介电散射技术（精选3篇）
介电散射技术 篇1
0 引言
雷达作为军用和很多民用领域的重要传感器, 能够全天候、全天时、远距离对目标进行探测和定位, 由于早期的雷达分辨能力比较低, 通常其分辨单位远大于目标尺寸, 所以雷达测定位置和运动参数时都是把探测目标当成点目标来进行的。雷达工作者为了得到目标更多的信息, 做了很多的相关研究, 设法从回波中提取目标特性。由于用图像来识别目标比点目标回波识别方便和可靠很多, 因此要想获取更多的目标信息, 提高雷达的分辨能力是一项有效措施, 因为如此可以使分辨单位远小于目标尺寸, 实现目标成像。逆合成孔径雷达它利用距离和多普勒分辨技术来得到目标的图像, 一方面利用由于目标相对于雷达的姿态角转动所产生的多普勒频率变化梯度得到很高的横向分辨率;另一方面利用宽频带的脉冲信号来得到很高的径向分辨率。
目标雷达电磁散射特性的研究主要表现在目标散射特征的提取技术及分类识别技术, 而目标散射特征的选择和提取为基础和关键的环节。目标散射特征信息提取技术大致可以分为两类:基于一维高分辨距离像 (HRRP) 的目标散射特征提取和基于二维逆合成孔径雷达 (ISAR) 图像的目标散射特征提取。一维高分辨距离像描述了目标的散射中心在径向的投影, 然而它又敏感于目标姿态所带来的变化, 难以提取到稳定的特征信息。而ISAR雷达具有良好的目标横向分辨力, 它能提供有关目标纵向长度、散射中心位置、幅度等信息, 有利于获取更多的目标信息。
ISAR二维像是目标在成像平面上的投影, 根据几何投影关系, 沿距离向和方位向的视图能够确定目标轮廓沿距离向和方位向的分布范围, 便可以进行目标区域尺寸信息提取。图像上各点表征飞机上各散射点在成像平面上的强弱分布。
1 逆合成孔径雷达 (ISAR) 成像原理
脉冲宽度τ决定着脉冲雷达的纵向距离分辨力, 两者是反比的关系, 脉冲越窄, 距离分辨力越好。如果是比较复杂的脉冲压缩信号, 雷达信号的有效带宽B决定着纵向距离分辨力, 有效带宽越宽, 距离分辨力δr越好。距离分辨力可表示为式 (1) 所示。
横向距离分辨率主要靠多普勒效应, 横向距离分辨率δx可表示为式 (2) , 其中△θ=0.05rad为在观测过程中, 目标的转角
2 基于实测数据ISAR二维像的飞机目标特征提取
2.1 实测数据分析
测量雷达发射LFM信号, 频带宽1GHz, 脉冲宽度50us, 录取数据时飞机距雷达约12Km左右, 高度为3000m。飞机在雷达向正前方稍偏右直线向前飞行, 机动动作只是向右转了一个小的角度, 历时8秒多, 成像结果如下图1所示。
2.2 目标长度尺寸提取
飞机ISAR二维像是飞机目标在成像平面上的投影, 图像上各点表征飞机上各散射点在成像平面上的强弱分布。通常ISAR成像凭借自身背景杂波小的特点, ISAR图像能够比较清晰的分为目标区域和背景。根据几何投影关系, 目标轮廓沿距离向和方位向的分布范围能够从ISAR二维像沿距离向和方位向的视图中看出, 只需以进行目标区域提取即可。方位向视图由ISAR二维像各方位单元幅度最大值所构成, 距离向视图由ISAR二维像各距离单元幅度最大值所构成, 图2给出飞机在距离向、方位向投影视图。
由于飞机一般是长体, 提取出目标区域后, 不仅可用于后续其他一些处理, 而且还可以估计出目标的长度。假设mz、mh分别是ISAR二维像距离向和方位向视图所提取的目标距离向和方位向所占据分辨单元数目, 那么目标距离向长度和方位向长度是:
式 (5) 、 (6) 中, ρz为距离分辨率, ρσ为方位分辨率。成像平面内目标长度估计如式 (7) 所示:
某次测试试验中, 雷达持续跟踪目标, 雷达与目标之间方位角变化范围为70°到135°, 每隔1°进行一次成像, 并对目标长度提取, 目标尺寸的变化曲线如图3所示。
由图3中可以看出, 目标对称轴与雷达视线夹角变化范围在60度到120度之间时, 飞机沿纵向和横向的投影长度有着很大的变化, 此时提取出来的目标在成像平面的投影长度变化范围较小, 结果具有很高的可信度。由此可知, 利用ISAR二维像所提取的目标长度特征不受目标姿态的影响, 具有很强的稳健性。所以, 基于ISAR二维像的目标长度特征能够比较清楚的对目标进行分类, 然后利用相关的专业知识便可进行目标识别。
2.3 目标强散射点的提取
在高频区, 可以把复杂目标的总散射场当成是许多个局部散射源场的叠加, 散射中心就是指这些局部散射源。每个散射中心都有不同的散射机理, 比如边缘绕射、镜面反射、尖点绕射、爬行波等。一般来说, 飞机类目标的头部强散射源主要是进气道、座舱、雷达舱等, 飞行器隐身设计就要对这些强散射源进行衰减或抑制。
2.3.1 模型的建立
在光学区, 雷达目标频率响应可以表示为各个散射中心的频域响应之和, 每个散射中心的频率响应可以表示为距离相位因子与频率指数 (j2πf) ti的乘积, 对于不同的散射类型有不同的ti值。假设目标由M个散射中心构成, 其后向电磁散射场经由线极化天线接收后可表示为:
式 (7) 称为指数和模型, y (k) 为第k个散射点幅度值, M表示目标散射中心数目, N为阶数, di表示散射中心的强度, pi称为模型极点, pi的模pi反映了散射中心的几何类型, c是光速, 模型参数集{di, pi}Mm=1精确地表征了目标的散射中心分布, 提取目标散射中心也就是根据目标测量数据y (k) 估计模型参数集{di, pi}Mm=1。
2.3.2 模型参数估计
对指数模型取逆傅里叶变化如下式:
当时, 目标模型处将会产生一个峰值。下面以来估计参数{di, pi}mi=1
值。下面以来估计参数{di, pi}mi=1
将Y矩阵进行奇异值分解
这里U、V是酉矩阵, ∑是对角矩阵
其中如果测量数据是在无噪声干扰情况下获得且测量数据是基于指数和模型, 则σm+1, σm+2, …σj=0, 此时矩阵有m个非零奇异值, 秩为m。
由于不同的目标在测量时模型阶数事先不知道, 因此需要从∑′中依某种准则自动判定m值, 从而得到只有m个奇异值的∑′矩阵。判断准则为对于给定的一个λ值, 0<λ<1, 选择m使得σm-σm+1<λ (σ1-σ2) 。这一步具有抑制噪声干扰和减少建模误差的作用, 经过这样处理, 可以得到取出噪声干扰和建模误差的Y′的矩阵:Y′=U∑′VH下面求出多项的系数便可以得到模型的零点。计算方法如下:A=-Y2+Y1′, Y′=[Y1′∶Y2′] (Y1′是Y′矩阵的第一列元素, Y2′是Y′排出第一列元素后剩余的矩阵) Y2+是Y2′矩阵的伪逆 (Moore-Penrose逆) 。这样得到多相式系数后建立多项式:
求解式 (12) 的零点即可得到模型的极点{pm}Mm=1。由指数和模型得到di
按照上述方法对图1中所成的像进行散射点提取如图4所示, 从图中可以看出, 当入射波沿飞机鼻锥方向照射时, 目标径向有两个强散射点, 分别为进气道与座舱。
3 总结
本文从电磁散射的原理分析了目标的雷达散射特性, 结合外场实测数据得到目标二维高分辨ISAR图像, 提取了目标几何尺寸以及目标强散射点的分布情况, 达到了对目标电磁散射分布特征研究的目的, 该方法已在某型机上得到成功的应用。对于飞机隐身设计具有一定的指导意义。
参考文献
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介电散射技术 篇2
1 LTCC技术的特点及低温共烧微波介质陶瓷的性能要求
LTCC是今后电子元器件生产的一个必然趋势。该技术是将低温烧结陶瓷粉体制成厚度精确且致密的生瓷带,在生瓷带上利用激光打孔、微孔注浆、精密导体浆料印刷等工艺制备出所需要的电路图形,并将多个无源元件埋入其中,然后叠层,在900℃以下烧结,制成三维网络的无源集成组件,也可制成内置无源元件的三维电路基板,在其表面可贴装IC和有源器件,制成无源/有源集成的功能模块。图1为典型的LTCC组件的结构示意图。与其它集成技术相比,LTCC具有以下特点:可以实现各层分别设计、一体烧结,从而提高生产效率和成品率,降低成本;采用多层共烧工艺,从而降低工艺的复杂性,提高可靠性;独特的外导体、内导体以及导热通道设计,提高散热效率,解决散热难题;既实现各种无源元件(电阻、电容、电感、滤波器)的集成,又可表面贴装IC元件,提高集成密度和功能化程度,减小模块体积;可将不同介电常数(高ε、低ε)的微波介质材料集成以满足不同工作频率的要求,具有优良的高频、高Q特性[4]。低温共烧技术的出现使得微波元器件的小型化、多功能、高频化和高可靠性得到快速发展。
微波介质陶瓷作为LTCC技术的关键基础材料之一应具备以下性能:(1)烧结温度低于1000℃;(2)介电常数εr在2~2000之间变化;(3)品质因数Q值较高,一般需满足Q>1000,以保证优良的选频特性和降低器件在高频下的插入损耗;(4) 谐振频率温度系数τf近于零;(5)具有较好的热稳定性;(6) 陶瓷与金属电极(Cu/Ag)无界面反应,且二者的烧结收缩匹配;(7) 陶瓷材料配方应有利于工艺流程。除此之外,还要求材料物理和化学稳定性高、力学性能好、热导率高、热扩散性好、热膨胀系数小和局部缺陷尽可能少等。
2 LTCC低介电常数微波介质陶瓷的种类和性能特点
根据LTCC的结构、性能特点和使用要求,LTCC低介电常数微波介质陶瓷主要分为LTCC基板/封装材料和LTCC微波元器件材料两大类。LTCC基板/封装材料主要用作封装的介质材料和元器件的载体,而LTCC微波元器件材料则是LTCC封装结构中有源和无源器件的基础材料。
2.1 LTCC基板/封装材料
LTCC基板材料应具有低烧结温度、低介电常数、低介电损耗以及高的绝缘电阻和介电等特点,同时其热膨胀系数 (CTE) 应与芯片材料相匹配。LTCC基板材料因其突出的性能优势而得到了快速发展,尤其是在MCM、BGA、CSP等高密度封装中的应用越来越广泛,常见的LTCC基板材料的组成和主要性能指标见表1[5]。
目前得到商业化应用的LTCC基板材料主要为玻璃陶瓷和微晶玻璃。美国Dupont公司的产品951是一类典型的玻璃陶瓷基板材料。该产品以其优良的工艺性能和使用性能成为国内外研究者的首选材料。Ferro公司研究的A6系列和IBM公司研究的堇青石系材料属于另一类典型的LTCC基板材料——微晶玻璃,由于其性能优良,常被用来制作最终产品。国外各大公司对材料研究的核心技术保密,而且基板材料的研究难度大、成本高、周期长,目前国内基板材料的研究尚处于起步阶段,相关材料及制备技术的研究与国外先进技术相比尚有很大差距。
2.2 LTCC微波元器件材料
对于LTCC微波元器件而言,介质材料的介电常数、品质因子、谐振频率温度系数与基板材料共烧匹配性等是其材料选择和应用的重要指标。目前研究的LTCC用低介电常数微波介质陶瓷主要有Al2O3系、硅酸盐系、MTiO3系、AWO4、M3(VO4)2、AMP2O7和MMoO4系等。
(1) Al2O3系
Al2O3系陶瓷是最重要的低介电常数微波介质陶瓷,具有较低的介电常数(εr≈10)和高达680000GHz的Q·f,但其烧结温度高达1550℃,谐振频率温度系数为较大的负值,从而限制了其更广泛的使用。很多学者采用单独或复合添加玻璃烧结助剂来降低Al2O3陶瓷的烧结温度,研究了其微波介电性能,研究结果见表2[6,7,8,9,10]。添加烧结助剂后Al2O3陶瓷的烧结温度均降低到900℃以下,但其品质因数也因助剂的加入而大幅降低。
(2)硅酸盐系
硅酸盐系微波陶瓷体系主要包括 CaSiO3、MgSiO3、 ZnSiO3、MgSiO3等,是一类优良的低介高频微波介质材料,但陶瓷的烧结温度一般在 1300℃以上[11]。研究表明,Li2CO3-V2O5、Li2CO3-B2O3、Li2CO3-B2O3-SiO2、Li2CO3-Bi2O3等氧化物烧结助剂对硅酸盐陶瓷具有显著降温作用,而且发现多元助剂比二元助剂的降温效果好(见表3)[12,13,14,15,16,17]。
(3)MTiO3系
MTiO3(M=Mg、Ca),其中MgTiO3在1400℃下烧结获得的介电性能为:εr=21,Q·f=160000GHz,τf=-45×10-6/K[18]。有人用CaTiO3 (εr=170,Q·f=3600GHz,τf=+800×10-6/K) 和ZnO-B2O3-SiO2玻璃或氧化物烧结助剂降低其烧结温度,改善介电性能(见表4)[19,20,21]。
(4)AWO4、M3(VO4)2、AMP2O7和MMoO4系
AWO4、M3(VO4)2、AMP2O7和MMoO4系是目前研究较多的低介电常数微波介质陶瓷体系,均具有较低的介电常数和高品质因子,其中AMP2O7 和MMoO4系属于固有烧结温度低的微波介质陶瓷。表5列出了该体系主要材料的介电性能[22,23,24,25,26,27,28,29,30]。
(5)其他LTCC用低介电常数微波介质陶瓷材料
此外,Thomas[31]报道了一种0.83ZnAl2O4-0.17TiO2新材料。该材料介电性能优良,可与Ag共烧,加入B2O3-Bi2O3-SiO2-ZnO玻璃烧结助剂,在950℃下烧结获得的最佳介电性能为:εr=10,Q·f>10000GHz,τf=-23×10-6/K,有望应用于LTCC微波元器件。还有很多研究者合成了Li3AlB2O6、NaAlSi3O8、KGaGe3O8、Mg3Sm4Al44O75等介质陶瓷[32,33,34,35,36],都具有良好的微波性能。
3 LTCC低介电常数微波介质陶瓷材料的性能改进与发展方向
3.1 LTCC低介电常数微波介质材料的系列化问题
目前商用的LTCC材料中,其介电常数在10以下的材料很多,但尚未研究出介电常数系列化(即介电常数可连续变化)的LTCC材料以满足不同工作频率下的设计需求。例如IBM公司研发的MgO-Al2O3-SiO2系材料,其介电常数为5.3~5.7,Ferro公司的CaO-B2O3-SiO2系材料,其介电常数为7.0~9.0,Dupont公司的901系列材料,其介电常数为5.2~5.9。微波元器件材料对介电常数系列化要求更高,目前尚无介电常数系列化的材料体系。近期,清华大学周济课题组研发出了一种介电常数可系列化的新型的LTCC材料系统——硅铝氟氧化物基低温共烧陶瓷[37]。与现有的商用LTCC材料相比,该材料具有更低的烧结温度、更低的介电损耗及介电常数可系列化等优点,综合技术指标优于现有商用LTCC材料。此成果成功地提供了一类新型高性能低介电常数微波介质陶瓷材料,拥有自主知识产权,对国内LTCC用微波介质陶瓷的发展具有重大意义。
3.2 LTCC低介电常数微波介质材料的高频化问题
高频化是微波元器件发展的必然趋势,而高性能(低εr、高Q·f、τf≈0)、高可靠的微波介质陶瓷材料是低介高频微波器件设计的基础。高频下的微波器件尤其注重材料的高品质因数Q与低谐振频率温度系数τf。作为微波元器件重要材料体系之一的Al2O3系LTCC微波介质陶瓷材料常被用于通信介质谐振器、时钟的超稳定振荡器。该材料通常采用低熔点玻璃来实现Al2O3的低温烧结。例如,加入50% ZnO-B2O3-SiO2玻璃的Al2O3因ZnAl2O4相的形成而获得了优良的介电性能[6],在12.26 GHz测试频率下Q·f值高达17757GHz,有望用于制作工作频率在10GHz范围内的微波器件。硅酸盐系微波介质陶瓷是一类可应用于高频领域、非常有潜力的LTCC低介电微波介质陶瓷材料,其中Ca0.3-Mg0.7SiO3-CaTiO3[12]和Zn0.8Mg0.2O-0.5SiO2[13]已用于制备工作频率在2.45GHz的介质天线、平衡-非平衡转换器等片式多层微波器件。该体系中经助剂改善性能后的(Zn0.8-Mg0.2)2 SiO4-TiO2[16]和0.88CaMgSi2O6[17]有望投入更高频率(如5.8GHz)下的微波元器件生产。MTiO3(M=Mg、Ca)因原料丰富、成本低廉,以其为介质材料制作的高频热补偿器、多层陶瓷电容器、GPS天线及介质滤波器、谐振器在通信产业中得到了广泛应用。MgTiO3基陶瓷常被用于制作介质谐振器、滤波器及介质天线等多层微波器件[19]。AWO4、M3-(VO4)2、AMP2O7和MMoO4系的微波介质陶瓷可实现低温烧结而且介电常数低和品质因子高,但其谐振频率温度系数均为较大的负值,目前无法实现工业生产。AMP2O7系中只有SrZnP2O7在还原气氛下可与Cu电极共烧,且Q·f值高达71520GHz,如加入具有正谐振频率温度系数的材料(TiO2、CaTiO3等)来调整其谐振频率温度系数,则SrZnP2O7可成为一类非常有潜力的微波元器件材料[29]。M3(VO4)2系陶瓷的谐振频率温度系数最大,其合成工艺精度及物相控制也有待进一步探讨,含钒化合物容易造成环境污染也是其实用化的一大障碍[24,25,26,27,28]。
3.3 高性能与低烧结温度的问题
LTCC低介电常数微波介质陶瓷材料目前面临的主要问题是高性能与低烧结温度的矛盾。上述LTCC低介电常数微波介质陶瓷体系虽然实现了低温烧结,但因烧结助剂的加入不同程度地恶化了介电性能。在降低烧结温度的同时,如何协调好烧结特性与介电性能的关系,是当前微波介质陶瓷材料研究中有待加强的环节。开发出诸如AMP2O7、MMoO4等固有烧结温度低、介电性能优良且可与Ag、Cu电极材料共烧的新的材料体系也是我们今后研究的一个重要方向。
3.4 材料的共烧匹配性问题
材料的共烧匹配问题一直是LTCC基板或微波元器件研究的重点,也是当前LTCC微波介质材料研究中的薄弱环节。介质材料层间在烧结温度、烧结致密化速率、烧结收缩率及热膨胀速率等方面的失配会导致共烧体内产生很大的内应力,容易产生层裂、翘曲和裂纹等缺陷,从而影响器件的力学性能和电磁性能,降低可靠性。此外,界面反应和界面扩散会影响器件的性能、可靠性及显微结构的变化。因此,我们要加强对材料烧结机理和烧结工艺的研究,以便能更好地调控材料的共烧匹配特性,推进材料的实用化进程。
4 结束语
介电散射技术 篇3
关键词：激光雷达散射界面,伪装,测量精度,补偿
激光雷达散射截面 (LRCS) 是目标激光散射特性的一个重要参数, 它能够全面反映激光波长、目标材料及粗糙度、目标几何结构形状等各种因素对目标激光散射特性的影响。研究LRCS测量对目标特征提取、目标识别、激光雷达作用距离估算, 以及建立目标激光雷达散射特性数据库等具有重要意义[1]。对外场目标的LRCS测量通常采用比对测量法, 而目前还较难客观准确的检测这种方法的LRCS测量精度。本文在LRCS测量原理及方法、影响LRCS测量精度的主要因素、后续数据处理分析的基础上, 针对飞机的外形特征, 提出了一种对发射激光束整形的方法, 并提出对不规则目标的LRCS参数测量数据进行补偿。
1 LRCS测量原理与方法
本测试采用比较测量法[2], 利用已知激光雷达散射截面的标准板作为参考与目标进行激光散射截面的比较测量。首先, 将激光测量装置对准标准板, 测得标准板的激光散射信号电压幅值σd。然后, 保持相同的条件, 用被测目标代替标准板, 测得目标反射电压信号幅值σs, 由式 (1) 计算目标激光散射截面。
其中:
σs——被测目标激光散射截面, 单位m2;Us——被测目标激光散射强度电压信号V;
Ud——标准板激光散射强度电压信号V;σd——标准板激光散射截面, 单位m2。
测量参数主要包括:被测目标激光散射强度电压信号、标准板的激光散射强度电压信号和标准板的激光散射截面测量, 以及其它辅助测量参数, 如大气条件、飞机状态等。依据目标激光雷达截面测试的要求, 并结合现有条件, 将飞机停放在机场跑道, 在设计好的位置安装激光测量系统。在测量过程中, 通过改变飞机的方位角, 测量飞机后向散射光能量。
2 测试系统及测试流程
2.1 测试系统
激光测量系统一般由激光发射系统、散射光探测系统以及测量控制与信息采集处理系统组成。通过探测来自目标散射的激光功率, 获得目标的有关特征信息。测试系统的结构框图如图1所示。
本实验采用比对法测试飞机的LRCS, 首先在目标位置处放置一块标准板, 标准板的中心高度与飞机机头的高度一致, 测量“标准板”的回波光功率, 接着再测量目标的回波光功率, 然后计算出目标的实际LRCS。使用的“标准板”是一块2.4m×1.8m的漫反射屏, 没有标定它的LRCS值, 因此测量所得结果是相对于这块“标准板”的相对LRCS。
依据LRCS测量原理, 比对测量需要保证相同的入射和探测条件, 其中包括相同的激光束散角。在大多数目标LRCS的实际测量中, 待测目标与标准板尺寸并不相同。当测量尺寸较小的标准板时由于照射光斑面积较大, 光束不仅完全覆盖了标准板, 而且还照射到标准板周围的背景上, 经散射后进入探测系统, 造成对标准板散射回波信号的干扰[3]。本文进行的试验是在平坦、开阔、无遮挡物的机场进行的, 场区中无激光干扰物。这种情况下影响LRCS测量结果的因素主要来自于目标附近的地面发射、散射及测量背景和系统噪声的变化。
为了消除地面反射、散射造成的误差, 减少二次散射, 提高了激光器光源的利用率, 使激光器发出的光束尽可能多的照射到飞机上, 对光束进行修形。
2.2 测试流程
首先选定试验作业区域 (要求开阔、无遮挡) , 标定区域中心位置, 并以目标中心和测量系统连线为基准。测量时以机头对准发射系统为0°, 顺时针旋转飞机至机尾对准测量系统时为180°。在中心位置放置标准板, 并使其法线在0°方向, 测量回波信号。将飞机拖至中心位置分别在各方位角测量回波信号。
试验步骤和过程如下:
(1) 按规定准备好测量设备;
(2) 探测系统对准目标方向, 测量背景信号, 并记录;
(3) 在目标位置放置标准板, 使标准板的法线指向发射测量系统方向;
(4) 调整发射激光束偏转镜, 使得绿色指示器光斑落在标准板中心;
(5) 调整接收探测系统方位, 使其指示光斑指向标准板中心;
(6) 记录标准板回波信号电压Vd; (7) 撤离标准板, 拖飞机至预定地点, 摆好方位;
(8) 调整发射系统激光束偏转镜, 使绿色指示光斑落在飞机投影中心;
(9) 记录飞机回波信号电压Vs;
(10) 关断激光输出, 调整飞机至另一角度;
(11) 重复 (8) ～ (9) , 测量另一角度的飞机回波信号电压; (12) 整个实验结束前, 再做一次2) 步骤, 监测背景变化。
3 数据修正方法
数据修正主要包括原始信号的背景扣除[4]和对光束的高斯补偿两个方面。
3.1 背景扣除
由于要测量飞机不同角度的LRCS, 需要转动飞机, 导致整个测量时间较长, 在测量过程中阳光照射的情况变化比较大。因此为了消除背景光及系统噪声对测量结果的影响, 在试验开始前和结束后, 测量背景信号, 中间时段的背景信号利用线性拟合给出。
利用两次测量结果做线性拟合, 给出各测量点的背景数据, 拟合多项式为式 (2) 。
σs按Us/Ud得出, 单位是标准板的截面σd, 标准板信号由测量数据扣除背景得到Ud=23.83, 处理后的数据。
3.2 高斯补偿
在测试原理中LRCS计算公式的前提是均匀照射目标, 但在实际测量时照射光斑并不是均匀分布, 因此需对结果进行修正。
对于基模运行的激光器, 其输出光斑为高斯分布。假设经过整形的激光光斑为高斯分布, 首先考虑一维情况。设高斯分布为式 (3) 。
其中, ω——光斑半径。
如果目标尺寸d=kω, 则均匀照射的光功率为:
而高斯光斑照射的功率为:
其中Φ (x) 是正态分布函数。高斯光斑照射与均匀照射相差的比例因子为:
比例因子A随k的变化如图2所示。当k=1时, A=1.08;当k=1.5时, A=1.19;当k=2时, A=1.37。
4 试验结果分析
对于二维的实际目标, A因子应取平方。在本次测量中, k大约为2, 此时A=1.37, 因此需对测量数据加以补偿。由于标准板尺寸不大, 可以认为均匀照射, 无需补偿。因此应对测量结果乘以1.372。
本文根据外场试验和被测飞机的外形布局特点, 制定了详细的测试方案。试验结果表明: (1) 目标的LRCS特性受目标的表面材料、粗糙程度以及轮廓形状而发生变化; (2) 在不同角度对飞机照射时, 由于飞机轮廓形状起伏的变化, 导致测试的结果随飞机方位的变化而发生变化, 从0°向180°旋转时, 表现出由小变大, 再由大变小的过程; (3) 在90°时, 由于飞机有大面积的光滑曲面, 导致该角度下的激光回波并不是最大。
5 结词
LRCS对于评估战机设计、制造水平, 对于研制预警、激光跟踪雷达系统, 对于主动制导武器系统的设计制造都是重要的基础数据。本文设计的新的测试系统采用非对称光束整形技术对发射激光束整形, 使照射目标的光斑呈椭圆状, 不仅提高了激光功率的利用率, 而且大大降低了地面散射对测量结果造成的不利干扰。在后期数据处理分析时提出对非均匀光斑照射目标的补偿方法, 对不规则目标的LRCS参数测量数据进行补偿。通过外场对某型飞机的实测试验, 本文提出的测量方法对外场目标的LRCS测量效果非常好, 为后续的外场目标LRCS测量提供了新的方法和思路。
参考文献
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