一種外場動態全極化RCS測量標校方法

張德保，沈 鵬

(解放軍91404部隊, 河北 秦皇島 066001)

一種外場動態全極化RCS測量標校方法

張德保，沈 鵬

(解放軍91404部隊, 河北 秦皇島 066001)

在外場條件下，獲取動態目標全極化雷達截面(RCS)特性是電子對抗和目標隱身研究的需求。分析了目標RCS極化散射矩陣測量體制，研究了外場動態全極化RCS測量的標校方法，并在實際測量中對此方法進行了驗證。該方法可為外場動態目標全極化RCS測量提供參考。

外場條件；動態目標；全極化；雷達截面；標校

0 引 言

在外場條件下，為了全面獲取艦船、飛機等目標的動態雷達截面(RCS)極化散射特性，RCS測量雷達需同時獲取目標的同極化和交叉極化RCS值，即RCS極化矩陣。目前外場動態RCS測量中普遍采用的標校方法，主要針對測量雷達水平和垂直同極化RCS測量通道的標校，而對RCS測量的交叉極化通道的標校則相對困難。為完成對動態目標RCS極化散射矩陣的測量,需要針對外場動態RCS測量的特點進行標校方法研究。

1 目標RCS極化散射矩陣測量體制

外場動態RCS極化特性測量主要有同時極化測量和分時極化測量2種。對于快速機動目標一般采用同時極化測量方式，而對慢速機動目標則多采用分時極化測量方式[1]。典型的同時和分時極化測量體制雷達工作原理如圖1和圖2所示。

在同時極化測量雷達中，水平和垂直2個發射通道的信號源產生的中頻信號經上變頻轉換成射頻信號，經功率放大后的大功率射頻信號通過收發開關分別接入水平和垂直極化天線，然后再經天線輻射出去。發射信號經過的硬件被稱為雷達系統的發射通道，主要包括發射天線、饋線、收發開關、發射中頻放大和射頻放大等部分。目標散射返回雷達天線的信號經接收天線和收發開關進入2路接收機，射頻信號下變頻成中頻信號后送到中頻接收機。接收信號經過的硬件被稱為雷達系統的接收通道，包括接收天線和2路接收中頻、射頻放大器[2]。

對于分時極化測量體制，發射通道產生的高功率射頻信號通過波導開關在相鄰2個脈沖(或發射周期)間交替切換水平和垂直極化方式。2種體制極化測量雷達的區別在于分時測量只采用1部發射機，通過極化開關分時控制發射信號在2個極化天線間交替發射，2種體制的接收通道則相同。

2種測量體制的發射通道均可分成兩部分：一部分是信號源、上變頻器、功率放大器等有源部分;另一部分是無源部分，包括波導開關(或鐵氧體開關)、收發開關、射頻饋線和輻射天線等。有源部分的增益受溫度等條件的影響，是一個變化量，而波導開關、收發開關及饋線的損耗和天線的增益受環境條件等因素的影響很小，是一基本固定的量。也就是說發射通道的2種極化通道的有源部分的增益是變化的，而無源部分的損耗則是基本固定的[3]。

2 外場動態全極化RCS標校

假設水平和垂直2種極化的發射通道從發射機輸出到對應發射天線輸入間的無源部分的損耗分別為Lh和Lv，2路接收通道從天線輸出到接收機輸出間的增益分別為Grh和Grv。

根據雷達方程，接收機輸出的目標回波功率表示為[4]：

(1)

式中：Pr0為接收機輸出的目標回波功率；Pt為發射機輸出功率；λ為雷達工作波長；Gt為發射天線增益；Gr為接收天線增益；Lt為發射機輸出到發射天線輸入間的損耗；Kr為接收天線輸出到接收機輸出間的增益；σ為目標雷達散射截面；R為目標距離。

在校準與測量期間，可以認為Gt、Lt、Gr和Kr保持不變。令：

(2)

則水平和垂直同極化通道的系統常數為：

(3)

(4)

由于從發射機輸出到發射天線輸出的整體增益由變極化開關、收發開關及饋線等無源部件的損耗和發射天線增益構成，是一基本固定的量，可以通過靜態測試獲取其在2種極化下的差異為：

(5)

則垂直/水平交叉極化通道的系統常數Kvh和水平/垂直交叉極化通道的系統常數Khv為：

(6)

(7)

由式(6)、(7)可得到全極化RCS測量雷達的系統常數為：

(8)

從式(8)可以看出，只需獲取水平和垂直同極化通道的系統常數和2種極化發射通道無源部分的增益差值，就可得到4種極化通道的系統常數。

3 外場動態全極化RCS測量

在外場動態RCS測量時，普遍使用升起在空中的標準金屬球對測量系統進行標校，標準金屬球的RCS極化散射矩陣為：

(9)

式中:σ0為標準金屬球的水平和垂直同極化RCS值。

從標準金屬球的極化散射矩陣可以看出，其RCS在水平和垂直同極化時為一恒定量，而交叉極化時則為零[5]，所以通過自由空間的標準金屬球可完成對RCS測量系統的水平和垂直同極化通道的標校，獲取2種同極化的系統常數Khh和Kvv，通過式(7)、(8)，就可得到2種交叉極化的系統常數Khv和Kvh，這樣通過對標準金屬球的校準就可獲取全極化RCS測量所需的系統常數[6]。

完成對全極化RCS動態測量的水平、垂直2個同極化通道和2個交叉極化通道的校準后，即可實施對目標的全極化RCS測量。

采用此方法對某民用船只在360°舷角區間的全極化RCS特性進行了實際測量，測量結果如圖3、圖4所示。此次測量獲取了某民用船只的水平垂直同極化和交叉極化RCS值，從測量結果可以看出，該目標同極化RCS比交叉極化要大，且在某些方向，同極化RCS比交叉極化要大十幾dB。在對目標測量前，只需采用自由空間各向同性的標準金屬球就可完成對測量系統的全極化通道的標校，實施方法簡單，標校精度高，測得的目標RCS極化矩陣具有較高的準確度。

4 結束語

外場動態RCS測量中，簡便有效的RCS全極化標校方法是獲取被測目標全極化RCS特性的基礎，本文討論的利用同極化標校時采用的自由空間標準金屬球就可方便地對RCS測量系統的同極化和正交極化通道進行標校，較好地解決了外場動態RCS測量中對測量系統交叉極化通道的標校問題。通過實際應用表明，該方法使用方便，科學可行。

[1] 保錚，邢孟道，王彤．雷達成像技術[M].北京:電子工業出版社,2005.

[2] MURPHEY L M.Linear feature detection and enhancement in noisy image via radon transform[J].Pattern Recognition Letters,1986,4(4):279-284.

[3] 黃培康，殷紅成，許小劍.雷達目標特性[M].北京:電子工業出版社，2005.

[4] SKOLNIK M I.雷達手冊(合訂本) [M].南京電子技術研究所譯.北京:國防工業出版社,1978.

[5] 黃培康,林桂森,樊正芳,等.雷達目標特征信號[M].北京:宇航出版社,1993.

[6] 王雪松.寬帶極化信息處理的研究[D].長沙:國防科學技術大學,1999.

A Calibration Method of Outfield Dynamic Full Polarization RCS Measurement

ZHANG De-bao,SHEN Peng

(Unit 91404 of PLA,Qinhuangdao 066001，China)

Under the outfield condition,to obtain the full polarization radar cross sector (RCS) characteristic of dynamic target is the need of electronic countermeasure and target stealth research.This paper analyzes the measurement system for polarization scattering matrix of target RCS,studies the calibration method of field dynamic full polarization RCS measurement,and validates the method in actual measurement.The method can provide reference for the full polarization RCS measurement of dynamic target in the outfield.

outfield condition;dynamic target;full polarization;radar cross sector;calibration

2016-05-27

TN957.51

A

CN32-1413(2017)01-0055-03

10.16426/j.cnki.jcdzdk.2017.01.012