前言
太赫茲波在電磁波譜中位于微波與紅外之間,具有一些特殊的性質。在太赫茲頻段下有效獲取并分析目標的散射數(shù)據(jù),對于目標建模與識別有著重要作用,對于隱身/反隱身技術也有著重要意義。本書的研究目的是為建立太赫茲頻段目標電磁散射特性模擬測量能力奠定技術基礎。太赫茲頻段目標電磁散射模擬測量技術的發(fā)展可以擴大目標電磁散射測量的應用范圍,可以在相對較小的電波暗室內測量超電大尺寸的目標縮比模型的雷達散射截面(Radar Cross Section,RCS)。所以,研究太赫茲頻段的目標電磁散射模擬測量技術是目標電磁散射特性研究的基礎及重要手段。國內現(xiàn)有室內目標電磁散射模擬測量的最高頻率為110 GHz,超過110 GHz的測量能力尚不足。本書的研究目標是將室內目標電磁散射特性模擬測量的工作頻率提高至300 GHz。本書圍繞太赫茲頻段目標電磁散射模擬測量的關鍵技術和關鍵設備,完成了太赫茲頻段定標技術、太赫茲頻段緊縮場系統(tǒng)及太赫茲頻段目標電磁散射測量系統(tǒng)的研究。本書的主要研究內容如下:
1)定量分析并研究了太赫茲頻段非理想金屬球體及涂覆金屬球體的RCS特性,進一步提出太赫茲頻段定標球的加工和使用管理準則。通過對不規(guī)則定標球體RCS的仿真計算研究,揭示了在300 GHz頻段不規(guī)則定標球體RCS在不同幾何參數(shù)和電參數(shù)等因素作用下的影響規(guī)律,并對不同表面處理金屬球樣品的目標散射特性進行測試驗證。研究成果為300 GHz頻段目標電磁散射模擬測量定標實現(xiàn)方法提供了理論支撐。
2)設計并實現(xiàn)了一套300 GHz頻段單反射面緊縮場系統(tǒng),在定量分析的基礎上提出了接收端和饋源精密調整機構設置的必要性及其誤差控制要求。根據(jù)設計和誤差控制要求,對新研制的300 GHz頻段緊縮場系統(tǒng)實驗樣機進行了緊縮場靜區(qū)范圍性能指標的測試驗證。
3)設計并實現(xiàn)了一套基于步進頻相參體制200 GHz頻段收發(fā)測量系統(tǒng)。在分別對系統(tǒng)設計方案和樣機技術指標測試結果進行詳細敘述的基礎上,應用研制的200 GHz頻段步進頻率相參收發(fā)測量系統(tǒng)實驗樣機完成了雷達一維成像實驗。實驗結果表明,RCS測量誤差和系統(tǒng)距離分辨率滿足設計要求,為目標電磁散射模擬測量技術研究提供了一種高效實用的測試手段。
4)完成了太赫茲頻段基于緊縮場系統(tǒng)的典型目標模擬測量實驗。綜合應用前幾章的研究成果,對太赫茲頻段典型目標電磁散射特性進行了測量實驗驗證。分別應用300 GHz頻段緊縮場系統(tǒng)、200 GHz 頻段收發(fā)測量系統(tǒng)和300 GHz頻段矢量網(wǎng)絡分析儀,對200 GHz頻段和300 GHz頻段的定標誤差、單目標電磁散射特性及雙目標電磁散射特性分別進行了一維成像實驗,得到了200 GHz頻段和300 GHz頻段定標誤差、目標RCS、目標距離及距離分辨率等基礎數(shù)據(jù),為后續(xù)太赫茲頻段目標電磁散射測量技術發(fā)展奠定了堅實基礎。
目錄
第1章緒論1
1.1研究背景1
1.2太赫茲頻段目標電磁散射模擬測量技術研究現(xiàn)狀與
發(fā)展趨勢6
1.2.1太赫茲頻段目標特性成像測量技術7
1.2.2太赫茲頻段緊縮場測量技術13
1.2.3太赫茲頻段定標技術19
1.3本書主要內容與結構安排22
第2章目標雷達散射截面及其模擬測量技術25
2.1目標雷達散射截面25
2.2目標電磁散射中心分布27
2.3目標電磁散射模擬測量技術28
2.3.1目標RCS測量技術28
2.3.2目標散射中心分布特征測量技術31
2.4太赫茲頻段目標電磁散射模擬測量關鍵技術34
本章小結37
第3章不規(guī)則定標球體的RCS38
3.1非理想球體的RCS39
3.1.1粗糙面散射理論41
3.1.2不規(guī)則金屬球體散射特性的數(shù)值計算方法42
3.1.3仿真計算結果及分析49
3.2涂覆金屬球體的RCS59
3.2.1太赫茲頻段光滑金屬球的散射特性60
3.2.2金屬球體表面涂層的散射特性61
3.2.3仿真計算結果及分析63
3.3樣品加工與測試驗證67
本章小結72
第4章300 GHz頻段緊縮場系統(tǒng)74
4.1緊縮場系統(tǒng)的分類與特點74
4.1.1緊縮場系統(tǒng)的分類74
4.1.2不同類型反射面緊縮場系統(tǒng)的特點83
4.2300 GHz頻段緊縮場系統(tǒng)設計89
4.2.1緊縮場系統(tǒng)設計90
4.2.2緊縮場系統(tǒng)輻射場特性仿真92
4.2.3緊縮場暗室設計97
4.3300 GHz頻段緊縮場系統(tǒng)誤差分析及控制要求99
4.3.1測量平面與等相位面不平行誤差分析99
4.3.2饋源位置對緊縮場靜區(qū)的影響104
4.3.3控制要求112
4.4300 GHz頻段緊縮場系統(tǒng)實驗樣機研制與性能檢測
驗證113
4.4.1實驗樣機系統(tǒng)設計113
4.4.2系統(tǒng)性能檢測原理及方法118
4.4.3300 GHz頻段緊縮場裝調及靜區(qū)平面波場測試122
4.4.4測試結論128
本章小結130
第5章200 GHz頻段收發(fā)測量系統(tǒng)131
5.1200 GHz頻段收發(fā)測量系統(tǒng)設計132
5.1.1工作體制132
5.1.2系統(tǒng)構成133
5.1.3分系統(tǒng)設計指標135
5.2200 GHz頻段收發(fā)測量系統(tǒng)樣機研制與檢測138
5.2.1系統(tǒng)原理框圖138
5.2.2系統(tǒng)硬件組成140
5.2.3關鍵技術及解決措施143
5.2.4分系統(tǒng)測試148
5.2.5系統(tǒng)測試151
5.3200 GHz頻段雷達成像實驗152
5.3.1成像處理算法152
5.3.2成像處理實驗153
5.3.3系統(tǒng)成像實驗結果與分析157
本章小結161
第6章典型目標電磁散射特性模擬測量實驗驗證163
6.1測量目的163
6.2測量方案的選取164
6.3典型目標電磁散射特性模擬測量系統(tǒng)及測量方案165
6.3.1測量系統(tǒng)165
6.3.2測量目標168
6.3.3測量流程及注意事項168
6.4200 GHz頻段目標電磁散射特性測量結果與分析171
6.4.1測量結果171
6.4.2測量結果分析183
6.5300 GHz頻段目標電磁散射特性測量結果與分析184
6.5.1測量結果184
6.5.2測量結果分析195
本章小結196
第7章結論198
參考文獻201