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微波散射計定標技術(shù)原理

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微波散射計定標技術(shù)原理

微波散射計的測量原理是基于雷達方程的。微波散射計定標也就是對雷達方程中影響測量精度的因子進(jìn)行校準,以減小各種誤差,獲得最大測量精度。

1 雷達方程

  雷達系統、雷達目標和接收信號三者特性之間的基本關(guān)系可以由雷達方程來(lái)描述。海面目標可看作是面目標,面目標的雷達方程可用下式表示:

 
  式中:σ°為海面平均后向散射系數,R為雷達到目標的斜距, 為系統損耗(包括環(huán)形器、波束開(kāi)關(guān)和隔離器等部件的損耗), 為天線(xiàn)波束在地面某一分辨單元小塊的面積,G為天線(xiàn)增益,z為波長(cháng),Pt為峰值發(fā)射功率,Pr為接收功率。
  雷達方程中各種損耗以及功率可通過(guò)內定標來(lái)標定,積分因子誤差可利用外定標來(lái)消除,定標方法中采用的公式也是由雷達方程變形而來(lái)的。
 
2 內定標
 
  內定標有兩種不同的方法:一種是對系統的各部分獨立地分別定標;另一種是比例法定標。分別定標法需要對雷達的許多參數作測量,如發(fā)射機功率、工作頻率、波長(cháng)、脈沖重復頻率、接收機最小可檢測信號、信號處理器等都需要進(jìn)行測量。分別定標法的接收機輸出可表示為:
 
  式中,P為發(fā)射或接收的功率,G為通道不同環(huán)節的放大器增益,TD為檢波和中頻放大器的傳遞函數,T0為輸出終端的傳遞函數,L為通道不同環(huán)節處的損耗(耦合損耗、隔離器損耗、接收機保護裝置損耗、混頻器損耗等)。由于各個(gè)增益和損耗因子都可能隨頻率變化,因而采用分別定標法的這些因子都必須是已知值,或用信號源通過(guò)測量來(lái)確定。
  比例法定標是另外一種內定標方法。從雷達方程中可以看出:
 
  因此,如果測出Pr/Pt,則除了天線(xiàn)增益以外,不用測出系統的其他特性就能確定σ°。另外,如果用發(fā)射信號的取樣值來(lái)給接收機定標,也就不需要對發(fā)射功率和接收機特性作分別測量,而只需要直接測定其比值就可以。圖1表示了這種定標方法的一般概念。
 
  圖1中,從發(fā)射機到天線(xiàn)的饋線(xiàn)中有一個(gè)定向耦合器,從天線(xiàn)到接收機的饋線(xiàn)中也接有一個(gè)定向耦合器,這兩個(gè)耦合器之問(wèn)是一段已知衰減量的饋線(xiàn)。發(fā)射信號的取樣可以饋送給接收機。根據系統的不同類(lèi)型,有的連續工作,有的交替式工作,即接收機時(shí)而測量輸入信號,時(shí)而測量定標信號。在定向耦合器輸入端,發(fā)射功率為Pt;在另一定向耦合器輸入端,接收功率為Pr;那么只要饋線(xiàn)損耗Lt和Lr以及天線(xiàn)增益都保持不變,就能利用發(fā)射信號的取樣進(jìn)行定標,從而給出雷達系統的完整相對定標法。
  比例法定標的基本定標方程式可用下式表達:
 
  比例定標法依據雷達體制的不同,可分為連續波體制的連續定標法、脈沖體制的連續定標法和脈沖體制的交替定標法等幾種。
 
3 外定標
 
  外定標是利用已知雷達散射截面的目標回波功率給散射計定標,以獲得真實(shí)的目標散射系數。
  根據不同的已知散射截面的目標,外定標分為點(diǎn)目標定標和均勻目標定標兩種。
  點(diǎn)目標利用金屬球或角反射器等提供定標電平,通常在地面定標中采用。由于外場(chǎng)難以達到定向的精度,因此要求定標目標在很寬的角度范圍內,其散射截面對方向性應當是不靈敏的。通常定標目標有矩形平板、圓形平板、球體、角反射器和龍伯透鏡反射器。
  當用點(diǎn)目標對散射計進(jìn)行定標時(shí),其定標精度主要取決于對點(diǎn)目標的雷達散射截面σ°嚴格求解。為了減小測量背景對測量回波的影響,點(diǎn)目標的σ°必須比背景的σ°大得多。具有大的σ°定標目標對無(wú)源點(diǎn)定標目標來(lái)說(shuō),需要大的物理尺寸;對有源點(diǎn)定標目標來(lái)說(shuō),需要高的功率增益。
  微波散射計在機載試驗和星載使用中,若再用點(diǎn)目標定標時(shí)要求目標散射截面或功率增益非常大,則此時(shí)定標難度大,同時(shí)在工程上導致定標目標σ°的不確定性。若用圖1中右側圖所示已知散射系數的地物背景作為定標目標,則只要此擴展目標在徑向距離和方位上的擴展遠比散射計在此方向上的空間分辨率大,便具有不變的散射特性和非常平坦的σ°這在現實(shí)中是很容易實(shí)現的,例如混凝土的機場(chǎng)跑道、亞馬遜熱帶雨林和沙漠都是比較理想的均勻擴展目標 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 功率計| 粒子計數器| 粉塵計| 。
  在外定標方法中,由于背景散射截面σ°的存在,在散射計天線(xiàn)照射一個(gè)已知散射截面為σ°的定標目標時(shí),會(huì )產(chǎn)生一定的定標誤差,其誤差極限σm為:
 
  式中,Sb2為σbcb為表示背景散射截面, σc表示目標散射截面。
發(fā)布人:2010/5/20 11:21:003467 發(fā)布時(shí)間:2010/5/20 11:21:00 此新聞已被瀏覽:3467次