总第２３２期 ２０１３年第１Ｏ期 舰船电子工程 Ｓｈｉｐ Ｅｌｅｃｔｒｏｎｉｃ Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｖ０ｌ＿３３ Ｎｏ．１Ｏ ９５ 角反射体ＲＣＳ外场简易测量方法研究 刘兴明 （海军装备部重庆军事代表局摘要重庆４０００４２） 针对角反射体ＲＣＳ（雷达散射截面）研究了一种外场简易测量方法。与以往测量方法相比，该方法实现简单，只需要利用矢量 角反射；雷达散射截面；外场测量 ＴＮ９５７．５ ＯＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ１６７２—９７３０．２０１３．１０．０３４ 网络分析仪、功率计等通用设备即可完成外场ＲＣＳ测量。外场试验验证了该测量方法的可行性。 关键词中图分类号Ｓｉｍｐｌｅ Ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ Ｍｅａｓｕｒｅ ｔｈｅ ＲＣＳ ｏｆ Ｃｏｒｎｅｒ Ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ ｉｎ Ｏｕｔｅｒ Ｆｉｅｌｄ ＬＩＵ Ｘｉｎｇｍｉｎｇ （Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ Ｍｉｌｉｔａｒｙ Ｒｅｐｒｅｓｅｎｔａｔｉｖｅ Ｂｕｒｅａｕ ｏｆ Ｎａｖｙ Ａｒｍａｍｅｎｔ Ｄｅｐａｒｔｍｅｎｔ，Ｃｈｏｎｇｑｉｎｇ ４０００４２） Ａｂｓｔｒａｃｔ Ａ ｍｅｔｈｏｄ ｔｏ ｍｅａｓｕｒｅ ＲＣＳ ｏｆ ｃｏｍｅｒ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ ｉｎ ｏｕｔｅｒ ｆｉｅｌｄ ｉｓ ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｏｎｌｙ ａ ｆｅｗ ｕｎｉｖｅｒｓａｌ ｉｎｓｔｒｕｍｅｎｔｓ，ｓｕｃｈ ａｓ ｖｅｃｔｏｒ ｎｅｔｗｏｒｋ ａｎａｌｙｚｅｒ ａｎｄ ｐｏｗｅｒ ｍｅｔｅｒ，ａｒｅ ｒｅｑｕｉｒｅｄ ｆｏｒ ｔｈｅ ｎｅｗ ｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈ ｈａｓ ｔｈｅ ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ ｏｆ ｓｉｍｐｌｅ ｉｍｐｌｅｍｅｎｔａｔｉｏｎ ｃｏｍｐａｒｄ ｅｗｉｔｈ ｔｈｅ ｆｏｒｍｅｒ ｍｅｔｈｏｄｓ．Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ ｉｎ ｏｕｔｅｒ ｆｉｅｌｄ ｓｈｏｗ ｔｈｅ ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ ｏｆ ｔｈｅ ｍｅｔｈｏｄ ｉｎ ｔｈｉｓ ｐａｐｅｒ． Ｋｅｙ Ｗｏｒｄｓ ｃｏｍｅｒ ｒｅｆｌｅｃｔｏｒｓ，ＲＣＳ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ ｉｎ ｏｕｔｌｅｒ ｆｉｅｌｄ Ｃｌａｓｓ Ｎｕｎｌｂｏｒ ＴＮ９５７．５ １ 引言 作用距离是反舰导弹导引头的重要性能指标，通常需要 利用ＲＣＳ（Ｒａｄａｒ Ｃｒｏｓｓ Ｓｅｃｔｉｏｎ）已知的角反射体对作用距离 指标进行摸底试验。角反射体通常按照理论ＲＣＳ值进行设 计，ＲＣＳ测试可通过在微波暗示中测量［１］或外场测量＿２ ］， 常用的外场测量方法分为相对测量和绝对测量两种［４］。相 值。两个天线上下整齐排列，Ｉ＝１面垂直于地面放置在转台 上，由于发射天线和接收天线为两个天线，为了减小测试误 差，尽量将两天线靠拢，且两个天线采用型号相同的平板天 线。瞄准镜架设与两天线之间，通过人工调整转台使天线对 准角反射体。天线到角反射体的距离用激光测距仪测量。 ｉｎ 对测量方法主要采用标校球［５］，利用ＲＣＳ已知且各向同性 的标校球获得ＲＣＳ与导引头测得的功率（或电压）之间的数 学关系，然后根据标校球与角反射体的功率（或电压）比来推 算角反射体的ＲＣＳ值。绝对测量方法主要采用信号源方 法¨６］，首先利用信号源直接对导引头进行标校，然后根据外 网 络 分 接收天线 角 ｂ－Ｒ—— 反 射 投。 ｔ ３测试原理 器 场测试数据利用雷达方程算出角反射体的ＲＣＳ值。 上述两种方法的主要特点是实施复杂，标校球方法需 要利用绞车、标校球、氢气球、引导雷达以及测量雷达等设 备。信号源方法则更加复杂，需要利用标校塔、信号源、引 导雷达、测量雷达等设备。本文针对角反射体的ＲＣＳ研究 了一种简易外场测量方法，介绍了测试系统的组成以及测 试原理，并通过试验验证了该标定方法的可行性。 根据雷达方程 ，角反射体ＲＣＳ可由下式确定 （４１ｒＲｚ）ｚｐ￣ 一（１） Ｌ１） 一———■７ —一 Ｐ Ｇｔ Ｉ ｇ） 式中：Ｒ为测试距离；Ｐ 为发射功率（功率放大器输出功 率）； 为工作波长；Ｇ为发射天线增益；Ｇｒ为接收天线增 益；ｇ为低噪声放大器增益； 为接收功率。 式（１）可写为 一２测试系统组成 测试系统（如图１所示）以矢量网络分析仪为核心，由 输出端口信号经功率放大器进行放大后输出给发射天线， （Ｐ ）Ａ （２） 式中：Ａ一（４ ）。／（Ｐ，Ｇ ＧＡ ｇ）。可见Ａ与被测角反射体无 关，可以通过适当方法进行标定。本文设计了对Ａ进行标 发射天线朝角反射体（架设在小船上）辐射电磁波，电磁波 由角反射体散射，部分散射波被接收天线接收，经低噪声放 大器放大后输出给矢量网络分析仪输入端口，并记录功率 定的方案，如图２所示。图中功率计得到的功率Ｐ：为 ４ ４去２７ｒＲ ㈤ 收稿日期：２０１３年３月２７日，修回日期：２０１３年５月１６日 作者简介：刘兴明，男，高级工程师，研究方向：导弹武器系统和雷达电子对抗技术。 ９６ 于是 Ａ一 （４ｎ）ｓ一 刘兴明：角反射体ＲＣＳ外场简易测量方法研究 ００３ｍ２，与设计理论值接近。 总第２３２期 爱 （４） ７０００ ６０００ 式中：Ｐ 为标定发射功率（功率放大器输出功率）；Ｒ 为标定 距离。 标定发射功率 选取时，选取功率电平值使功率放大 器工作在线性放大状态，并根据远场条件选取Ｒ 。此时通 过功率计可读取Ｐ：值，而每次外场测试的 值可通过矢量 网络分析仪读取，于是根据式（４）计算得到Ａ。 图２参数Ａ标定系统框图 ４测量试验 ４．１测量对象 测量对象为某角反射体，由１２个角锥形反射器组成， 角反射体安装形式分上下两层安装，每层以６Ｏ。角均布安装 ６个角锥形反射器，角锥形反射器口面均垂直于地面，每个 角锥形反射器由三块等腰直角三角形金属板构成，整个角 反射体的ＲＣＳ设计平均值为３０００ｍ 。 ４．２参数Ａ标定结果 为确保放大器工作在线性放大状态，选取功率电平值 为一８．１ｄＢｍ。根据远场条件，标定距离Ｒ 选取为１２ｍ。此 时测得 为１１．４７ｄｇｍ。测量试验中选取发射功率Ｐｆ为 １５．８ｄＢｍ。根据式（４）可计算得到得到Ａ一０．０２５３４２３５７。 ４．３试验数据 测量试验中保持发射功率Ｐｆ为１５．８ｄＢｍ。矢量网络 分析仪设置为ｌＯｓ ２０００１点进行测试。角反射体装在小船 上，小船驶入湖面宽阔处，在某一位置（不同位置下小船距 离及小船方向见表２）停下来并固定位置和姿态，用瞄准镜 瞄准角反射体，用激光测距仪对小船距离进行测量并记录， 矢量网络分析仪记录接受功率Ｐ 。 表１不同测试位置下角反射体距离及小船方向 序号Ｒ（ｍ）小船方向 序号Ｒ（ｍ）小船方向 １ １０７ 船头 ８ １３９ 侧面 ２ ９１ 船头 ９ １２５ 侧面 ３ １３１ 侧面 １０ ２７８ 侧面 ４ ¨４ 侧面 １１ ２４９ 侧面 ５ １０５ 船头 １２ ２３２ 侧面 ６ １０２ 船头 １３ ２０６ 船头 ７ １６９ 侧面 １４ １６８ 侧面 ４．４ ＲＣＳ统计结果 根据不同位置下矢量网络分析仪获取的Ｐ，值，由式 （２）便可计算得到对应的ＲＣＳ值。 图３为表２所示第１个和第２个测试位置下矢量网络 分析仪采集到的ＲＣＳ曲线，可见ＲＣＳ起伏较大，其他测试 位置下的ＲＣＳ曲线起伏也较大。 为了统计该反射器的ＲＣＳ，根据这１４次测试结果给出 直方图如图４所示。可见ＲＣＳ统计集中在３０００ｍ２附近，对 １４次测试结果进行统计平均得到ＲＣＳ值为３．２６５３ｅ＋ ５０００ ∽４０００ Ｕ ３０００ ２０００ ｌ０００ １ １ ５ ２ ２ ５ 采集点 ｘ１Ｏ 图３ 固定测试位置下的角反射体ＲｃＳ曲线 图４角反射体ＲＣＳ直方图 ４．５小船对ＲＣＳ标定结果的影响分析 从小船上卸掉角反射体，按照前面所述标定方法，选取 表３所示的测试位置对小船的ＲＣＳ进行测试。 表３不同测试位置下小船距离及方向 序号Ｒ（ｍ）小船方向 序号Ｒ（ｍ）小船方向 １ １１８ 侧面 ６ １２１ 侧面 ２ １５０ 侧面 ７ １３２ 侧面 ３ １７３ 侧面 ８ １２５ 侧面 ４ ２００ 侧面 ９ ９０ 船头 ５ ２３６ 侧面 １Ｏ ９９ 船头 图５为表３所示第１个和第２个测试位置下矢量网络 分析仪采集到的ＲＣＳ曲线，可见ＲＣＳ起伏较大，其他测试 位置下的ＲＣＳ曲线起伏也较大。 图５ 固定测试位置下的小船ＲＣＳ曲线 丑 求 １Ⅲ 图６小船ＲＣＳ直方图 ２０１３年第１Ｏ期 舰船电子工程 参考文献 ９７ 根据这１Ｏ次测试结果给出直方图如图６所示。可见 ＲＣＳ统计集中在５０ｒｎ２以下，对１Ｏ次测试结果进行统计平 均得到ＲＣＳ值为１５．５４５５ｒｎ２。可见，小船ＲＣＳ较小，对角 ［１］刘密歌，赵军仓，张麟兮，等．微波暗室中两种ＲＣＳ测量系统的 比较ＥＪ］．计算机测量与控制，２００７，１５（３）：３００—３０１． ［２］许金萍，梅永华．外场目标特征测试精度标定及改进方法［Ｊ］． 舰船电子对抗，２００６，２９（４）：５４—５６． 反射体的标定结果影响可以忽略。 ５结语 本文研究了一种的角反射体ＲＣＳ外场简易测量方法， 只需将待测量的角反射体安装在小船上，在平静的湖面上 Ｅ３］赵国群，朱峰，刘丽娜，等．基于外场ＲＣＳ精确测量分析［Ｊ］．现 代电子技术，２００８（１１）：１２—１４． ［４］杨沛，邹永杰，康鹏．外场ＲＣＳ测量常用标校方法比较［Ｊ］．电子 科技，２０１１，２４（３）：６９—７２． 简单固定其位置与姿态，借助两块收发天线，利用矢量网络 分析仪和功率计等通用仪器即可完成测试，其测量试验的 组织与实施相对标校球方法和信号源方法都简单。通过外 场测量试验表明，本文方法测量得到的角反射体ＲＣＳ值与 设计值接近。 吊 坏 ： ．币 矫 奁 币 ． 不 不 乖 乖 乔 ［５］张德保，宋广．外场毫米波ＲＣＳ测量中的无源标校法［Ｊ］．舰船 电子对抗，２００６，２９（３）：３１—３３． ［６］张德保．外场ＲＣＳ测量中的有源标校方法［Ｊ］．水雷战与舰船防 护，２００９，１７（２）：２３—２４． ＥＴ］丁鹭飞，耿富录．雷达原理［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版 社，２０００． ．．乖 乖 乖 出乖 希 不 带 秘 不 秘 乖 乖 （上接第７７页） 印制版和焊点、连接器、集成电路等几十种到上百种器件。 所用的元器件规格、数量、工作应力和环境、质量系数应是 有明确数值范围和规定。但失效率计算因不同器件而不 同，如电阻的失效率为 ＝￣ｂＴＣＥＴ（ＱＴＣＲ （５） ７失效率数据库及维修时间数据库 ７．１数据库开发 多年来，通过大量的可靠性试验，积累了可靠性信息与 数据，并形成了标准，具有权威性，故本软件应严格按照其 所提供的数据进行元器件失效率数据库录入，雷上使用的 特殊元器件可补充录入。当用户选择元器件后，软件可以 （６） 其中， 为电阻的工作失效率；７ｒＥ为环境系数；丌。为质量系 数； 为电阻的基本失效率，其计算式为 。， ｝２７３、Ｇ 厂Ｓ厂～Ｔ、，］Ｈ 一Ａ ～Ｔ／ ＬＮｓ 川 。／Ｊ 根据用户输入的参数自动进行数据调用，进行可靠性计算。 对维修时间数据库，可将目前收集的数据录入数据库 ３］。 数据库开发可采用Ｍｉｃｒｏｓｏｆｔ Ｖｉｓｕａｌ Ｆｏｘｐｒｏ ６．０语言。 ７．２用户自定义数据库功能 其中，Ａ为失效率水平调整系数；口为形状参数；Ｔ为工作环 境温度；Ｎ，ｒ为温度常数；Ｇ、－，、Ｈ为加速常数；Ｎｓ为应力常 数；Ｓ为电应力比，即工作功率与额定功率之比。 显然，元器件应力分析法比计数法要复杂，涉及的参数 多，但能更好地反映产品所处的工作环境。 当用户所用到的元器件或单元在标准数据库中不存在 或所用的编号与标准数据库不同时，用户可以向数据库中 添加这些元器件的基本参数，以便以后使用。 ７．３数据库安全性 ６预计全雷可靠性指标的计算步骤 由于电子产品可靠性建模是分级进行的，不同级别的 可靠性模型不同，在本设计的软件中，将全雷分为四级，即 元器件级，组部件级，系统级，全雷级，这样分析软件可以由 小到大，由下到上逐级计算组部件，系统和全雷的可靠性指 标。采用这种分级别计算系统可靠性指标的优点有利于系 统的模型化，便于用户操作。 ６．１元器件与组部件级的可靠性指标计算 为了保障数据库的安全和可靠，在数据库中设有访问 级别控制，一般人员对该数据库具有访问权，但无修改权。 只有系统管理员有权进入数据库进行修改和更新。 ７．４用户结果数据的保密 考虑产品的保密问题，用户计算结果、原始试验数据都 应加有专用保密功能，没有获得授权的用户无法打开共享。 ８结语 从本文论述的鱼雷电子产品可靠性自动分析软件开发 的设计思路，可以得出如下简要结论： １）鱼雷设计单位急需这样的自动分析软件，可以将电 在这一层次上计算可靠性指标，根据实际经验，元器件 通常采用串联模型，使用元器件应力分析法。 这里，用户必须输入各种元器件的参数、环境温度、电 应力比等的信息，软件通过输入的信息进行数据库调用，并 计算得出组部件可靠性指标。 ６．２组部件与系统级的可靠性指标计算 子产品设计过程中涉及可靠性的设计变得简单易行，设计 人员可以更注重多方案的比较，而提高可靠性设计。 ２）可以提高设计过程可靠性指标预计的准确性和可 检查性，而开发所用到的数据基本参数和模型均已有很好 的基础。 参考文献 这一层次上计算可靠性指标，要考虑产品的冗余设计（并 联， 中取ｒ），要根据全雷功能流程，时序信号流程关系，先期 策划而实施，如停车、深度敏感、线导断线转自导、反舰模式（尾 流与被动自导）等，均为具有冗余的设计思想。分析人员只要 将相互关系连接好，分析软件便可以进行冗余设计。 ６．３系统与全雷的可靠性指标计算 Ｅ１］美国水中兵器科学与技术评估［Ｍ］．美国国家科学出版社，２０００． ［２］陆廷孝，郑鹏洲．可靠性设计与分析［Ｍ］．北京：国防工业出版 社，１９９７：１４—１６． 根据经验，该层次上主要是串联模型，分析软件可以很 ［３］甘茂治，吴真真．维修性设计与验证［Ｍ］．北京：国防Ｔ业出版 社，１９９５，７． 快的计算出产品的可靠性指标。
