基于紧缩场测量技术的空靶雷达目标特性测量方法

李高鹏

(中国人民解放军92419部队，辽宁 葫芦岛 125000)

0 引言

RCS测量是空靶雷达目标特性研究中的一个重要环节，也是现代武器装备研发的关键性基础技术。当前RCS测量方法主要包括室外远场测量、近场测量和紧缩场测量。室外远场测量需要满足瑞利准则约束的远场条件，场地试验保密性较差，容易受到气候条件影响。近场测量通常需要扫描测量和近远场变换处理。紧缩场系统是通过高精度的反射器将馈源发出的球面波在紧缩的距离上转换为平面波，满足天线/RCS测试的远场条件要求，具有测试效率高、背景电平低、保密性高和全天候测量的优点。微波暗室RCS测量系统是某单位第一个室内场RCS测量系统，2011年12月完成验收并投入使用。该测量系统是基于紧缩场技术的雷达目标特性测量系统，具有测量精度高、背景电平低、测量种类全等优点，可以完成标准体、靶弹弹头、弹体的RCS特性测量。

1 紧缩场测量技术及其工作原理

为了完成某一物体的雷达目标特性测量，必须产生一个具有平面波特性的测量用电磁场，即要满足测量的远场条件。对点源天线而言，最小测试距离R通常由式(1)所表述的经典远场条件——瑞利准则决定。

R=2D2/λ

(1)

以波长为3 cm的测量信号为例，不同尺寸目标对应的满足远场条件的测量距离如表1所示。

从表1中可以看出，为了满足测量的远场条件需要较远的测量距离，这使得在不采取一定技术措施的情况下进行雷达目标特性测量变得异常困难。为解决上述难题，人们提出了很多的技术方案，紧缩场技术就是其中的一种。

所谓紧缩场技术就是采用近场聚焦技术以产生和处理入射照射波和散射波，使球面波在到达目标处可认为是平面波。现在有2种方法可以实现球面波到平面波的变换。一个方法为利用介质透镜产生准平面波，另一个方法是采用抛物面反射器产生平面波。下面以抛物面反射面作为平面波产生器说明紧缩场工作原理，如图1所示。

图1 反射面紧缩场原理图

反射面紧缩场的主体设备为抛物面反射面，当位于抛物面焦点上的发射馈源向反射面发射信号时，根据光学反射原理，经反射面反射的电磁波将变成平行波照射到被测目标上；而被测目标反射回来的目标散射电磁波信号经过反射面聚集反射回接收馈源，通过对接收信号的处理就可以得到被测目标的雷达目标特性。这样，在一个较短的距离上产生了一个能够满足雷达目标特性测量的远场条件的测量场。

2 微波暗室RCS测量系统组成及应用能力分析

2.1 系统组成

主要组成包括三大部分，如图2所示。

图2 微波暗室RCS测量系统组成图

第一部分为紧缩场系统，主要由微波暗室、反射面板、收发天线、馈源支架等组成。该部分主要功能有两个方面，一方面是通过反射面板将发射天线产生的球面波转换成平面波，从而形成测量所需的远场测量条件；另一个方面则是通过反射面板将目标产生的后向散射聚焦到接收天线，以得到测量用的回波信号。

第二部分为目标支撑与转台系统，主要由低散射泡沫支架、目标转台组成。该部分的主要功能是将被测目标支撑起来，并进行水平方位的旋转运动，为二维成像、旋转扫频测量提供条件。

第三部分为仪表与软件系统，主要由矢量网络分析仪(Agilent N5230)、控制计算机以及测量软件组成。该部分主要功能包括三个方面：一是矢量网络分析仪作为发射和接收单元产生测量用宽频带雷达信号并接收目标的回波信号；二是矢量网络分析仪作为测量设备对测量回路的S参数进行测量；三是完成测量数据处理并进行相关显示。

2.2 应用能力分析

2.2.1 主要指标

微波暗室RCS测量系统的主要指标如下：

静区尺寸：1.5 m(可扩充至1.7 m)；

工作频段：8～18 GHz、34～36 GHz；

背景电平：-55 dBsm、对-35 dBsm的高隐身目标有1 dB的测试精度；

极化方式：HH、HV、VV、VH；

测量对象：标准体、靶弹弹头、弹体等；

测量类型：一维成像、二维成像、点频RCS、宽带RCS；

成像分辨率：优于10 cm。

2.2.2 能力分析与应用方法

微波暗室RCS测量系统具有的测量应用能力主要有以下几个方面：

1)高精度低散射面积测量能力支撑隐身靶标设计与测量。

由于微波暗室静区空室背景电平极低，采用背景对消的方式，在工作频段内均达到了-55 dBsm，且对-35 dBsm低散射目标具有1 dB的测量精度，这标志着微波暗室测量系统具有低散射面积测量能力，可以开展隐身靶标雷达目标特性测量，为隐身靶标设计提供测量手段和评估支持。

2)多维度高分辨率成像测量能力支撑靶标散射性能诊断分析。

微波暗室RCS测量系统采用宽带扫频体制和旋转逆合成孔径成像技术实现一维和二维高分辨率成像测量，可以完成靶标电磁散射中心测量和诊断，为靶标散射中心分布成像诊断提供数据支撑。

3)全方位多频点RCS测量能力支撑靶标定标测试。

位于测试静区的目标支撑系统可以实现方位360°、步进0.02°目标旋转，通过旋转扫频模式可以实现工作频段内任意点频RCS测量，并具有宽带RCS测量能力。可以提供多种形式、满足国军标要求的靶标RCS标定数据，为靶场试验提供真值和参考基准。

3 应用举例

在某型雷达试验中，需要完成雷达对不同反射面积小目标探测能力的考核。试验前，运用微波暗室RCS测量系统对厂家提供的三个空靶进行了测量，经测量发现厂家提供的空靶在设计上存在错误，且加工工艺不能满足使用要求。于是要求重新进行设计和加工，并对重新设计和加工的靶标进行了测量，达到了设计要求并能满足靶场试验使用要求。具体如图3～5所示。

图3 靶标实物图

图4 原始靶标测量结果图

图5 改进后靶标测量结果图

4 结束语

本文介绍的基于紧缩场技术构建的室内场静态RCS测量系统，具有完备的雷达目标特性测量能力，可在空靶设计、目标测量中发挥较为重要的作用。