基于緊縮場測量技術的空靶雷達目標特性測量方法

李高鵬

(中國人民解放軍92419部隊，遼寧 葫蘆島 125000)

0 引言

RCS測量是空靶雷達目標特性研究中的一個重要環節，也是現代武器裝備研發的關鍵性基礎技術。當前RCS測量方法主要包括室外遠場測量、近場測量和緊縮場測量。室外遠場測量需要滿足瑞利準則約束的遠場條件，場地試驗保密性較差，容易受到氣候條件影響。近場測量通常需要掃描測量和近遠場變換處理。緊縮場系統是通過高精度的反射器將饋源發出的球面波在緊縮的距離上轉換為平面波，滿足天線/RCS測試的遠場條件要求，具有測試效率高、背景電平低、保密性高和全天候測量的優點。微波暗室RCS測量系統是某單位第一個室內場RCS測量系統，2011年12月完成驗收并投入使用。該測量系統是基于緊縮場技術的雷達目標特性測量系統，具有測量精度高、背景電平低、測量種類全等優點，可以完成標準體、靶彈彈頭、彈體的RCS特性測量。

1 緊縮場測量技術及其工作原理

為了完成某一物體的雷達目標特性測量，必須產生一個具有平面波特性的測量用電磁場，即要滿足測量的遠場條件。對點源天線而言，最小測試距離R通常由式(1)所表述的經典遠場條件——瑞利準則決定。

R=2D2/λ

(1)

以波長為3 cm的測量信號為例，不同尺寸目標對應的滿足遠場條件的測量距離如表1所示。

從表1中可以看出，為了滿足測量的遠場條件需要較遠的測量距離，這使得在不采取一定技術措施的情況下進行雷達目標特性測量變得異常困難。為解決上述難題，人們提出了很多的技術方案，緊縮場技術就是其中的一種。

所謂緊縮場技術就是采用近場聚焦技術以產生和處理入射照射波和散射波，使球面波在到達目標處可認為是平面波。現在有2種方法可以實現球面波到平面波的變換。一個方法為利用介質透鏡產生準平面波，另一個方法是采用拋物面反射器產生平面波。下面以拋物面反射面作為平面波產生器說明緊縮場工作原理，如圖1所示。

圖1 反射面緊縮場原理圖

反射面緊縮場的主體設備為拋物面反射面，當位于拋物面焦點上的發射饋源向反射面發射信號時，根據光學反射原理，經反射面反射的電磁波將變成平行波照射到被測目標上；而被測目標反射回來的目標散射電磁波信號經過反射面聚集反射回接收饋源，通過對接收信號的處理就可以得到被測目標的雷達目標特性。這樣，在一個較短的距離上產生了一個能夠滿足雷達目標特性測量的遠場條件的測量場。

2 微波暗室RCS測量系統組成及應用能力分析

2.1 系統組成

主要組成包括三大部分，如圖2所示。

圖2 微波暗室RCS測量系統組成圖

第一部分為緊縮場系統，主要由微波暗室、反射面板、收發天線、饋源支架等組成。該部分主要功能有兩個方面，一方面是通過反射面板將發射天線產生的球面波轉換成平面波，從而形成測量所需的遠場測量條件；另一個方面則是通過反射面板將目標產生的后向散射聚焦到接收天線，以得到測量用的回波信號。

第二部分為目標支撐與轉臺系統，主要由低散射泡沫支架、目標轉臺組成。該部分的主要功能是將被測目標支撐起來，并進行水平方位的旋轉運動，為二維成像、旋轉掃頻測量提供條件。

第三部分為儀表與軟件系統，主要由矢量網絡分析儀(Agilent N5230)、控制計算機以及測量軟件組成。該部分主要功能包括三個方面：一是矢量網絡分析儀作為發射和接收單元產生測量用寬頻帶雷達信號并接收目標的回波信號；二是矢量網絡分析儀作為測量設備對測量回路的S參數進行測量；三是完成測量數據處理并進行相關顯示。

2.2 應用能力分析

2.2.1 主要指標

微波暗室RCS測量系統的主要指標如下：

靜區尺寸：1.5 m(可擴充至1.7 m)；

工作頻段：8～18 GHz、34～36 GHz；

背景電平：-55 dBsm、對-35 dBsm的高隱身目標有1 dB的測試精度；

極化方式：HH、HV、VV、VH；

測量對象：標準體、靶彈彈頭、彈體等；

測量類型：一維成像、二維成像、點頻RCS、寬帶RCS；

成像分辨率：優于10 cm。

2.2.2 能力分析與應用方法

微波暗室RCS測量系統具有的測量應用能力主要有以下幾個方面：

1)高精度低散射面積測量能力支撐隱身靶標設計與測量。

由于微波暗室靜區空室背景電平極低，采用背景對消的方式，在工作頻段內均達到了-55 dBsm，且對-35 dBsm低散射目標具有1 dB的測量精度，這標志著微波暗室測量系統具有低散射面積測量能力，可以開展隱身靶標雷達目標特性測量，為隱身靶標設計提供測量手段和評估支持。

2)多維度高分辨率成像測量能力支撐靶標散射性能診斷分析。

微波暗室RCS測量系統采用寬帶掃頻體制和旋轉逆合成孔徑成像技術實現一維和二維高分辨率成像測量，可以完成靶標電磁散射中心測量和診斷，為靶標散射中心分布成像診斷提供數據支撐。

3)全方位多頻點RCS測量能力支撐靶標定標測試。

位于測試靜區的目標支撐系統可以實現方位360°、步進0.02°目標旋轉，通過旋轉掃頻模式可以實現工作頻段內任意點頻RCS測量，并具有寬帶RCS測量能力。可以提供多種形式、滿足國軍標要求的靶標RCS標定數據，為靶場試驗提供真值和參考基準。

3 應用舉例

在某型雷達試驗中，需要完成雷達對不同反射面積小目標探測能力的考核。試驗前，運用微波暗室RCS測量系統對廠家提供的三個空靶進行了測量，經測量發現廠家提供的空靶在設計上存在錯誤，且加工工藝不能滿足使用要求。于是要求重新進行設計和加工，并對重新設計和加工的靶標進行了測量，達到了設計要求并能滿足靶場試驗使用要求。具體如圖3～5所示。

圖3 靶標實物圖

圖4 原始靶標測量結果圖

圖5 改進后靶標測量結果圖

4 結束語

本文介紹的基于緊縮場技術構建的室內場靜態RCS測量系統，具有完備的雷達目標特性測量能力，可在空靶設計、目標測量中發揮較為重要的作用。