HB Z 280-1995 飞行器雷达散射截面测试指南.pdf
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1、1995-12-13发布空工、指导性技术文件HB/Z 280-95 ,b 目1996-01-01实中国航空工业总公司批准AnLndaa哩Fbp。目次主题内容与适用范围. . . 引用标准术语. 测试方法. 测试条件.数据处理测试任务及完成形式. . . (1) (1) (1) (1) (4) (14) (16) 中华人民共和国航空工业标准飞试指南HB/Z 280-95 本指南规定了雷达散射截面测量的基本方法、测试条件和数据处理等要求。本指南适用于射频无反射室内巳行器雷达散射截面测试,外场测试亦可参照使用。2 引用标准GB 12471 木制件公差与配合木制件表面粗糙度参数及其数值GB 12472
2、 GB/T 14410.1 GJB 72 飞行力学概念、量和符号坐标轴系和运动状态变量电磁干扰和电磁兼容性名词术语3 术语3. 1 雷达散射截面(Radar cross section缩写RCS)雷达目标反射强度的量值,它定义为收乘以指定方向上单位散射立体角的散射功率与该指定方向入射到散射体的单位面积上的入射功率之比。3. 2 射频无反射室(电波暗室)见GJB72第6.1条。33 背景测量中与有用信号同时出现的限制和影响低电平(弱信号)检测的那些干扰和噪声信号。3.4 定标体作为标准反射体的目标。3.5动态范围系统中最小可测信号电平与最大可测信号电平之间的差值。3. 6 灵敏度在接收机或类似设
3、备上产生具有指定信噪比的输出信号的最小输入信号。3.7静区射频无反射室内满足远场条件且使干扰信号电平最低的区域。4 测试方法4. 1 测试基本方法测量雷达散射截面时,电磁波照射到目标,测出目标处的入射功率和目标的反射功率,根1995-12-13发布1996-01-01实施UB/Z 280-95 据公式(1)经计算得出目标的雷达散射截面。, =州mR言. . . . . . . . 式中z一一目标的雷达散射截面,m2;R 雷达到目标的距离,m;Es一一目标的反射回波场强,V/m;E,一一目标处的入射场强.V/moR 实际测量中,由于不易直接测量场强,对于特定的测量系统,在发射功率、频率、接收机增
4、益等不变的条件下,用一个已知雷达散射截面的定标体作相对测量,即分别测量目标和定标体的反射回波功率,利用公式(2).经计算得出目标的雷达散射截面.式中z一一目标的雷达散射截面,m2; P 目标的回波功率,W;P。一定标体的回波功率,W;=主。. 。定标体的雷达散射截面理论值.m2。4. 1. 1 连续波点频测试系统4.1.1.1 系统组成连续波点频测试系统由微波信号源、功率调节器、定向藕合器、发射天线、接收天线、魔梯(E一T接头)、微波接收机、数据处理及控制系统、对消支路(精密衰减器和精密移相器)、转台、支架及目标组成。对消支路主要是消除由于发射天线和接收天线间的祸合及目标不存在时射频无反射室及
5、支架干扰信号而引入的反射。4.1. 1. 2 测试过程连续波点频测试系统如图1所示,信号源产生一高稳定度的等幅连续波,经发射天线发射,分别测量目标和定标体散射的信号,其散射的回波信号由接收天线、微波接收机接收后与转台同步的角度信号一并送入计算机,根据公式(2)计算出每个角度的霄达散射截面,经处理获得雷达散射截面与姿态角关系的曲线,4. 1. 1. 3 系统要求a.微波信号源频率稳定度lO/h(频率范围一般为218GHz); b.接收机动态范围应大于4创B.动态范围内系统线性度应优于O.5dB(含软件修正hc.微波接收机灵敏度应优于-9OdBm。4. 1. 2 扫频测试系统4. 1. 2. 1
6、系统组成扫频测试系统由微波扫频源、微波接收机、数据处理及控制系统、接收天线、发射天线、转台、支架及目标组成。4. 1. 2. 2 测试过程2 HB/Z 280-95 钱收天线国阳刚晦功率放大器发射天线目标或定标体微波信号源向偶合器-对消支路精密衰减器支架精密移相1部微波按收机转台E-T按头数据处理及控制系统图1连续波点频测试系统扫频测试系统如图2所示,扫频源产生一个高线性度调频信号,经发射天线发射,目标散射信号经接收天线接收进入零拍混频器,混出的低频信号经抗混迭滤波及低频放大后,由计算机采集作富里哀变换处理,然后对频率样本进行截取并作逆富里哀变换及检出其低频包络,根据公式(幻,可获得被测目标每
7、个角度不同频率点上的霄达散射截面。对频率样本截取后,将频率换算成距离,便可得到距离(纵向)一维分布(一维成像儿采用逆合成孔径方法可获得散射源的二维分布(二维成象) 4. .2.3 系统要求a.频率范围:218GHz.带宽:24GHz;b.分辨率:5cm(矩形窗hc.动态范围:应大于6odB.一幅二维成像图的动态范围z大于2创B;d.定位准确度(指散射源相对位置).优于2%;e.定标准确度包括重复性)优于士O.3dB。4. .3脉冲波测试系统4.3. 系统组成脉冲波测试系统由微波信号源、脉冲调制器、微波接收机、环行器、数据处理及控制系统、3 HB/Z 280 95 收发天线、转台、支架及目标组成
8、。目标或定标体发射天线国阳刚晦微波扫频源微波援收机支架按收天线转台数据处理及控制系统因2扫频测试系统4. 1. 3. 2 测试过程脉冲波测试系统如图3所示,微波信号源产生一高频连续振荡信号,免脉冲调制器调制成射频窄脉冲串,经环行器发射,微波接收机收到目标、定标体的各位置点的回波功率,根据公式(2),求tlj各角度上各散射距离的霄达散射截面。4.3.3 系统要求发射持续时间很短的脉冲,能获得较高的距离分辨率。若接收机带宽等于脉冲宽度的倒数,就使接收机成为脉冲波形的匹配滤波接收机。脉冲宽度为Ins的系统极限距离分辨率为15cm. 5 测试条件5. , 测试要求5. 1. , 频率测试系统的测试频率
9、,通常指发射源的载波频率,对真实目标应与霄达的工作频率相一致。对缩比模型应满足缩比要求。常用的有X(3cm)、Ku(2cm)波段,其中心频率分别为9.37GHz及15.0OGHz。不同的测试系统,可以点频工作或扫频工作。毫米波段(8mm、3mm)测试设备,随雷达散射截面测试要求,应逐步地发展。5. .2极化在雷达散射截面测试时,通常电磁波的极化与霄达系统极化概念相一致,即以电场强度矢量E相对于大地水平面的取向来定义。垂直极化=发射电磁波的电场矢量方向垂直f大地水平面,用符号V表示。4 HB/Z 280-95 微波信号源目标成后:标体环行器收发天线数据处理及控制系统蜀时嘱脉忡调制器定时参考信号支
10、架微波援收:iJl转台图3脉冲波测试系统水平极化z发射电磁波的电场矢量方向平行于大地水平面,用符号H表示。交叉极化:发射天线与接收天线工作于不同的极化状态时,称之为交叉极化。交叉极化波可以按矢量分解方法,分解成两种极化。在常规的雷达散射截面测试时,般只做vv及HH两种极化。5. .3 坐标系坐标采用GB/T14410.1第3.1.4条规定的坐标系。5. ,. 4 角度角度采用GB/T14410.1第3.2. 2条规定的角度。一般俯仰角、滚转角取土5、士10、土150,推荐值为士10005. ,. 5 剖面剖面是指目标在方位上转动一周所记录到雷达散射截面的方向图,按目标姿态及支架倾角,可分为两种
11、剖面,见图4。大圆剖面g般上述的坐标及姿态角均指大困剖面,HP不管目标在支柱上的姿态如何,支柱总是按竖直轴旋转的。大圆剖面优点是容易实现大的俯仰角、滚转角测试,模型不易滑倒,缺点是改变俯仰角、滚转角时,目标与支架处的连接要不断变换。圆锥剖面z旋转支架倾斜+定角度,比之同一大圆剖面,同样一条曲线可以测得更多雷达散射截面信息,且改变俯仰角时,只要转台俯仰即可,比较方便,但模型转动时不稳,易倾倒,难于实现大俯仰角测试。一般采用大困剖面测试。5.2 射频无反射室5 5.2. 1 结构和尺寸5.2.1.1 矩形室大四HijHB/Z 280-95 圆锥lijij图4剖面矩形室剖面如图5所示。室的校度、宽度
12、和高度分别以L、W和H表示.室的长度LR,R为发射天线至转台中心的距离,0为目标最大横向测量尺寸.天线静区L 图5矩形室剖面图室的长度,LR+W/2,且R注20/,其中为入射波长。室的宽度和高度,W和H应分别大于L/30矩形室的缺点是有多路径影响.5.2. ,. 2锥形室H 锥形窒剖面如图6所示.室的长度、宽度和高度分别以L、W和H表示。室的长度LR,R为发射天线至转台中心的距离。D为目标最大横向测量尺寸.室的长度,LR+W/2,且R二三20/,其中为入射波长。室的宽度和高度,W和H应分别大于L/30锥形窒可减少多路径影响,且对低频工作有利。5.2.2 吸波材料根据测试准确度及测试频率要求选用
13、吸波材料,吸收率在选用频率范围内应大于4创B。6 HB/Z 280-95 天线L 图6锥形室剖面图5.2.3静区5. 2. 3. 1 静区散射截面静区内固有散射截面通常应小于40dBm 0 5. 2. 3. 2 静区尺寸考虑到目标旋转,静区尺寸通常大于或等于最大目标可测尺寸。5.2. 3. 3 静区形状静区形状一般为球形、圆柱形、立方体。5. 2. 3. 4 固有雷达散射截面固有雷达散射截面是指射频无反射室本身反射而固有的雷达散射截面。H 固有雷达散射截面和室的形状、吸波材料选用及测量点有关,固有雷达散射截面是距离位置的函数,即O2 =24. . . . . 式中:Rl.R2雷达与目标间距离,
14、mgl 雷达与目标间距离为民时的雷达散射截面,时,叫一一雷达与目标间距离为R,时的雷达散射截面,mze通常以反射最弱的静区处的雷达散射截面为固有雷达散射截面。5.2.4 远场条件当测试距离满足R二2D/时(其中R为雷达与目标间的距离,D为目标最大尺寸.为入射波长),可认为平面波照射,即符合远场条件。由于飞行器(模型)横向测量尺寸都比较大,很难满足远场条件。目前,国内射频无反射室都难于满足整机模型测试对场地的要求,为了满足远场条件,有时需安装紧缩场。5. 2. 4. 1 紧缩场当被测目标或其模型在射频无反射室进行雷达散射截面测量时,用紧缩场装置可将测试设备发射的球面波在几米到十几米距离之内变成平
15、面波,使之在相当大的一个测试区(静区内满足远场条件,其静区尺寸取决于紧缩场系统技术指标。7 5. 2. 4. 2 紧缩场装置的要求a.频率范围240GHz;HB/Z 280-95 b主反射面口面利用率,50%以上;c.静区尺寸:横向测量尺寸通常为3.-.5m;d.振幅起伏小于士0.5dB;相位起伏小i20; e.交叉极化小于25dB。5.3 测试支架(简称支架)5. 3. 1 支架要求a.支架应能与目标定位系统(一般为转台)一起使目标转动,偏航角(方位角)0360.最小步进角不大于o.10,支架应能使目标俯仰角和滚转角均有士15。的变化范围;b.根据被测目标大小,重量及雷达散射截面(预估)的不
16、同,对支架应有不同的要求,具体要根据被测目标最低雷达散射截面及测量精度而定。一般要求是=承重能力要强,固有雷达散射截面要低gc.支架应便于被测目标的安装定位,支架与被测目标接触面应尽量小,最好不破坏被测件外形结构,如果不得不在被视目标上采取钻孔、开槽等则要采取适当措施以保持其原来外形zd.支架距离地面或转台台面有足够的高度,以减少目标与转台台面和地而之间的祸合,支架高度最好能达到射频无反射室高度一半的位置。5. 3. 2 支架类型5. 3. 2. 1 低密度泡沫塑料支架这是应用最广泛的支架,它具有结构简单、加工方便、造价低,其固有雷达散射截面也比较低等优点,缺点是承重能力较差。材料一般是发泡聚
17、苯乙稀或者是发泡聚氨酶,每立方米材料的雷达散射截面平均为一42.5dBm2。这种支架的形状一般做成台锥形,台锥顶角般为1020(取决于使用频率)。台锥侧面用锯齿形软泡沫塑料覆盖可降低固有雷达散射截面。5.3.2.2 外表面覆盖吸波材料的木材或塑料支架这种支架承重能力较强,上部可加较短的发泡塑料支架,两部分连接处覆盖吸波材料以防止二次搞合。5. 3. 2. 3 悬绳吊带支架这种支撑目标的方法布兰种不同的结构形式:第一种形式是目标上方有一种悬挂支点,目标下方是旋转机构;第二种形式是上方为旋转机构,下方是支点g第三种形式是上、F方都是旋转机构。实用的是第一种如图7所示。通过射频无反射室顶棚上支点用绳
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