魏 挺，張銳娟

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

測量雷達穩(wěn)定性及測量精度檢測方法研究

魏 挺，張銳娟

（中國飛行試驗研究院，陜西 西安 710089）

文章總結(jié)了測量雷達系統(tǒng)的測評情況，通過多次地面實驗，求取雷達系統(tǒng)K值，并分析了雷達K值變化的情況來檢測雷達系統(tǒng)的穩(wěn)定性，通過不同尺寸金屬球相互校準的形式檢測雷達的RCS測量功能。實驗結(jié)果表明，雷達狀態(tài)相對穩(wěn)定，具備RCS測量功能。

測量雷達；穩(wěn)定性；精度；檢測方法

高技術(shù)戰(zhàn)爭條件下的復(fù)雜戰(zhàn)場環(huán)境，對目標特性的研究提出越來越高的要求。雷達目標電磁散射特性作為目標特性專業(yè)的重要分支之一，近20年來取得了飛速發(fā)展。因此，目標特性測量雷達系統(tǒng)穩(wěn)定性及測量精度的測評，在電磁專業(yè)的工程應(yīng)用中尤為重要。

雷達定標實驗是檢驗雷達整體性能的常用方法，常用的標校方法分為相對標校和絕對標校。絕對標校法忽略了發(fā)射系統(tǒng)的影響且對測量設(shè)備精度要求高，因此工程中通常采用相對標校法。

1　基本原理介紹

雷達標定試驗主要利用標準金屬球進行標校，以獲取雷達系統(tǒng)K值。K值涵蓋了雷達系統(tǒng)損耗、大氣衰減等不確定因素，是計算目標RCS值的關(guān)鍵參量，因此標定試驗的效果直接影響動態(tài)RCS的測試精度。

單站測量時，雷達方程可表示為目標回波功率、目標RCS、發(fā)射系統(tǒng)、接收系統(tǒng)和傳播路徑等若干參數(shù)的方程，其定義如式（1）：

（1）

（1）式中各字母如下，Pr：雷達接收的目標回波功率；Pt：雷達發(fā)射功率；G：天線增益；λ：雷達波長；R：天線到目標的距離；σ：目標的雷達散射截面積；Lt：發(fā)射支路損耗；Lr：接收支路損耗；Lm：大氣傳輸損耗；LP：極化損耗。令

其中，常數(shù)K可利用已知RCS的標準金屬球校準得到：

式（5）中各字母含義如下，σs：標準金屬球的雷達散射截面積；Prs：標準金屬球的回波功率；Pts：測量標準金屬球的雷達發(fā)射功率；Rs：標準金屬球到天線的距離；Lms：定標時的大氣損耗。

其中Lm需要根據(jù)目標距離進行修訂，Pts可通過高精度功率檢測計實時測量，Prs可通過功率校準曲線獲得。

大部分測量雷達都采用測量支路與跟蹤支路融合的設(shè)計方案。在數(shù)據(jù)采集端，信號回波功率被分解為AGC和脈壓幅度Amp兩部分，在dB空間內(nèi)AGC+20×lg（Amp/A0）與回波功率Pr呈線性關(guān)系，其中A0是AGC起控電平，為固定參量。在實際測量中一般采用相對測量法，Pr（dB）和Prs（dB）在計算中可用AGC+20×lg（Amp/A0）代替，且在特定頻段、距離內(nèi)Lms變化可忽略不計。式（5）可簡化為：K（dB）=σs（dB）+Pts（dB）-AGC-20×lg（Amp/A0）-4Rs（dB） （6）

2　試驗處理方法

2.1接收通道線性度檢查

接收機線性度直接影響測量結(jié)果的準確性。以某測量雷達為例，耦合出一路固定功率的頻綜信號，接精密可變衰減器后由接收系統(tǒng)接收，將輸入信號逐dB衰減并在數(shù)據(jù)采集端記錄。分析數(shù)據(jù)后得出，dB空間內(nèi)AGC+20×lg（Amp/A0）與回波功率Pr呈線性關(guān)系，圖1為該雷達驗證結(jié)果，X軸為dB空間信號輸入功率，Y軸為AGC+20×lg（Amp/A0）變化曲線。

圖1　水平支路測試結(jié)果

根據(jù)回波數(shù)據(jù)算出該通道接收機線性度為：η=0.23%，非線性誤差為：ε=0.14dB。

2.2應(yīng)用標準金屬球?qū)走_系統(tǒng)進行標校

2.2.1定標金屬球選擇

由于標準金屬球各向同性，回波不隨入射波角度變化而變化，但其RCS隨電尺寸的變化而變化，散射的精確解為熟知的Mie級數(shù)，其標準RCS計算公式如下：

k=2π/λ為波數(shù)。

當ka＞20時，標準金屬球的RCS趨向于其幾何投影面積πa2，ka＜20可通過查表先查取相對應(yīng)的NRCS值，再依據(jù)式（9）求得相應(yīng)金屬球標準RCS值。

2.2.2放球方式

業(yè)界常用的外場定標方法分為地面放球和直升機放球兩種。前者受風(fēng)速和背景干擾影響小，但成本偏高；后者成本低，流程時間短。外場定標通常采用后者。

為減少氣球以及地面雜波對標校精度的影響，標準球金屬與雷達應(yīng)保持在適當距離范圍。距離太遠容易使氣球與金屬球同在主波束內(nèi)，影響定標效果。若因距離遠導(dǎo)致雷達仰角偏小，容易引入地雜波。若距離太近，金屬球容易進入雷達測量盲區(qū)。

3　實驗結(jié)果

為了綜合檢測雷達系統(tǒng)的穩(wěn)定性，某波段雷達共進行6次標定試驗。其中大球?qū)?yīng)散射截面：0.0675m2（-11.70878dB）；小球?qū)?yīng)散射截面：0.0487m2（-13.10769dB）。圖2為該雷達K值（式6）統(tǒng)計結(jié)果，圖3為6次放球溫度、濕度和場壓的變化曲線。

從圖2可以看出，同一天內(nèi)同一極化方式下大球和小球得到的K值基本一致，并且K值起伏不超過1.5dB，該結(jié)果表明目前雷達系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，且從圖3中的溫度、濕度、場壓變化曲線可以看出，K值的起伏不隨單一環(huán)境因素變化而變化，受環(huán)境的綜合影響。

以進一步檢測該雷達的測量精度為目的，ε挑選某日的放球數(shù)據(jù)，以大小球相互為基準，測量對方雷達散射截面。

圖2　 K值變化曲線

圖3　溫度、濕度、場壓變化曲線

表1中大球和小球相互為基準測量雷達散射截面的結(jié)果表明，該雷達已經(jīng)具備RCS測量功能，且從表1中測量誤差一項可以看出，雷達測量靜止目標RCS效果良好，精度比較高。但動目標測量精度還需等條件具備后，對后期直升機放球數(shù)據(jù)、飛行數(shù)據(jù)以及RCS測量不確定度作出進一步分析后得出結(jié)論。

表1　相互測量結(jié)果

4　結(jié)語

金屬球定標實驗是檢驗雷達整體性能的常用方法。通過本文對某雷達標定數(shù)據(jù)的舉例分析，表明該雷達目前系統(tǒng)穩(wěn)定性良好，具備RCS測量功能，且測量靜止目標RCS精度較高。該分析方法能為目標特性相關(guān)工作的開展打好基礎(chǔ)，同時也具有一定的普遍適用性，對其他測量雷達系統(tǒng)的測評有借鑒意義。

［1］楊沛.外場RCS測量常用方法比較［J］.電子科技，2011（24）：69-72.

［2］張德保.外場毫米波RCS測量中的無源標校法［J］.船舶電子對抗，2006（29）：31-33.

［3］楊沛.外場RCS目標特性測量標校誤差分析及改進［J］.電子科技，2009（22）：76-79.

Research of Measuring Radar Stability and Accuracy of Measurement Method

Wei Ting， Zhang Ruijuan （China Flight Test Establishment， Xi'an 710089， China）

Measurement instrumentation radar system is summarized in this paper， by many times the ground experiments， K value to calculate the radar system， and analyzing the radar K value changes， to test the stability of the radar system. And through the different size of metal ball in the form of mutual calibration detection radar RCS measurement function. The experimental results show that the radar is relatively stable， have RCS measurement function.

measuring radar； stability； precision； detection method

魏挺（1984-），男，黑龍江哈爾濱，碩士，工程師；研究方向：雷達電磁目標特性。