宋 廣，陳永森，楊 俊

(1.解放軍92785部隊，河北 秦皇島 066001；2.中國船舶集團有限公司第八研究院，江蘇 揚州 225101)

0 引 言

外場雷達散射截面(RCS)測量雷達是獲取大型武器裝備電磁散射特性的主要設備，RCS測量雷達的校準是保證測量精度的關鍵環(huán)節(jié)。金屬球具有精確理論散射解且各向同性，是測量雷達理想的定標體。使用標準球的無源定標方式是國內(nèi)外RCS測量雷達普遍采用的定標方法[1]，也是最有效和最精確的方法[2]；然而無源定標受外場氣象和場地條件的影響較為嚴重，限制了測量雷達任務的及時開展。

針對該問題，文獻[3]分析了外置的有源定標方式以及校準參數(shù)和內(nèi)容，具有較高的定標精度，但是難以適應地面RCS測量設備。文獻[4]針對連續(xù)波測量雷達，提出了有源接收與轉發(fā)模擬的方法實現(xiàn)校準問題，但要求校準裝置的架設高度，不利于實際操作。

本文針對現(xiàn)有定標方式在實際使用過程中所面臨的環(huán)境適應性和定標精度的問題，采用內(nèi)置有源定標的方式對發(fā)射和接收分別標定，實現(xiàn)系統(tǒng)定標，經(jīng)過外場驗證，該方法具有較高的定標精度。

1 校準原理

根據(jù)測量雷達的工作原理，目標RCS的測量值由式(1)確定：

(1)

式中：σ為目標RCS；Pt為發(fā)射功率；Gt為天線發(fā)射增益；當天線收發(fā)共用時，天線接收增益Gr=Gt；λ為信號波長；L為系統(tǒng)中的傳輸不匹配和損耗；S為接收機輸入功率；R為目標距離。

在任何頻率處獲取以上參數(shù)即可確定σ。參數(shù)Gt、Gr、L和λ為固定值，R可由其他設備或者參數(shù)解算獲取，在得到Pt和S后即可實現(xiàn)有源定標，這2個參數(shù)的不穩(wěn)定性及測量誤差是設備測量精度的主要影響因素，因此Pt和S的高精度參數(shù)測量是有源定標實現(xiàn)的關鍵。

依據(jù)以上分析，構建如圖1所示的有源定標裝置，在天線饋電處布置信號輸出/引入端口，通過選擇開關將發(fā)射輸出信號耦合后送至功率檢測設備獲取Pt；將高穩(wěn)定的校準源信號通過校準衰減器降低功率后引入接收支路，并在輸出端測量其功率Pt：

Pt=kS

(2)

式中：k為接收系統(tǒng)增益，需要通過測量得到。

圖1 有源定標工作原理

因此，通過測量發(fā)射功率和接收系統(tǒng)增益后，即可實現(xiàn)測量雷達的有源定標。

2 定標裝置設計與實現(xiàn)

依據(jù)以上原理，設計了通用RCS測量雷達有源定標裝置，實物如圖2所示。設備主要技術指標如下：

功率測量誤差：≤0.2 dB/4 h；

校準源功率穩(wěn)定度：≤0.3 dB/4 h；

系統(tǒng)校準精度：≤0.5 dB/4 h。

主要工作流程如下：首先置發(fā)射狀態(tài)，將發(fā)射耦合信號引入功率檢測模塊后進行發(fā)射功率測量，遍歷工作頻率后得到發(fā)射功率Pt；置接收狀態(tài)，將校準源信號引入接收支路，在接收機輸出端記錄輸出功率Pr，遍歷工作頻率后利用式(2)得到接收機增益值。

圖2 通用RCS定標模塊

3 定標效果

3.1 發(fā)射通道

在8～18 GHz范圍內(nèi)按照250 MHz的頻率間隔分別測量H極化支路和V極化支路的發(fā)射功率Pt，每個頻點測量6次，循環(huán)2遍，功率測量的每一個數(shù)據(jù)點均顯示在圖3所示的功率曲線中。

圖3 發(fā)射通道功率測量結果曲線

該數(shù)據(jù)用于有源校準，其隨機誤差將直接疊加到RCS的測量結果上。逐點分析測量誤差并繪制均方根曲線(如圖4所示)，可以看出頻段內(nèi)的測量誤差σPt最大值為0.10 dB，測量精度較高。

圖4 發(fā)射功率測量誤差

3.2 接收通道

測量接收通道的增益k如圖5所示，測量誤差分析如圖6所示，其中接收支路增益的測量最大誤差σk為0.05 dB，頻帶內(nèi)的測量精度較高。

圖5 接收通道增益測量結果曲線

圖6 增益測量誤差

3.3 試驗驗證

將定標模塊接入測量雷達，建立有源定標任務，定標結果如圖7所示。使用標準球?qū)τ性炊说木冗M行驗證，標準球直徑為300 mm，其RCS的理論值為-11.5 dBm2，如圖8所示。為避免雜波影響，將標準球系留至200 m高度后測量其RCS，結果如圖9所示。可以看出，測量誤差最大值優(yōu)于1 dB，說明有源定標具有較高的定標精度。

圖7 測量雷達有源定標曲線

4 結束語

本文圍繞外場RCS測量雷達的系統(tǒng)定標，分析了定標所需的關鍵參數(shù)，設計了有源定標體制和技術實現(xiàn)方式，能夠有效隔離定標過程中的外部影響因素。通過開展定標精度試驗，表明了該定標方式具有較高的精度。

圖8 標準球掛飛

圖9 標準球測量結果