通用RCS测量雷达有源定标装置的设计与实现

宋 广，陈永森，杨 俊

(1.解放军92785部队，河北 秦皇岛 066001；2.中国船舶集团有限公司第八研究院，江苏 扬州 225101)

0 引 言

外场雷达散射截面(RCS)测量雷达是获取大型武器装备电磁散射特性的主要设备，RCS测量雷达的校准是保证测量精度的关键环节。金属球具有精确理论散射解且各向同性，是测量雷达理想的定标体。使用标准球的无源定标方式是国内外RCS测量雷达普遍采用的定标方法[1]，也是最有效和最精确的方法[2]；然而无源定标受外场气象和场地条件的影响较为严重，限制了测量雷达任务的及时开展。

针对该问题，文献[3]分析了外置的有源定标方式以及校准参数和内容，具有较高的定标精度，但是难以适应地面RCS测量设备。文献[4]针对连续波测量雷达，提出了有源接收与转发模拟的方法实现校准问题，但要求校准装置的架设高度，不利于实际操作。

本文针对现有定标方式在实际使用过程中所面临的环境适应性和定标精度的问题，采用内置有源定标的方式对发射和接收分别标定，实现系统定标，经过外场验证，该方法具有较高的定标精度。

1 校准原理

根据测量雷达的工作原理，目标RCS的测量值由式(1)确定：

(1)

式中：σ为目标RCS；Pt为发射功率；Gt为天线发射增益；当天线收发共用时，天线接收增益Gr=Gt；λ为信号波长；L为系统中的传输不匹配和损耗；S为接收机输入功率；R为目标距离。

在任何频率处获取以上参数即可确定σ。参数Gt、Gr、L和λ为固定值，R可由其他设备或者参数解算获取，在得到Pt和S后即可实现有源定标，这2个参数的不稳定性及测量误差是设备测量精度的主要影响因素，因此Pt和S的高精度参数测量是有源定标实现的关键。

依据以上分析，构建如图1所示的有源定标装置，在天线馈电处布置信号输出/引入端口，通过选择开关将发射输出信号耦合后送至功率检测设备获取Pt；将高稳定的校准源信号通过校准衰减器降低功率后引入接收支路，并在输出端测量其功率Pt：

Pt=kS

(2)

式中：k为接收系统增益，需要通过测量得到。

图1 有源定标工作原理

因此，通过测量发射功率和接收系统增益后，即可实现测量雷达的有源定标。

2 定标装置设计与实现

依据以上原理，设计了通用RCS测量雷达有源定标装置，实物如图2所示。设备主要技术指标如下：

功率测量误差：≤0.2 dB/4 h；

校准源功率稳定度：≤0.3 dB/4 h；

系统校准精度：≤0.5 dB/4 h。

主要工作流程如下：首先置发射状态，将发射耦合信号引入功率检测模块后进行发射功率测量，遍历工作频率后得到发射功率Pt；置接收状态，将校准源信号引入接收支路，在接收机输出端记录输出功率Pr，遍历工作频率后利用式(2)得到接收机增益值。

图2 通用RCS定标模块

3 定标效果

3.1 发射通道

在8～18 GHz范围内按照250 MHz的频率间隔分别测量H极化支路和V极化支路的发射功率Pt，每个频点测量6次，循环2遍，功率测量的每一个数据点均显示在图3所示的功率曲线中。

图3 发射通道功率测量结果曲线

该数据用于有源校准，其随机误差将直接叠加到RCS的测量结果上。逐点分析测量误差并绘制均方根曲线(如图4所示)，可以看出频段内的测量误差σPt最大值为0.10 dB，测量精度较高。

图4 发射功率测量误差

3.2 接收通道

测量接收通道的增益k如图5所示，测量误差分析如图6所示，其中接收支路增益的测量最大误差σk为0.05 dB，频带内的测量精度较高。

图5 接收通道增益测量结果曲线

图6 增益测量误差

3.3 试验验证

将定标模块接入测量雷达，建立有源定标任务，定标结果如图7所示。使用标准球对有源定标的精度进行验证，标准球直径为300 mm，其RCS的理论值为-11.5 dBm2，如图8所示。为避免杂波影响，将标准球系留至200 m高度后测量其RCS，结果如图9所示。可以看出，测量误差最大值优于1 dB，说明有源定标具有较高的定标精度。

图7 测量雷达有源定标曲线

4 结束语

本文围绕外场RCS测量雷达的系统定标，分析了定标所需的关键参数，设计了有源定标体制和技术实现方式，能够有效隔离定标过程中的外部影响因素。通过开展定标精度试验，表明了该定标方式具有较高的精度。

图8 标准球挂飞

图9 标准球测量结果