目标散射特性测试系统及测试方法与流程

1.本发明实施例涉及电磁散射技术领域，特别涉及一种目标散射特性测试系统及测试方法。


背景技术：

2.目标散射特性测试技术是诊断和分析复杂目标散射机理，支撑隐身设备研发的有力工具。现有技术中，已经可以在距离向、方位向和高度向三个维度上对目标的散射特性进行测试，但是现有测试系统不能快速地调整发射天线和接收天线的位置，因此，当需要测试目标在不同角度下的散射特性时，测试速度较慢。
3.因此，目前亟待需要一种目标散射特性测试系统及测试方法以快速获得目标在不同角度下的散射特性。


技术实现要素：

4.本发明实施例提供了一种目标散射特性测试系统及测试方法，能够快速获得目标在不同角度下的散射特性。
5.第一方面，本发明实施例提供了一种目标散射特性测试系统，包括：
6.收发单元，用于产生测试信号和接收回波信号；
7.测试单元，与所述收发单元通讯连接，所述测试单元包括控制组件和天线阵列，所述天线阵列上设置有多个发射天线和多个接收天线，所述控制组件用于控制每个所述发射天线和每个所述接收天线的启闭，所述发射天线和所述接收天线用于测试目标的散射特性；
8.旋转单元，与所述天线阵列连接，用于调整所述天线阵列的角度；
9.计算机，分别与所述收发单元和所述测试单元通讯连接，用于控制所述收发单元和所述测试单元。
10.在一种可能的设计中，还包括支撑件，用于支撑所述天线阵列和所述旋转单元。
11.在一种可能的设计中，所述天线阵列的中心高度与所述目标的几何中心的高度相同。
12.在一种可能的设计中，所述天线阵列为线性阵列。
13.在一种可能的设计中，所述旋转单元为棘轮结构。
14.在一种可能的设计中，所述收发单元包括雷达发射机、雷达接收机、功率放大器、低噪声放大器以及滤波器。
15.第二方面，本发明实施例还提供了一种目标散射特性测试方法，应用于上述任一种设计中的目标散射特性测试系统，所述方法包括：
16.利用所述计算机控制所述收发单元产生预设带宽的测试信号；
17.利用所述旋转单元调整所述天线阵列的角度，在每一个所述角度下，均执行：
18.利用所述控制组件控制每个所述发射天线和每个所述接收天线的启闭，得到若干
个测试通道；
19.在每一个所述测试通道下，对所述目标进行散射特性测试，获得测试结果。
20.在一种可能的设计中，在对所述目标进行散射特性测试之前，还包括：
21.对所述收发单元进行预热，使所述收发单元达到稳定状态。
22.在一种可能的设计中，在所述收发单元达到稳定状态之后，还包括：
23.对所述目标散射特性测试系统进行定标测试，以去除系统误差。
24.在一种可能的设计中，在所述对所述目标进行散射特性测试，获得测试结果之后，还包括：
25.利用所述计算机对所述测试结果进行处理，得到所述目标每个散射中心的分布函数；
26.根据每个所述散射中心的分布函数，得到所述目标的三维图像。
27.本发明实施例提供了一种目标散射特性测试系统及测试方法，测试系统包括收发单元、测试单元、旋转单元和计算机，其中，测试单元包括控制组件和天线阵列，天线阵列上设置有多个发射天线和多个接收天线，多个发射天线和多个接收天线用于形成若干个测试通道，每个测试通道对应不同的测试角度。在该系统中，通过旋转单元可以调整天线阵列的角度，在任一角度下，通过控制组件控制每个发射天线和每个接收天线的启闭，以选择不同的测试通道。如此，在任一角度下，只需要通过控制组件选择每一次测试用的发射天线和接收天线，就可以完成所有测试通道的测试，获得不同测试角度下目标的散射特性，而不需要频繁的移动发射天线和接收天线的位置。因此，该测量系统能够快速获得目标在不同角度下的散射特性。
附图说明
28.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获得其他的附图。
29.图1是本发明一实施例提供的一种目标散射特性测试系统示意图；
30.图2是本发明一实施例提供的收发收结构的天线阵列示意图；
31.图3是本发明一实施例提供的一种目标散射特性测试方法流程图；
32.图4是本发明一实施例提供的天线阵列旋转两次的示意图；
33.图5是本发明一实施例提供的天线阵列旋转四次的示意图；
34.图6是本发明一实施例提供的天线阵列旋转八次的示意图。
35.附图标记：
36.1-收发单元；
37.2-测试单元；
38.21-天线阵列；
39.3-旋转单元；
40.4-计算机；
41.5-支撑件；
42.51-支座；
43.52-支杆。
具体实施方式
44.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明一部分实施例，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做出创造性劳动的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。
45.如前所述，现有技术不能快速地调整发射天线和接收天线的位置，因此，在测试目标在不同角度下的散射特性时，测试速度较慢。
46.针对这一问题，发明人提出可以采用控制组件和旋转单元，快速调整发射天线和接收天线的测试角度。
47.下面描述以上构思的具体实现方式。
48.请参考图1，本发明实施例提供了一种目标散射特性测试系统，该测试系统包括：
49.收发单元1，用于产生测试信号和接收回波信号；
50.测试单元2，与收发单元1通讯连接，测试单元2包括控制组件和天线阵列21，天线阵列21上设置有多个发射天线和多个接收天线，控制组件用于控制每个发射天线和每个接收天线的启闭，发射天线和接收天线用于测试目标的散射特性；
51.旋转单元3，与天线阵列21连接，用于调整天线阵列21的角度；
52.计算机4，分别与收发单元1和测试单元2通讯连接，用于控制收发单元1和测试单元2。
53.本发明实施例提供了一种目标散射特性测试系统，包括收发单元1、测试单元2、旋转单元3和计算机4，其中，测试单元2包括控制组件和天线阵列21，天线阵列21上设置有多个发射天线和多个接收天线，多个发射天线和多个接收天线用于形成若干个测试通道，每个测试通道对应不同的测试角度。在该系统中，通过旋转单元3可以调整天线阵列21的角度，在任一角度下，通过控制组件控制每个发射天线和每个接收天线的启闭，以选择不同的测试通道。如此，在任一角度下，只需要通过控制组件选择每一次测试用的发射天线和接收天线，就可以完成所有测试通道的测试，获得不同测试角度下目标的散射特性，而不需要频繁的移动发射天线和接收天线的位置。因此，该测量系统能够快速获得目标在不同角度下的散射特性。
54.另外，在该实施例中，收发单元1可以是射频收发设备，用于产生宽带扫频信号，例如8～12ghz的射频信号，以对目标进行宽带扫频测试。
55.在一些实施方式中，收发单元1包括雷达发射机、雷达接收机、功率放大器、低噪声放大器以及滤波器，当然，还可以包括其它设备，该部分属于本领域公知的技术，此处不再赘述。
56.在一些实施方式中，还包括支撑件5，用于支撑天线阵列21和旋转单元3。支撑件5可以包括支座51和支杆52，支座51与地面或平台接触，支杆52沿竖直方向设置于支座51上，支杆52与旋转单元3连接，旋转单元3与天线阵列21的中心位置连接。
57.在一些实施方式中，通过调整旋转单元3在支杆52上的安装高度，使天线阵列21的
中心高度与目标的几何中心的高度相同。当然，天线阵列21的中心高度与目标的几何中心的高度也可以不相同，当不相同时，需要对测试结果进行相应的相位修正。
58.在一些实施方式中，天线阵列21为线性阵列，控制组件为微波开关矩阵，该微波开关矩阵由计算机4控制，使微波开关矩阵可切换不同的发射天线和接收天线对目标进行测试，天线阵列21可在不同的方位角对目标进行测试。
59.优选的，天线阵列21可采用如图2所示的发收发结构。当然，用户也可以采用其它多输入多输出的阵列构型，本技术不做具体限定。
60.在一些实施方式中，旋转单元3为棘轮结构，如此可以控制天线阵列21每次旋转固定的角度，例如每次旋转角度可以为30
°
、45
°
或60
°
等。
61.第二方面，如图3所示，本发明实施例还提供了一种目标散射特性测试方法，应用于上述任一实施方式中的目标散射特性测试系统，所述方法包括：
62.步骤300，利用计算机4控制收发单元1产生预设带宽的测试信号；
63.步骤302，利用旋转单元3调整天线阵列21的角度，在每一个角度下，均执行：
64.利用控制组件控制每个发射天线和每个接收天线的启闭，得到若干个测试通道；
65.在每一个测试通道下，对目标进行散射特性测试，获得测试结果。
66.在该实施例中，假设该天线阵列21中包括4个发射天线和5个接收天线，那么根据排列组合的原理，可以形成20个测试通道。那么在每一个角度下，例如天线阵列21的角度为0
°
，则只需要通过计算机4控制微波开关矩阵，每次选择一个测试通道对目标进行测试，获得目标的宽频扫频扫角结果，直至完成20个通道的测试，获得20个不同角度的测试结果(即目标回波数据)。该角度测试完成后，可以通过旋转单元3将天线阵列21旋转到下一个角度，例如旋转至90
°
，在该角度下，采用上述方法，依次完成20个通道的测试，直至将天线阵列21旋转至180
°
，完成测试，得到预设个数的测试结果。
67.一般而言，为了得到比较全面的测试结果，需要将天线阵列21旋转180
°
，每次旋转的角度间隔不同，旋转次数和测试次数也不相同。如图4所示，为天线阵列21旋转两次的示意图，旋转角度为0
°
和90
°
；如图5所示，为天线阵列21旋转四次的示意图，旋转角度为0
°
、45
°
、90
°
和135
°
；如图6所示，为天线阵列21旋转八次的示意图，旋转角度为0
°
、22.5
°
、45
°
、67.5
°
、90
°
、112.5
°
、135和157.5
°
。可以理解的是，每次旋转角度越小，测试次数越多，测试时间越长，相应的测试效果也更好；反之，每次旋转角度越大，测试次数越少，测试时间越短，相应的测试效果也稍差，本技术不对旋转的角度间隔做具体限定。
68.在一些实施方式中，在对目标进行散射特性测试之前，还包括：
69.对收发单元1进行预热，使收发单元1达到稳定状态，预热时间可以为30分钟，当然，具体时间以实际情况为准，本技术不做具体限定、
70.根据实际情况确定，一般可设定
71.在一些实施方式中，在收发单元1达到稳定状态之后，还包括：
72.对目标散射特性测试系统进行定标测试，以去除系统误差。
73.在该实施例中，定标测试的具体步骤为：
74.步骤a1，将定标球放置在天线阵列21的中心位置，定标球的中心高度与天线阵列21的中心高度一致；
75.步骤a2，确定测试距离r0，测试距离的计算公式为：
[0076][0077]
式中，其中c为光速，l为阵列长度，b为测试带宽，λ为测试中心频点对应的波长，通过该公式确定出的测试距离，能够保证成像结果各维度分辨力近似一致。
[0078]
步骤a3，对定标球进行测试，获得测试系统的定标测试结果。
[0079]
在一些实施方式中，在对目标进行散射特性测试，获得测试结果之后，还包括：
[0080]
利用计算机4对测试结果进行处理，得到目标每个散射中心的分布函数；
[0081]
根据每个散射中心的分布函数，得到目标的三维图像。
[0082]
在该实施例中，获得目标三维图像的具体过程为：
[0083]
针对基于天线阵列21体制的近场测试成像情况，构建成像模型，设天线坐标系为(u,v)，目标坐标系为(x,y,z)。
[0084]
在多个散射中心的情况时，每次测试接收到的回波数据可以表示为：
[0085][0086]
式中，s(f,u,v)表示在当前观测频率、当前发射天线与接收天线位置的条件下接收的目标回波数据；γ(x,y,z)表示了单散射中心在目标坐标系中的目标散射分布函数；l为指数项中的距离，为对应单散射中心与参考中心的相位延迟，描述了该散射中心成像测量的积分路径。
[0087]
在一些实施方式中，平面二维收发收结构天线阵列21的几何关系如图2所示，在该结构下，积分路径l的计算公式为：
[0088][0089]
式中，r
t
为发射天线到散射中心的距离，r0为接收天线到散射中心的距离，r0为目标到天线阵列21中心的距离。
[0090]
基于三维bp成像算法，对式2进行逆变换，得到如下公式：
[0091][0092]
式中，p
u,v
(l)表示测试通道的一维距离像，k表示波数，k
min
表示波数下界，k
max
表示波数上界，e
j2πkl
表示相位参数，u
max
、u
min
分别表示天线坐标系下一个维度的上界和下界，v
max
、v
min
分别表示天线坐标系另一个维度的上界和下界；是目标散射分布函数γ(x,y,z)的估计值。
[0093]
求解出后，即可得到目标的三维图像。
[0094]
上述目标散射特性测试方法由于与本发明目标散射特性测试系统实施例基于同
一构思，具体内容可参见本发明定位系统实施例中的叙述，此处不再赘述。
[0095]
需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
[0096]
最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。