通用RCS測量雷達有源定標裝置的設計與實現

宋 廣，陳永森，楊 俊

(1.解放軍92785部隊，河北 秦皇島 066001；2.中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

外場雷達散射截面(RCS)測量雷達是獲取大型武器裝備電磁散射特性的主要設備，RCS測量雷達的校準是保證測量精度的關鍵環節。金屬球具有精確理論散射解且各向同性，是測量雷達理想的定標體。使用標準球的無源定標方式是國內外RCS測量雷達普遍采用的定標方法[1]，也是最有效和最精確的方法[2]；然而無源定標受外場氣象和場地條件的影響較為嚴重，限制了測量雷達任務的及時開展。

針對該問題，文獻[3]分析了外置的有源定標方式以及校準參數和內容，具有較高的定標精度，但是難以適應地面RCS測量設備。文獻[4]針對連續波測量雷達，提出了有源接收與轉發模擬的方法實現校準問題，但要求校準裝置的架設高度，不利于實際操作。

本文針對現有定標方式在實際使用過程中所面臨的環境適應性和定標精度的問題，采用內置有源定標的方式對發射和接收分別標定，實現系統定標，經過外場驗證，該方法具有較高的定標精度。

1 校準原理

根據測量雷達的工作原理，目標RCS的測量值由式(1)確定：

(1)

式中：σ為目標RCS；Pt為發射功率；Gt為天線發射增益；當天線收發共用時，天線接收增益Gr=Gt；λ為信號波長；L為系統中的傳輸不匹配和損耗；S為接收機輸入功率；R為目標距離。

在任何頻率處獲取以上參數即可確定σ。參數Gt、Gr、L和λ為固定值，R可由其他設備或者參數解算獲取，在得到Pt和S后即可實現有源定標，這2個參數的不穩定性及測量誤差是設備測量精度的主要影響因素，因此Pt和S的高精度參數測量是有源定標實現的關鍵。

依據以上分析，構建如圖1所示的有源定標裝置，在天線饋電處布置信號輸出/引入端口，通過選擇開關將發射輸出信號耦合后送至功率檢測設備獲取Pt；將高穩定的校準源信號通過校準衰減器降低功率后引入接收支路，并在輸出端測量其功率Pt：

Pt=kS

(2)

式中：k為接收系統增益，需要通過測量得到。

圖1 有源定標工作原理

因此，通過測量發射功率和接收系統增益后，即可實現測量雷達的有源定標。

2 定標裝置設計與實現

依據以上原理，設計了通用RCS測量雷達有源定標裝置，實物如圖2所示。設備主要技術指標如下：

功率測量誤差：≤0.2 dB/4 h；

校準源功率穩定度：≤0.3 dB/4 h；

系統校準精度：≤0.5 dB/4 h。

主要工作流程如下：首先置發射狀態，將發射耦合信號引入功率檢測模塊后進行發射功率測量，遍歷工作頻率后得到發射功率Pt；置接收狀態，將校準源信號引入接收支路，在接收機輸出端記錄輸出功率Pr，遍歷工作頻率后利用式(2)得到接收機增益值。

圖2 通用RCS定標模塊

3 定標效果

3.1 發射通道

在8～18 GHz范圍內按照250 MHz的頻率間隔分別測量H極化支路和V極化支路的發射功率Pt，每個頻點測量6次，循環2遍，功率測量的每一個數據點均顯示在圖3所示的功率曲線中。

圖3 發射通道功率測量結果曲線

該數據用于有源校準，其隨機誤差將直接疊加到RCS的測量結果上。逐點分析測量誤差并繪制均方根曲線(如圖4所示)，可以看出頻段內的測量誤差σPt最大值為0.10 dB，測量精度較高。

圖4 發射功率測量誤差

3.2 接收通道

測量接收通道的增益k如圖5所示，測量誤差分析如圖6所示，其中接收支路增益的測量最大誤差σk為0.05 dB，頻帶內的測量精度較高。

圖5 接收通道增益測量結果曲線

圖6 增益測量誤差

3.3 試驗驗證

將定標模塊接入測量雷達，建立有源定標任務，定標結果如圖7所示。使用標準球對有源定標的精度進行驗證，標準球直徑為300 mm，其RCS的理論值為-11.5 dBm2，如圖8所示。為避免雜波影響，將標準球系留至200 m高度后測量其RCS，結果如圖9所示。可以看出，測量誤差最大值優于1 dB，說明有源定標具有較高的定標精度。

圖7 測量雷達有源定標曲線

4 結束語

本文圍繞外場RCS測量雷達的系統定標，分析了定標所需的關鍵參數，設計了有源定標體制和技術實現方式，能夠有效隔離定標過程中的外部影響因素。通過開展定標精度試驗，表明了該定標方式具有較高的精度。

圖8 標準球掛飛

圖9 標準球測量結果