[发明专利]基于链条关系式的近场后向RCS测量系统及方法

说明书

本发明公开了一种基于链条关系式的近场后向RCS测量系统及方法。利用与地面垂直的线源产生柱面波，柱面场仅在高度方向满足远场条件。为减小侧墙干扰杂波，设计了一种“锥形”的微波暗室。柱面场后墙的回波电平比紧缩场小10dB，有利于将暗室大门开在后墙，方便目标运输。本发明提出了一种用于近场RCS测量的雷达系统，包括目标与环境部分，微波振幅和相位测量部分以及进行NFFFT和高分辨率成像的部分。还提出了近场RCS测量的实施方法，包括支架与环境的矢量背景对消、测量近场散射系数F_N的定标、NFFFT以及在NFFFT过程中的第二次定标等。具有优点：①NFFFT变换从二维简化为一维；②目标上只有水平方向的多次绕射会引起误差；③暗室地面、屋顶缝隙和台阶产生的干扰杂波小。

技术领域

本发明属于低可观测技术和雷达技术领域，特别涉及一种基于链条关系式的近场后向雷达散射截面(RCS)测量系统及方法。

背景技术

RCS静态测量的传统方法是外场和紧缩场。外场占地大，成本高，环境干扰源多，受气候影响测量效率低。紧缩场在室内工作，克服了外场的缺点，但紧缩场成本随静区尺寸成立方而增长，目前它还主要在缩比模型和部件的RCS测试中得到应用。

近场RCS测量系统占地小，在室内工作，其成本远低于紧缩场，适合于超大型目标RCS 测量，因此受到国内外的关注。近年来，近场RCS测量系统已步入实际应用状态，但这些系统在技术和指标方面存在很多缺点，亟待进行改进和提高。

近场远场变换(简称NFFFT)是近场RCS测量系统的核心技术。当前近场RCS测量系统采用的NFFFT方法基于：①SAR或ISAR的成像技术；②光学傅里叶变换理论；③机械扫描的平面波综合技术。这些方法的根据主要是物理概念和工程技术。

链条关系式在理论上建立了近场散射系数F_N(θ,φ)和远场散射系数F₀(θ,φ)之间严格的数学解析式(见式[1])。该解析式成立的充分必要条件是，当被测目标中存在多次绕射时，需要完整的双站信息(参见“电磁散射的计算和测量”，2006年，北京航空航天大学出版社)。

式(1)的链条关系式中没有雷达工作频率的参数，实际上NFFFT完全不依赖于扫频以及 SAR或ISAR的这些成像技术。故基于链条关系式的NFFFT不存在成像分辨率带来的误差。

与近场天线扫描不同，基于链条关系式的近场RCS测量不依赖于空间的机械扫描(平面扫描、柱面扫描或球面扫描)，因此避免了机械扫描带来的截断误差以及测量效率低的问题。

在非卷积形式链条关系式中，用空域电场分布代替角域中的平面波角谱(PWS)，解决了抽象的PWS的计算问题。另外，用除法和傅里叶变换代替反卷积运算，解决了反卷积的数学难题。由此该公式可在近场RCS测量系统中直接得到应用。

当前近场RCS测量系统采用点源近场，发射机和接收机天线产生球面波。照射目标的电磁场在方位角φ和俯仰角θ方向均不满足远场条件。如果在(θ,φ)的二维角域进行NFFFT, 则工作量过大；如果对“扁平”目标，忽略θ方向的近场效应，只进行φ方向的一维角域NFFFT，将存在变换误差。

为克服上述问题，本发明采用线源近场，代替点源近场。线源近场中，发射机天线产生柱面波。照射目标的电磁场在俯仰角θ方向满足远场条件，在方位角φ不满足远场条件。故此时只需要在φ方向做一维角域NFFFT。

本发明中，采用抛物柱面，在其焦线上放置球面波点源，可以产生柱面波。特殊单柱面紧缩场的设计使其口面利用率达到150％，降低了制造成本。

当前近场RCS测量系统采用常规的矩形微波暗室，其侧墙的反射对静区背景电平影响严重。为了克服这一问题，采用了新的“锥形暗室”设计技术。