基于龙伯透镜天线的等效远场RCS测量方法及系统

本发明涉及微波测量领域，具体涉及基于龙伯透镜天线的等效远场rcs测量方法及系统。

背景技术：

1、雷达探测在现代社会中扮演了不可或缺的角色，雷达散射截面（radar crosssection，rcs）描述了目标在雷达照射下的回波强度,长期以来，rcs的测量成为电磁散射特性研究者关注的焦点。

2、以获取rcs为主的雷达电磁散射特性测量技术对隐身技术发展具有重要的意义；测量目标的rcs要求目标距离雷达无穷远，即目标处于平面电磁波照射下，此时入射电磁场的等相位面为垂直于电磁波传播方向的平面；但是在实际情况中，由于测量场地以及测量设备天线口径的限制，实际发射到空间中的电磁波为球面波，等相位面可近似为以测量天线位置为球心，垂直于入射方向的同心弧面，这将会导致近场获得的rcs数据与实际平面波照射下的rcs产生严重的差别。

3、为解决上述问题，目前的电磁散射特性测量方法根据测量方式的不同可以分为远场测量、近场测量和紧缩场测量。

4、远场测量：测量距离需要满足经典远场条件（，l为测量距离，d为(测量目标的最大尺寸，λ为测量波长），需要在室外测量场或大型暗室内进行，随着目标体积的增大以及测量频率的上升，测量距离l将远超一般室外测量场的测量范围；

5、近场测量：直接获得的近场数据与远场rcs差别非常大，需要使用近远场变换技术得到远场数据，但在使用算法的过程中，由于算法的种种近似会带来相应的变换误差；

6、紧缩场测量：造价昂贵，建造、维护成本高昂，且用于摆放测量目标的区域（称为静区）较小，难以进行大尺寸目标的测量。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供基于龙伯透镜天线的等效远场rcs测量方法及系统，所要解决的技术问题是降低大型目标的rcs测量距离，从而降低测量难度。

2、本发明通过下述技术方案实现：

3、第一方面提供基于龙伯透镜天线的等效远场rcs测量方法，包括以下步骤：

4、步骤1、根据所需测量频率设置龙伯透镜天线；

5、步骤2、将上述龙伯透镜天线置于微波暗室中，测量龙伯透镜天线的参数；

6、步骤3、根据上述龙伯透镜天线的参数和测量目标的尺寸，计算龙伯透镜天线到测量目标的测量距离；

7、步骤4、根据上述测量距离对龙伯透镜天线进行定位；

8、步骤5、利用上述龙伯透镜天线对测量目标进行测量，得到回波数据；

9、步骤6、上述龙伯透镜天线将回波数据传输至上位机进行数据处理，得到测量目标在该测量频率下的等效远场rcs。

10、根据所需测量频率设置龙伯透镜天线能够确定适合该测量频率的龙伯透镜天线，使得测量更加精确；将龙伯透镜天线置于微波暗室中，可以消除外界环境对测量的干扰，保证测量的准确性；测量龙伯透镜天线的参数则是对天线的检验和校准，保证龙伯透镜天线的性能符合测量要求；根据龙伯透镜天线的参数和测量目标的尺寸，计算龙伯透镜天线到测量目标的测量距离，该步骤考虑到了测量目标的尺寸和天线的性能，从而确定了最佳的测量距离，有利于提高测量的精度；根据测量距离对龙伯透镜天线进行定位，使得天线可以准确地指向测量目标，保证测量的准确性；利用龙伯透镜天线对测量目标进行测量，得到回波数据，该步骤直接得到了目标的回波数据，为后续的数据处理提供了基础。将回波数据传输至上位机进行数据处理，得到测量目标在该测量频率下的等效远场rcs，该步骤通过数据处理得到了最终的测量结果，完成了整个测量过程。

11、对于现有技术中的问题，本发明中的方法有着明显的优势。首先，对于大型测量目标，其rcs的测量可以在室内进行，不需要在室外测试场或大型暗室内进行，降低了测量的难度；其次，由于使用了龙伯透镜天线，其具有高精度和高效率的特点，可以降低测量时间和成本；最后，由于回波数据是在等效远场条件下测试得到的，可以得到更准确的结果，避免了近场测量需要使用近远场变换技术带来的变换误差。

12、总的来说，此方法通过使用龙伯透镜天线作为测试天线，可以降低大型测量目标的rcs测量距离和难度，提高测量效率和准确性。

13、进一步的，在设置龙伯透镜天线之前，还需要设置龙伯透镜；

14、设置上述龙伯透镜的具体步骤包括：

15、步骤01、利用公式（1），计算理想状态下龙伯透镜的折射率；

16、              （1）

17、其中，c表示电磁波在真空中的传播速度；v表示电磁波在龙伯透镜中的传播速度；表示电磁波在真空中的波长；表示测量频率；r表示龙伯透镜内的任意点到龙伯透镜球心的距离；r表示龙伯透镜的半径，且r≤r；

18、步骤02、利用公式（2），计算龙伯透镜的理想介电常数；

19、                 （2）

20、其中，表示龙伯透镜的理想介电常数；r表示龙伯透镜内的任意点到龙伯透镜球心的距离；r表示龙伯透镜的半径；

21、步骤03、采用n种介质，每种介质构成一介质层；

22、步骤04、将n个上述介质层贴合，得到龙伯透镜，使龙伯透镜的介电常数无限逼近理想介电常数。

23、计算理想状态下龙伯透镜的折射率时，考虑到了电磁波在真空中的传播速度、电磁波在龙伯透镜中的传播速度、电磁波在真空中的波长、测量频率以及龙伯透镜内的任意点到龙伯透镜球心的距离等因素，使得计算更加精确；

24、计算龙伯透镜的理想介电常数时，考虑到了龙伯透镜的介电常数与距离的关系，使得计算更加精确；

25、由于自然界不存在介电常数是连续渐变分布的理想介质，故在实际设计中常用分层设计的离散球壳来逼近连续渐变的理想介电常数。为了得到更接近理想介电常数的龙伯透镜，通过不同介质的组合，可以得到更精确的介电常数分布。

26、为了实现龙伯透镜的制造，通过将不同介质的介质层贴合在一起，可以得到具有所需折射率和介电常数的龙伯透镜。

27、总的来说，以上步骤提供了如何制造具有所需折射率和介电常数的龙伯透镜的方法，从而为后续的天线设置提供了基础，通过以上步骤设置的龙伯透镜天线，在测量目标时，可以得到更精确的测量结果，降低测量难度和成本。

28、进一步的，制得上述龙伯透镜后，在距离龙伯透镜球面a mm处放置球面波馈源，得到龙伯透镜天线。

29、通过将天线设置在特定的位置，可以使得从测量目标反射回来的信号能够在该位置进行聚焦，从而提高了信号的接收效率；利用龙伯透镜的聚焦特性，可以在一定程度上增强天线的接收能力；优化了天线的设置位置，从而提高了整个测量系统的性能。

30、进一步的，测量上述龙伯透镜天线参数的具体步骤包括：

31、上述球面波馈源采用喇叭天线，上述喇叭天线和龙伯透镜构成测量龙伯透镜天线参数时的龙伯透镜天线；

32、设置电磁波的发射频率f，将电磁波通过喇叭天线发射至龙伯透镜，得到龙伯透镜天线的增益和半功率点波束宽度。

33、设置电磁波的发射频率f，通过将电磁波通过喇叭天线发射至龙伯透镜，可以得到龙伯透镜天线的增益和半功率点波束宽度等参数，这些参数是衡量天线性能的重要指标，通过这些参数可以评估天线的质量和性能，从而为后续的测量提供了基础。

34、进一步的，计算龙伯透镜天线到测量目标的测量距离的具体步骤包括：

35、获取上述测量目标的最大尺寸和龙伯透镜天线的半功率点波束宽度，利用公式（3），得到龙伯透镜天线到测量目标的测量距离；

36、                         （3）

37、其中，表示龙伯透镜天线到测量目标的测量距离；表示测量目标的最大尺寸；表示龙伯透镜天线的半功率点波束宽度。

38、获取了测量目标的最大尺寸和龙伯透镜天线的半功率点波束宽度，这些参数是评估测量距离的重要因素。

39、计算龙伯透镜天线到测量目标之间的测量距离时，考虑了测量目标的最大尺寸和龙伯透镜天线的半功率点波束宽度等因素，从而可以得到更精确的测量距离。

40、进一步的，根据上述测量距离对龙伯透镜天线进行定位的具体步骤包括：

41、上述球面波馈源采用喇叭天线，上述喇叭天线和龙伯透镜构成龙伯透镜天线；

42、将该龙伯透镜天线设置于距测量目标的长度为l的位置；

43、将上述喇叭天线调整至远离测量目标的一侧。

44、为保证在测量距离下该测量目标可以被龙伯透镜天线波束完全覆盖，将龙伯透镜天线设置于距测量目标的长度为l的位置。该测量距离考虑到了测量目标的最大尺寸和龙伯透镜天线的半功率点波束宽度等因素，从而可以得到更精确的定位；

45、根据测量原理，喇叭天线产生球面波，经过龙伯透镜后转换为平面波对测量目标进行照射，因此放置位置依次为喇叭天线、龙伯透镜和测量目标。

46、进一步的，在对上述龙伯透镜天线进行定位之后，还需要设置测试雷达和上位机，将上述测试雷达与喇叭天线连接，上述上位机与测试雷达连接。

47、进一步的，对上述回波数据进行数据处理的具体步骤包括：

48、对上述回波数据进行ifft（反傅里叶变换）处理，得到一维距离像，上述一维距离像包含测量目标一维距离像和测量背景一维距离像；

49、将上述测量目标一维距离像与测量背景一维距离像进行矢量相减，消除测量背景一维距离像；

50、在上述测量目标一维距离像目标处加矩形窗函数，并对截取数据进行fft（快速傅里叶变换）处理；

51、对进行fft处理后的截取数据进行定标校准，得到测量目标的等效远场rcs。

52、对回波数据进行了ifft（反傅里叶变换）处理，得到一维距离像，可以使得回波数据从频域转换到时域，从而可以反映出目标在雷达视线方向下的散射强度分布情况；再将测量目标一维距离像与测量背景一维距离像进行矢量相减，从而消除测量背景的一维距离像，可以使得测量结果更加准确，避免了测量背景对测量结果的影响；接着在一维距离像目标处加矩形窗函数，并对截取数据进行fft（快速傅里叶变换）处理。这个步骤可以将截取数据从时域转换到频域，从而得到目标未定标的等效远场数据；最后对测量结果进行定标校准，从而得到目标的等效远场rcs。

53、第二方面提供基于龙伯透镜天线的等效远场rcs测量系统，该系统用于实现上述的等效远场rcs测量方法；

54、该系统包括：

55、测试雷达，用于发射电磁波，对测量目标进行照射，并接收回波数据；

56、天线，与上述测试雷达通信连接，上述天线和测试雷达配合产生球面波；

57、龙伯透镜，位于距上述天线距离为a mm的位置，上述龙伯透镜用于将球面波转换为平面波，并定向进行电磁波的发射和接收；

58、上位机，与上述测试雷达通信连接，上述上位机用于对回波数据进行数据处理，得到测量目标在该测量频率下的等效远场rcs。

59、进一步的，还包括转台和低散射支架，上述低散射支架设置于转台上，该转台用于放置低散射支架与测量目标。

60、该转台能够以极小的步进间隔或者连续地进行360°旋转，用于测量目标的全角域rcs。

61、本发明与现有技术相比，具有如下的优点和有益效果：

62、根据所需测量频率设置龙伯透镜天线，能够确定适合该测量频率的龙伯透镜天线，使得测量更加精确；将龙伯透镜天线置于微波暗室中，可以消除外界环境对测量的干扰，保证测量的准确性；测量龙伯透镜天线的参数则是对天线的检验和校准，保证龙伯透镜天线的性能符合测量要求；根据龙伯透镜天线的参数和测量目标的尺寸，计算龙伯透镜天线到测量目标的测量距离，该步骤考虑到了测量目标的尺寸和天线的性能，从而确定了最佳的测量距离，有利于提高测量的精度；根据测量距离对龙伯透镜天线进行定位，使得天线可以准确地指向测量目标，保证测量的准确性；利用龙伯透镜天线对测量目标进行测量，得到回波数据，该步骤直接得到了目标的回波数据，为后续的数据处理提供了基础。将回波数据传输至上位机进行数据处理，得到测量目标在该测量频率下的等效远场rcs，该步骤通过数据处理得到了最终的测量结果，完成了整个测量过程。

63、对于现有技术中的问题，本发明中的方法有着明显的优势。首先，对于大型测量目标，其rcs的测量可以在室内进行，不需要在室外测量场或大型暗室内进行，降低了测量的难度；其次，由于使用了龙伯透镜天线，其具有高精度和高效率的特点，可以降低测量时间和成本；最后，由于数据是在等效远场条件下测试得到的，可以得到更准确的结果，避免了近场测量需要使用近远场变换技术带来的变换误差。

64、总的来说，此方法通过使用龙伯透镜天线作为测试天线可以降低大型测量目标的rcs测量距离和难度，提高测量效率和准确性。