一種基于多工器的寬頻帶rcs測試方法
【專利摘要】本發明提供一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，在RCS測試系統中，多工器就是通過一路輸入，多路輸出的方式來代替傳統的手動更換天線的方式，再配合測試轉臺旋轉最終完成待測目標的RCS測試。采用上述方案，不改變現有測試軟件、處理算法和處理流程的前提下，實現更寬的頻率范圍覆蓋，一次掃頻即可完成多個頻段的測試，能有效解決傳統RCS測試效率低下的問題。
【專利說明】一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法

【技術領域】
[0001]本發明屬于寬頻帶RCS測試【技術領域】，尤其涉及的是一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法。

【背景技術】
[0002]目標的雷達散射截面(RCS)特性通常是一個寬頻帶指標，因此需要在很寬的頻率范圍下測試目標的RCS值。
[0003]對于目標的RCS特性測試，從硬件系統上來說，其原理框圖如圖1所示，主要由主控計算機10、矢量網絡分析儀12、測試轉臺18及其轉臺控制器11、接收天線15、發射天線14和低散射支架17等部分組成，各部分通過協調配合共同完成測試工作。以遠場測試為例介紹系統的具體測試過程為:首先將收發天線架設在天線支架13上，將待測目標16或校準用金屬球放置在遠處轉臺18上面的低散射支架17上；首先對系統進行RCS校準，先在轉臺的低散射支架17上固定RCS特性已知的標準金屬球，主控計算機10通過LAN總線控制矢量網絡分析儀12，在其控制下，矢量網絡分析儀12產生連續波激勵信號，通過發射天線14輻射出去，照射到金屬球16，反射回來的信號由接收天線15接收后送入矢量網絡分析儀12接收端口中，矢量網絡分析儀12對接收到的信號進行處理，主控計算機10通過LAN總線從矢量網絡分析儀12中獲取原始測試數據，從而得到一組數據作為頻響項，再將標準金屬球除去、測量背景信號作為隔離項，完成系統校準。再將被測目標16固定到低散射支架17上，通過控制轉臺18的旋轉就可以得到被測目標的不同方向的RCS特性。
[0004]目標的雷達散射截面(RCS)特性通常是一個寬頻帶指標，因此需要在很寬的頻率范圍下測試目標的RCS值。由于通常采用標準喇叭天線作為收發天線，而天線的頻率范圍有限，因此在測試過程中為了覆蓋很寬的頻段就需要不斷更換不同頻段的收發天線再分別進行測試，并將測試結果合并，最終得到目標很寬頻率范圍下的RCS特性。對于這種常規測試方法，由于需要多次更換收發天線并進行多次測試才能得到完整的結果，因此測試周期較長、效率較低。為提高測量速度，降低測試時間，本方案擬采取多工器配合多組天線實現寬頻段范圍內快速RCS測試的方案，該技術可以提供一條降低總測試時間的途徑，從而提高測試效率。
[0005]對于基于常規的寬帶RCS測試方法，其測試步驟為系統開機預熱、測量參數設置、背景測試、校準球測試、待測目標測試、數據處理、頻段2測試、頻段η測試。
[0006]通過分析國內外參考文獻和類似技術，RCS測試多采用單通道測試方法。對于單通道RCS測試方法，由于收發天線大多采用標準增益喇叭天線，為了增加系統測量動態范圍，一般需要采用大增益天線，這就使得所用收發天線頻段較窄，在進行寬頻帶RCS測試時，需要經常更換收發天線，導致測試時間較長，且在更換天線的過程中易引起重復性連接誤差。
[0007]因此，現有技術存在缺陷，需要改進。


【發明內容】

[0008]本發明所要解決的技術問題是針對現有技術的不足，提供一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法。
[0009]本發明的技術方案如下:一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，包括以下步驟:
[0010]步驟1:設置測試系統，所述測試系統由系統控制單元、信號產生與處理單元、方位控制單元、通道選擇單元、天線陣列單元、被測目標組成；
[0011]步驟2:在系統控制單元的控制下，信號產生與處理單元輸出一定頻率范圍的激勵信號，激勵信號首先進入通道選擇單元中多工器I的公共端口 COM端口，經過通道選擇單元中的不同頻段濾波器，激勵信號的頻率范圍只與其中某一個濾波器的i波段對應，對應的天線陣列單元中發射天線i會輻射電磁波；電磁波經空間傳輸到達被測目標區域，電磁波遇到被測目標后部分能量被反射，反射信號經空間傳輸由天線陣列單元接收，通道選擇單元中多工器2中的濾波器i的頻率范圍與反射信號一致，接收天線i收到的反射信號能夠通過多工器2傳輸到矢量網絡分析儀，以完成一次測量和數據采集；
[0012]步驟3:主控計算機通過總線控制方位控制單元中測試轉臺進行方位旋轉，轉臺每轉動一個步進角度輸出一個同步脈沖，觸發矢量網絡分析儀完成一次測量，最終得到目標各個角度的完整的RCS數據。
[0013]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述系統控制單元為主控計算機，用于實現測試系統的自動控制。
[0014]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述信號產生與處理單元由矢量網絡分析儀組成，用于實現激勵信號的產生及接收信號的處理。
[0015]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述方位控制單元包括測試轉臺、轉臺控制器及低散射支架，用于實現遠程控制轉臺進行方位旋轉，以實現被測目標的方位改變。
[0016]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述通道選擇單元由發射通道的多工器I和接收通道的多工器2組成，所述多工器I及所述多工器2包含多路通道，以及多個波段的濾波器，濾波器的工作頻段與測試天線的工作頻率相對應。
[0017]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述天線陣列單元包括發射天線陣列和接收天線陣列，兩個陣列由兩組相同的高增益喇叭天線構成，所述發射天線陣列包含η個發射天線,所述接收天線陣列包含η個,其中,所述一個發射天線與一個接收天線相對應。
[0018]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述被測目標包括校準球和待測目標。
[0019]采用上述方案，不改變現有測試軟件、處理算法和處理流程的前提下，實現更寬的頻率范圍覆蓋，一次掃頻即可完成多個頻段的測試，能有效解決傳統RCS測試效率低下的問題。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0020]圖1為現有技術中RCS測試原理框圖。
[0021]圖2為本發明RCS測試方法實現框圖。
[0022]圖3為本發明RCS測試流程圖。
[0023]圖4為本發明多工器原理框圖。

【具體實施方式】
[0024]以下結合附圖和具體實施例，對本發明進行詳細說明。
[0025]實施例1
[0026]本發明提供一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，包括以下步驟:
[0027]步驟1:設置測試系統，所述測試系統由系統控制單元、信號產生與處理單元、方位控制單元、通道選擇單元、天線陣列單元、被測目標組成；
[0028]步驟2:在系統控制單元的控制下，信號產生與處理單元輸出一定頻率范圍的激勵信號，激勵信號首先進入通道選擇單元中多工器I的公共端口 COM端口，經過通道選擇單元中的不同頻段濾波器，激勵信號的頻率范圍只與其中某一個濾波器的i波段對應，對應的天線陣列單元中發射天線i會輻射電磁波；電磁波經空間傳輸到達被測目標區域，電磁波遇到被測目標后部分能量被反射，反射信號經空間傳輸由天線陣列單元接收，通道選擇單元中多工器2中的濾波器i的頻率范圍與反射信號一致，接收天線i收到的反射信號能夠通過多工器2傳輸到矢量網絡分析儀，以完成一次測量和數據采集；
[0029]步驟3:主控計算機通過總線控制方位控制單元中測試轉臺進行方位旋轉，轉臺每轉動一個步進角度輸出一個同步脈沖，觸發矢量網絡分析儀完成一次測量，最終得到目標各個角度的完整的RCS數據。
[0030]上述中，所述系統控制單元為主控計算機，用于實現測試系統的自動控制。
[0031]上述中，所述信號產生與處理單元由矢量網絡分析儀組成，用于實現激勵信號的產生及接收信號的處理。
[0032]上述中，所述方位控制單元包括測試轉臺、轉臺控制器及低散射支架，用于實現遠程控制轉臺進行方位旋轉，以實現被測目標的方位改變。
[0033]上述中，所述通道選擇單元由發射通道的多工器I和接收通道的多工器2組成，所述多工器I及所述多工器2包含多路通道，以及多個波段的濾波器，濾波器的工作頻段與測試天線的工作頻率相對應。
[0034]上述中，所述天線陣列單元包括發射天線陣列和接收天線陣列，兩個陣列由兩組相同的高增益喇機天線構成，所述發射天線陣列包含η個發射天線,所述接收天線陣列包含η個,其中,所述一個發射天線與一個接收天線相對應。
[0035]所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其中，所述被測目標包括校準球和待測目標。
[0036]實施例2
[0037]在上述實施例的基礎上，本發明的目的是通過公開一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，通過優化通道選擇處理方法，對寬頻帶RCS測試提供更簡潔的硬件連接方式，最終達到最大限度減小重復性手動工作，提高測量速度和測試精度的目的。
[0038]本發明提出的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法的實現原理如圖2所示?；谠摲椒ǖ臏y試系統由I系統控制單元、2信號產生與處理單元、3方位控制單元、4通道選擇單元、5天線陣列單元、6被測目標組成。
[0039]I系統控制單元由主控計算機和系統軟件組成，實現整個系統的自動控制。
[0040]2信號產生與處理單元由矢量網絡分析儀組成，可實現激勵信號的產生及接收信號的處理。
[0041]3方位控制單元包括測試轉臺、轉臺控制器及低散射支架，系統軟件可程控控制轉臺進行方位旋轉，從而實現被測目標的方位改變。
[0042]4通道選擇單元由發射通道的多工器I和接收通道的多工器2組成。多工器包含多路通道，以及多個波段的濾波器，濾波器的工作頻段與測試天線的工作頻率相對應。
[0043]5天線陣列單元包括發射天線陣列和接收天線陣列，兩個陣列由兩組相同的高增益喇叭天線構成。如圖2所示，發射天線陣列包含發射天線1、發射天線2……發射天線n，接收天線陣列包含接收天線1、接收天線2……接收天線n，其中，發射天線I與接收天線I相同，發射天線η與接收天線η對應。
[0044]6被測目標包括校準球和待測目標。
[0045]本發明與圖1所示方案的主要區別在于多頻段或者說多通道測試的實現方式不同。本發明實現了多通道的自動選擇，實現了多頻段測試的自動切換，測試原理如下:
[0046]在系統控制單元的控制下，矢量網絡分析儀輸出一定頻率范圍的激勵信號，激勵信號首先進入多工器I的公共端口 C0M，C0M端口后連接不同頻段的濾波器1、濾波器2……濾波器n，激勵信號的頻率范圍只與其中某一個濾波器(比如第i個)的波段對應，因此多工器I只有第i個通道輸出信號，對應的只有發射天線i會輻射電磁波；電磁波經空間傳輸到達被測目標區域，電磁波遇到被測目標后部分能量被反射，反射信號經空間傳輸由5天線陣列單元接收，多工器2中的濾波器i的頻率范圍與反射信號一致，所以只有接收天線i收到的反射信號能夠通過多工器2傳輸到矢量網絡分析儀，從而完成一次測量和數據采集。主控計算機通過總線控制測試轉臺進行方位旋轉，轉臺每轉動一個步進角度輸出一個同步脈沖，觸發矢量網絡分析儀完成一次測量，最終得到目標各個角度的完整的RCS數據。
[0047]利用本發明提出的測試方法，可優化寬頻帶RCS測試的流程，如圖3所示。
[0048]步驟I為保證測試儀器的準確度，首先需要對測試儀器進行預熱，一般為半小時；
[0049]步驟2設置的測試所需參數，包括需要測試的若干個頻段，測試轉臺的速度及測量步進角度；
[0050]步驟3在不放置任何物體時，測試多頻段背景噪聲電平。
[0051]步驟4在低散射支架17上放置RCS值已知(經過嚴格定標已經確定其RCS值，或者是可以經理論計算或仿真得出其精確RCS值)的標準金屬球16，測試此時的背景電平；
[0052]步驟5在低散射支架17上放置待測目標，測試此時的背景電平；
[0053]步驟6針對3、4、5過程中測得的各個頻段的三組數據進行計算和分析，最終求得待測目標在寬頻帶的RCS特性。
[0054]進一步而言，本發明公開了一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法。在RCS測試系統中，多工器就是通過一路輸入，多路輸出的方式來代替傳統的手動更換天線的方式，再配合測試轉臺旋轉最終完成待測目標的RCS測試。在該系統中，通過引入多工器，使得不同頻段的天線與矢量網絡分析儀一次連接，減少了測試連接帶來的誤差，降低了測試時間，提高了測試精度。
[0055]對本發明，其技術方案中多工器是項目設計的重點，如何設計多通路、高隔離的多工器是研制的關鍵所在，多工器原理圖如圖4所示。
[0056]綜上所述，在采用基于多工器的寬頻帶RCS測試方法的基礎上，通過一次性架設天線，天線傳輸信號經多工器選擇相應的通路，以此實現降低測試時間、提高測試精度。
[0057]本發明的有益效果為:
[0058](I)測試速度快:由于采用了多工器的模式，使得矢量網絡分析儀和收發天線之間一次連接，減少反復拆換天線，從而減少了總通訊時間，提高了效率。
[0059](2)多工器多通路之間隔離高:配合天線頻段，在多工器內部需設計多個相應頻段的濾波器，以滿足通道選擇功能，通道之間需要很高的隔離才能降低不同通路之間的串擾，提高測試精度。
[0060]本發明具有更優化的測試流程，能提供更簡單的測試手段和更快的測試速度，在寬頻帶RCS測試領域具有很好的推廣和使用價值。
[0061]采用上述方案，不改變現有測試軟件、處理算法和處理流程的前提下，實現更寬的頻率范圍覆蓋，一次掃頻即可完成多個頻段的測試，能有效解決傳統RCS測試效率低下的問題。
[0062]應當理解的是，對本領域普通技術人員來說，可以根據上述說明加以改進或變換，而所有這些改進和變換都應屬于本發明所附權利要求的保護范圍。
【權利要求】
1.一種基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，包括以下步驟: 步驟1:設置測試系統，所述測試系統由系統控制單元、信號產生與處理單元、方位控制單元、通道選擇單元、天線陣列單元、被測目標組成； 步驟2:在系統控制單元的控制下，信號產生與處理單元輸出一定頻率范圍的激勵信號，激勵信號首先進入通道選擇單元中多工器I的公共端口 COM端口，經過通道選擇單元中的不同頻段濾波器，激勵信號的頻率范圍只與其中某一個濾波器的i波段對應，對應的天線陣列單元中發射天線i會輻射電磁波；電磁波經空間傳輸到達被測目標區域，電磁波遇到被測目標后部分能量被反射，反射信號經空間傳輸由天線陣列單元接收，通道選擇單元中多工器2中的濾波器i的頻率范圍與反射信號一致，接收天線i收到的反射信號能夠通過多工器2傳輸到矢量網絡分析儀，以完成一次測量和數據采集； 步驟3:主控計算機通過總線控制方位控制單元中測試轉臺進行方位旋轉，轉臺每轉動一個步進角度輸出一個同步脈沖，觸發矢量網絡分析儀完成一次測量，最終得到目標各個角度的完整的RCS數據。
2.如權利要求1所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，所述系統控制單元為主控計算機，用于實現測試系統的自動控制。
3.如權利要求1所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，所述信號產生與處理單元由矢量網絡分析儀組成，用于實現激勵信號的產生及接收信號的處理。
4.如權利要求1所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，所述方位控制單元包括測試轉臺、轉臺控制器及低散射支架，用于實現遠程控制轉臺進行方位旋轉，以實現被測目標的方位改變。
5.如權利要求1所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，所述通道選擇單元由發射通道的多工器I和接收通道的多工器2組成，所述多工器I及所述多工器2包含多路通道，以及多個波段的濾波器，濾波器的工作頻段與測試天線的工作頻率相對應。
6.如權利要求1所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，所述天線陣列單元包括發射天線陣列和接收天線陣列，兩個陣列由兩組相同的高增益喇叭天線構成，所述發射天線陣列包含η個發射天線,所述接收天線陣列包含η個,其中,所述一個發射天線與一個接收天線相對應。
7.如權利要求1所述的基于多工器的寬頻帶RCS測試方法，其特征在于，所述被測目標包括校準球和待測目標。
【文檔編號】G01R29/08GK104133119SQ201410366775
【公開日】2014年11月5日 申請日期:2014年7月29日 優先權日:2014年7月29日
【發明者】年夫順, 張文濤, 王亞海, 常慶功, 唐敬雙, 金羲宸 申請人:中國電子科技集團公司第四十一研究所