0020]图1为现有技术中RCS测试原理框图。
[0021]图2为本发明RCS测试方法实现框图。
[0022]图3为本发明RCS测试流程图。
[0023]图4为本发明多工器原理框图。
【具体实施方式】
[0024]以下结合附图和具体实施例，对本发明进行详细说明。
[0025]实施例1
[0026]本发明提供一种基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，包括以下步骤:
[0027]步骤1:设置测试系统，所述测试系统由系统控制单元、信号产生与处理单元、方位控制单元、通道选择单元、天线阵列单元、被测目标组成；
[0028]步骤2:在系统控制单元的控制下，信号产生与处理单元输出一定频率范围的激励信号，激励信号首先进入通道选择单元中多工器I的公共端口 COM端口，经过通道选择单元中的不同频段滤波器，激励信号的频率范围只与其中某一个滤波器的i波段对应，对应的天线阵列单元中发射天线i会辐射电磁波；电磁波经空间传输到达被测目标区域，电磁波遇到被测目标后部分能量被反射，反射信号经空间传输由天线阵列单元接收，通道选择单元中多工器2中的滤波器i的频率范围与反射信号一致，接收天线i收到的反射信号能够通过多工器2传输到矢量网络分析仪，以完成一次测量和数据采集；
[0029]步骤3:主控计算机通过总线控制方位控制单元中测试转台进行方位旋转，转台每转动一个步进角度输出一个同步脉冲，触发矢量网络分析仪完成一次测量，最终得到目标各个角度的完整的RCS数据。
[0030]上述中，所述系统控制单元为主控计算机，用于实现测试系统的自动控制。
[0031]上述中，所述信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，用于实现激励信号的产生及接收信号的处理。
[0032]上述中，所述方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，用于实现远程控制转台进行方位旋转，以实现被测目标的方位改变。
[0033]上述中，所述通道选择单元由发射通道的多工器I和接收通道的多工器2组成，所述多工器I及所述多工器2包含多路通道，以及多个波段的滤波器，滤波器的工作频段与测试天线的工作频率相对应。
[0034]上述中，所述天线阵列单元包括发射天线阵列和接收天线阵列，两个阵列由两组相同的高增益喇机天线构成，所述发射天线阵列包含η个发射天线,所述接收天线阵列包含η个,其中,所述一个发射天线与一个接收天线相对应。
[0035]所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其中，所述被测目标包括校准球和待测目标。
[0036]实施例2
[0037]在上述实施例的基础上，本发明的目的是通过公开一种基于多工器的宽频带RCS测试方法，通过优化通道选择处理方法，对宽频带RCS测试提供更简洁的硬件连接方式，最终达到最大限度减小重复性手动工作，提高测量速度和测试精度的目的。
[0038]本发明提出的基于多工器的宽频带RCS测试方法的实现原理如图2所示。基于该方法的测试系统由I系统控制单元、2信号产生与处理单元、3方位控制单元、4通道选择单元、5天线阵列单元、6被测目标组成。
[0039]I系统控制单元由主控计算机和系统软件组成，实现整个系统的自动控制。
[0040]2信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，可实现激励信号的产生及接收信号的处理。
[0041]3方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，系统软件可程控控制转台进行方位旋转，从而实现被测目标的方位改变。
[0042]4通道选择单元由发射通道的多工器I和接收通道的多工器2组成。多工器包含多路通道，以及多个波段的滤波器，滤波器的工作频段与测试天线的工作频率相对应。
[0043]5天线阵列单元包括发射天线阵列和接收天线阵列，两个阵列由两组相同的高增益喇叭天线构成。如图2所示，发射天线阵列包含发射天线1、发射天线2……发射天线n，接收天线阵列包含接收天线1、接收天线2……接收天线n，其中，发射天线I与接收天线I相同，发射天线η与接收天线η对应。
[0044]6被测目标包括校准球和待测目标。
[0045]本发明与图1所示方案的主要区别在于多频段或者说多通道测试的实现方式不同。本发明实现了多通道的自动选择，实现了多频段测试的自动切换，测试原理如下:
[0046]在系统控制单元的控制下，矢量网络分析仪输出一定频率范围的激励信号，激励信号首先进入多工器I的公共端口 C0M，C0M端口后连接不同频段的滤波器1、滤波器2……滤波器n，激励信号的频率范围只与其中某一个滤波器(比如第i个)的波段对应，因此多工器I只有第i个通道输出信号，对应的只有发射天线i会辐射电磁波；电磁波经空间传输到达被测目标区域，电磁波遇到被测目标后部分能量被反射，反射信号经空间传输由5天线阵列单元接收，多工器2中的滤波器i的频率范围与反射信号一致，所以只有接收天线i收到的反射信号能够通过多工器2传输到矢量网络分析仪，从而完成一次测量和数据采集。主控计算机通过总线控制测试转台进行方位旋转，转台每转动一个步进角度输出一个同步脉冲，触发矢量网络分析仪完成一次测量，最终得到目标各个角度的完整的RCS数据。
[0047]利用本发明提出的测试方法，可优化宽频带RCS测试的流程，如图3所示。
[0048]步骤I为保证测试仪器的准确度，首先需要对测试仪器进行预热，一般为半小时；
[0049]步骤2设置的测试所需参数，包括需要测试的若干个频段，测试转台的速度及测量步进角度；
[0050]步骤3在不放置任何物体时，测试多频段背景噪声电平。
[0051]步骤4在低散射支架17上放置RCS值已知(经过严格定标已经确定其RCS值，或者是可以经理论计算或仿真得出其精确RCS值)的标准金属球16，测试此时的背景电平；
[0052]步骤5在低散射支架17上放置待测目标，测试此时的背景电平；
[0053]步骤6针对3、4、5过程中测得的各个频段的三组数据进行计算和分析，最终求得待测目标在宽频带的RCS特性。
[0054]进一步而言，本发明公开了一种基于多工器的宽频带RCS测试方法。在RCS测试系统中，多工器就是通过一路输入，多路输出的方式来代替传统的手动更换天线的方式，再配合测试转台旋转最终完成待测目标的RCS测试。在该系统中，通过引入多工器，使得不同频段的天线与矢量网络分析仪一次连接，减少了测试连接带来的误差，降低了测试时间，提高了测试精度。
[0055]对本发明，其技术方案中多工器是项目设计的重点，如何设计多通路、高隔离的多工器是研制的关键所在，多工器原理图如图4所示。
[0056]综上所述，在采用基于多工器的宽频带RCS测试方法的基础上，通过一次性架设天线，天线传输信号经多工器选择相应的通路，以此实现降低测试时间、提高测试精度。
[0057]本发明的有益效果为:
[0058](I)测试速度快:由于采用了多工器的模式，使得矢量网络分析仪和收发天线之间一次连接，减少反复拆换天线，从而减少了总通讯时间，提高了效率。
[0059](2)多工器多通路之间隔离高:配合天线频段，在多工器内部需设计多个相应频段的滤波器，以满足通道选择功能，通道之间需要很高的隔离才能降低不同通路之间的串扰，提高测试精度。
[0060]本发明具有更优化的测试流程，能提供更简单的测试手段和更快的测试速度，在宽频带RCS测试领域具有很好的推广和使用价值。
[0061]采用上述方案，不改变现有测试软件、处理算法和处理流程的前提下，实现更宽的频率范围覆盖，一次扫频即可完成多个频段的测试，能有效解决传统RCS测试效率低下的问题。
[0062]应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本发明所附权利要求的保护范围。
【权利要求】
1.一种基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，包括以下步骤: 步骤1:设置测试系统，所述测试系统由系统控制单元、信号产生与处理单元、方位控制单元、通道选择单元、天线阵列单元、被测目标组成； 步骤2:在系统控制单元的控制下，信号产生与处理单元输出一定频率范围的激励信号，激励信号首先进入通道选择单元中多工器I的公共端口 COM端口，经过通道选择单元中的不同频段滤波器，激励信号的频率范围只与其中某一个滤波器的i波段对应，对应的天线阵列单元中发射天线i会辐射电磁波；电磁波经空间传输到达被测目标区域，电磁波遇到被测目标后部分能量被反射，反射信号经空间传输由天线阵列单元接收，通道选择单元中多工器2中的滤波器i的频率范围与反射信号一致，接收天线i收到的反射信号能够通过多工器2传输到矢量网络分析仪，以完成一次测量和数据采集； 步骤3:主控计算机通过总线控制方位控制单元中测试转台进行方位旋转，转台每转动一个步进角度输出一个同步脉冲，触发矢量网络分析仪完成一次测量，最终得到目标各个角度的完整的RCS数据。
2.如权利要求1所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，所述系统控制单元为主控计算机，用于实现测试系统的自动控制。
3.如权利要求1所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，所述信号产生与处理单元由矢量网络分析仪组成，用于实现激励信号的产生及接收信号的处理。
4.如权利要求1所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，所述方位控制单元包括测试转台、转台控制器及低散射支架，用于实现远程控制转台进行方位旋转，以实现被测目标的方位改变。
5.如权利要求1所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，所述通道选择单元由发射通道的多工器I和接收通道的多工器2组成，所述多工器I及所述多工器2包含多路通道，以及多个波段的滤波器，滤波器的工作频段与测试天线的工作频率相对应。
6.如权利要求1所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，所述天线阵列单元包括发射天线阵列和接收天线阵列，两个阵列由两组相同的高增益喇叭天线构成，所述发射天线阵列包含η个发射天线,所述接收天线阵列包含η个,其中,所述一个发射天线与一个接收天线相对应。
7.如权利要求1所述的基于多工器的宽频带RCS测试方法，其特征在于，所述被测目标包括校准球和待测目标。
【文档编号】G01R29/08GK104133119SQ201410366775
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月29日 优先权日:2014年7月29日
【发明者】年夫顺, 张文涛, 王亚海, 常庆功, 唐敬双, 金羲宸 申请人:中国电子科技集团公司第四十一研究所