一种RCS测量系统及方法与流程

本发明涉及微波测量技术领域，特别涉及一种rcs测量系统及方法。

背景技术：

随着电子现代电子科技技术的迅猛发展，微波测量面临的工作日渐复杂，其中对于目标雷达散射截面radarcross-section(rcs)的测量是微波测量领域的重要步骤。目标的雷达散射截面是一个假想的面积，通过描述当目标被雷达照射时反射回雷达的波的幅度，用来对目标进行电磁特性分析，对目标雷达散射截面的测量，不仅可以获得对目标基本散射现象的了解，检验理论分析的结果，而且可以获得大量的目标特征数据，建立目标特征数据库。

雷达散射截面测量装置的研究在国防、宇航、航空、气象和航海等方面具有很重要的意义。在军事应用方面，可用于设计隐身运动平台(如隐身飞机、军舰、导弹、和汽车等)；在民用方面，可用于对森林、矿山、海洋等目标特征识别；微波近感探测，识别地下目标；研究人体和生物的微波散射特征，进行微波诊断和治疗。

目前，雷达散射截面测量系统中，待测目标测量范围小，获得电磁散射特性数据不直观。

技术实现要素：

本发明的主要目的是提出一种rcs测量系统及方法，旨在解决现有的技术问题。

为实现上述目的，本发明提出一种rcs测量系统，包括：通过电气连接的矢量网络分析仪、收发天线、控制机、功率放大器、转台控制系统；

所述矢量网络分析仪用于射频信号的发送与接收；

所述控制机通过lan总线实现对所述矢量网络分析仪的控制；

所述收发天线设有接收天线和发射天线；

所述转台控制系统用于控制待测目标在方位面内旋转，以便获取不同方位角下的近场散射数据；

通过转台控制系统控制待测目标在方位面内旋转，所述矢量网络分析仪输出射频信号，经过所述功率放大器放大后，经所述发射天线辐射出去，接收天线接收到待测目标的回波信号，送所述矢量网络分析仪，通过与标校数据的比对，完成待测目标不同方位角下的rcs测量。

优选地，所述矢量网络分析仪包括定向耦合器，综合扫频源、信号分离单元、信号接收单元、数据显示与处理模块；

所述综合扫频源用于产生激励信号，所述激励信号通过所述定向耦合器的主路后，通过所述功率放大器放大，再传输到所述发射天线辐射出去。

优选地，所述矢量网络分析仪设有测量端口，将所述综合扫频源的信号分成二路，一路作为参考信号，另一路送入所述测量端口作为被测网络的激励源，并通过所述定向耦合器取出，被测网络的反射信号和传输信号作为测量信号，其中反射信号为发射端口自身的回波，传输信号为接收端口接收回路信号，即目标及环境回波。

优选地，所述系统还包括低噪声放大器，所述定向耦合器设有耦合端口，所述耦合端口输出的信号为参考信号，发射信号经待测目标反射后到达所述接收天线，后经所述低噪声放大器放大后，进入所述信号接收单元，经过所述数据显示与处理模块后，形成数字信息；在所述控制机的控制下，完成数据采集后通过变换处理，完成rcs测量。

优选地，根据反射信号、传输信号、参考信号，获取端口反射系数和传输系数的测量数据。

优选地，所述发射天线和接收天线分离，形成预设双站角度，所述发射天线用于照射待测目标，接收天线用于接收待测目标散射的回波，测量测量目标的各个方位散射状况。

优选地，所述预设双站角度为30°～100°。

优选地，所述预设双站角度为65°。

相应地，本发明还提供了一种rcs测量方法，包括：

将矢量网络分析仪、收发天线、控制机、功率放大器、转台控制系统通过电气连接；

将所述转台控制系统与待测目标转动连接，使得待测目标在方位面内旋转，以便获取不同方位角下的近场散射数据；

通过转台控制系统控制待测目标在方位面内旋转，所述矢量网络分析仪输出射频信号，经过所述功率放大器放大后，经所述发射天线辐射出去，接收天线接收到待测目标的回波信号，送所述矢量网络分析仪，通过与标校数据的比对，完成待测目标不同方位角下的rcs测量。

优选地，所述矢量网络分析仪设有定向耦合器，综合扫频源、信号分离单元、信号接收单元、数据显示与处理模块。

本发明一种rcs测量系统及方法，通过转台控制系统携带待测目标旋转，对待测目标测量范围广，测量视野大，测量角度大，能测量rcs散射矩阵、目标宽带一维和二维甚至多维成像特征，可直观的获得电磁散射特性数据。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图示出的结构获得其他的附图。

图1为本发明rcs测量系统一实施例的结构示意图；

图2为本发明rcs测量系统目标特性测量原理框图；

图3为本发明rcs测量方法流程图。

本发明目的的实现、功能特点及优点将结合实施例，参照附图做进一步说明。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示(诸如上、下、左、右、前、后……)，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态(如附图所示)下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。另外，各个实施例之间的技术方案可以相互结合，但是必须是以本领域普通技术人员能够实现为基础，当技术方案的结合出现相互矛盾或无法实现时应当认为这种技术方案的结合不存在，也不在本发明要求的保护范围之内。

本发明提出一种rcs测量系统及方法。rcs测量系统及方法用在国防、宇航、航空、气象和航海等方面。

实施例一

图1为本发明rcs测量系统一实施例的结构示意图。如图1所示，一种rcs测量系统，包括：通过电气连接的矢量网络分析仪、收发天线、控制机、功率放大器、转台控制系统；

矢量网络分析仪用于射频信号的发送与接收；

控制机通过lan总线实现对矢量网络分析仪的控制，使用网线连接控制机和矢量网络分析仪，设置矢量网络分析仪的ip(internetprotocol，网络之间互连的协议)地址和控制机ip地址相同，通过scpi(standardcommandsforprogrammableinstruments，缩写：scpi)控制命令实现数据通信；

收发天线设有接收天线和发射天线；

转台控制系统用于控制待测目标在方位面内旋转，以便获取不同方位角下的近场散射数据；

通过转台控制系统控制待测目标在方位面内旋转，矢量网络分析仪输出射频信号，经过功率放大器放大后，经发射天线辐射出去，接收天线接收到待测目标的回波信号，送矢量网络分析仪，通过与标校数据的比对，完成待测目标不同方位角下的rcs测量。

矢量网络分析仪包括定向耦合器，综合扫频源、信号分离单元、信号接收单元、数据显示与处理模块；

综合扫频源用于产生激励信号，激励信号通过定向耦合器的主路后，通过功率放大器放大，再传输到发射天线辐射出去。矢量网络分析仪器是一种电磁波能量的测试设备。它既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。矢量网络分析仪的原理与使用力直接取决于系统的动态范围指标。相位波动参数的测试是利用矢量网络分析仪的电子延迟(electricaldelay)功能来实现的。直接观察插入相移通常不是很有用，这是因为器件的电长度相移相对于频率呈现负斜率(器件越长，斜率越大)。由于只有偏离线性相移才会引起失真，因此希望移去相位响应的线性部分。利用网络分析仪的电子延迟功能，能够抵消被测器件的电长度，结果得到与线性相移的偏差，即相位波动(失真)。矢量网络分析仪既能测量单端口网络或两端口网络的各种参数幅值，又能测相位，矢量网络分析仪能用史密斯圆图显示测试数据。更便于工程应用和调试。矢量网络分析仪功能很多，被称为“仪器之王”，是射频微波领域的万用表。

控制机为本发明rcs测量系统的控制核心，它通过lan总线实现对矢量网络分析仪、转台的控制，在控制机的控制下；矢量网络分析仪是信号收发处理核心，用于激励信号产生与回波信号的接收；转台用来控制被测目标在方位面内旋转，以便获取不同方位角下的近场散射数据。

图2为本发明rcs测量系统目标特性测量原理框图。如图2所示，矢量网络分析仪设有测量端口，将综合扫频源的信号分成二路，一路作为参考信号，另一路送入测量端口作为被测网络的激励源，并通过定向耦合器取出，被测网络的反射信号和传输信号作为测量信号，其中反射信号为发射端口自身的回波，传输信号为接收端口接收回路信号，即目标及环境回波。被测网络是指由发射天线、接收天线、待测物体三者之间构成的信号流图网络。被测网络存在发射信号、传输信号、散射信号、接收信号，它们被称作s参数，比如s11、s12、s22、s21等，被测网络由这些s参数组成。对于两端口网络，如s11表示在第二端口接匹配的情况下，第一端口的反射系数，通常被称为回波损耗。s21表示在第二端口接匹配的情况下，第一端口到第二端口的正向传输系数，通常被称为插入损耗。s22表示在第一端口接匹配情况下，第二端口的反射系数。s12表示在第一端口接匹配的情况下，第二端口到第一端口的反向传输系数。发射端口是连接发射天线的端口。接收端口是连接接收天线的端口。

系统还包括低噪声放大器，定向耦合器设有耦合端口，耦合端口输出的信号为参考信号，发射信号经待测目标反射后到达接收天线，后经低噪声放大器放大后，进入信号接收单元，经过数据显示与处理模块后，形成数字信息；在控制机的控制下，完成数据采集后通过运行变换处理算法，完成rcs测量和成像处理。

目标的rcs是目标在给定方向上返回散射功率的量度，要知道目标各方位的散射状况，需要进行测量，可以采用收发天线，当采用双站模式时，发射天线和接收天线分离，形成一定的双站角度，发射天线照射目标，接收天线接收目标散射的回波，并且用转台携带目标旋转，测量目标的各个方位散射状况。分别在发射和接收端安装两个交叉极化放置的天线，可以进行散射矩阵测量。通常均垂直和水平极化放置。在测量时选择收发的极化状态的两两组合，则可测量hh极化散射数据、hv极化散射数据、vh极化散射数据、vv极化散射数据。hh表示发射天线和接收天线都是水平极化放置。hv表示发射天线水平极化放置，接收天线是垂直极化放置。vh表示发射天线是垂直极化放置，接收天线是水平极化放置。vv表示发射天线和接收天线都是垂直极化放置。等收发极化配置的数据，形成极化散射矩阵为实现极化隔离与系统校准，一般选取多个目标进行极化散射矩阵校准测量。

发射天线和接收天线分离，形成预设双站角度，发射天线用于照射待测目标，接收天线用于接收待测目标散射的回波，测量测量目标的各个方位散射状况。为了测量方位更广。预设双站角度可以取为30°～100°。本实施例中预设双站角度为65°。需要说明的是，也可以根据实际测试的场景来设定双站角度。

具体实施时，如图2所示，在控制机的控制下，矢量网络分析仪的信号源模块产生激励信号，该信号通过矢量网络分析仪内部定向耦合器的主路后，通过功率放大器放大，再传输到发射天线辐射出去。其中，矢量网络分析仪内部定向耦合器耦合端口输出的信号为参考信号，发射信号经待测目标反射后到达接收天线，后经低噪声放大器放大后，进入矢量网络分析仪接收机，在接收机内部经过数字化处理分析后形成数字信息；在控制机的控制下，系统在完成数据采集后通过变换处理，完成目标rcs测量和成像处理。矢量网络分析仪主要由综合扫频源、信号分离单元、信号接收部分、数据显示与处理模块四大部分组成。目标特性测量基本工作原理是：先将综合扫频源的信号分成二路，一路作为参考信号r，另一路送入测量端口作为被测网络的激励源，并通过定向耦合器取出，被测网络的反射信号a和传输信号b作为测量信号，其中反射信号a为发射端口自身的回波，传输信号b为接收端口接收回路信号(即目标及环境回波)。根据反射信号a，传输信号b和参考信号r可以获取端口反射系数s11和传输系数s12的测量数据，发射和接收端互换可以获取端口传输系数s21和反射系数s22的测量数据，其中端口信号s12和s21是互换的，均可表示传输通路内被测目标反射回波信息。用采样变频法将该两路微波信号中所包含的幅度和相位信息线性地转移到中频或低频上，进行幅度和相位关系的测量，并利用微波矢量网络分析仪的时域滤波能力剔除背景目标的影响，通过与标准球回波强度的对比，获取被测量目标的rcs。

通过转台控制系统携带待测目标旋转，对待测目标测量范围广，测量视野大，测量角度大，能测量rcs散射矩阵、目标宽带一维和二维甚至多维成像特征，可直观的获得电磁散射特性数据。

实施例二

图3为本发明rcs测量方法流程图。如图3所示，一种rcs测量方法，至少包括步骤：

s1、将矢量网络分析仪、收发天线、控制机、功率放大器、转台控制系统通过电气连接；

s2、将转台控制系统与待测目标转动连接，使得待测目标在方位面内旋转，以便获取不同方位角下的近场散射数据；

s3、通过转台控制系统控制待测目标在方位面内旋转，矢量网络分析仪输出射频信号，经过功率放大器放大后，经发射天线辐射出去，接收天线接收到待测目标的回波信号，送矢量网络分析仪，通过与标校数据的比对，完成待测目标不同方位角下的rcs测量。

目标特性测量时，矢量网络分析仪输出射频信号，经功率放大器放大，送发射天线辐射出去。接收天线接收到目标回波信号，送矢量网络分析仪，通过与标校数据的比对，完成地面目标rcs测量。目标rcs处理流程如下：

待测目标回波通过ifft获取目标一维或者二维甚至多维距离像，并经过时域目标提取(时域滤波)、测量距离修正处理、fft得到目标频域测量数据。

计算各频率对应的待测目标rcs测量数据。根据雷达方程，待测目标在某角度θ频率f的rcs表示为：

其中pt(f,θ)为待测目标某角度θ频率f对应的回波强度，p0(f)为标准目标频率f对应的回波强度，标准目标各角度回波强度相同，pt(f,θ)和p0(f)均为时域滤波后的频域测量数据；r0t,r0r为标准目标距离发射天线和接收天线的距离，rtt,rtr为待测目标中心距离发射天线和接收天线的距离；σ0为标准目标rcs；gt为待测目标方向的测量天线增益。通过转台控制系统携带待测目标旋转，对待测目标测量范围广，测量视野大，测量角度大，能测量rcs散射矩阵、目标宽带一维和二维甚至多维成像特征，可直观的获得电磁散射特性数据。

本实施例rcs测量方法在实施例一rcs测量系统上执行，rcs测量系统请参考实施例一，在此不再赘述。

通过转台控制系统携带待测目标旋转，对待测目标测量范围广，测量视野大，测量角度大，能测量rcs散射矩阵、目标宽带一维和二维甚至多维成像特征，可直观的获得电磁散射特性数据。

以上仅为本发明的优选实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是在本发明的发明构思下，利用本发明说明书及附图内容所作的等效结构变换，或直接/间接运用在其他相关的技术领域均包括在本发明的专利保护范围内。