Способ измерения эффективной площади рассеяния и устройство для его осуществления

 

Использование: изобретение относится к технике измерения характеристик рассеяния радиолокационных целей и в частности, к измерению эффективной площади рассеяния (ЭПР). Сущность изобретения: устройство содержит генератор, приемопередающую антенну, индикатор рассеянных волн, нагрузку с регулируемым полным сопротивлением, опору, непрозрачный отражатель с двумя значениями ЭПР (эталон), суппорт и направленный ответвитель ко входу основного плеча которого подключен генератор, а к выходу -антенна, к одному концу бокового плеча направленного ответвителя подключен индикатор, а к другому нагрузка. Опора устанавливается на суппорте, в дальней зоне активных которой крепится эталон, а объект размещается непосредственно за эталоном. Изобретение позволяет путем затенения эталоном части объекта измерять ЭПР этой части. 2 з.п.ф. 1 ил.

Изобретение относится к технике измерения характеристик рассеяния радиолокационных целей и в частности, к измерению эффективной площади рассеяния (ЭПР).

Известен способ и устройство для измерения ЭПР (СССР, авт.св. N 302810, МКИ Н 03 j 5/00, 1969 г.). Это устройство содержит генератор электромагнитных волн, приемопередающую антенну, индикатор рассеянных волн, нагрузку с регулируемым полным сопротивлением и направленное устройство, ко входу основного плеча которого подключен генератор, а к выходу антенна; к одному концу бокового плеча направленного устройства подключен индикатор рассеянных волн, а к другому нагрузка.

Способ измерения ЭПР с помощью этого устройства состоит в следующем. Устройство настраивают на измерение объекта, но без объекта. Для чего включают генератор и с помощью антенны излучают электромагнитные волны в рабочую зону пространства. С помощью регулируемой нагрузки компенсируют до нуля по шкале индиктора сигналы, рассеянные сторонними предметами и обусловленные конечной направленностью направленного устройства. После чего в зону излучения вносят измеряемый объект и по шкале индикатора, отградуированного в значениях ЭПР, определяют ЭПР измеряемого объекта.

Наиболее близким способом измерения ЭПР к предложенному является способ, описанный в книге В.Н.Майзельс, В.А.Торгованов "Измерение характеристик рассеяния радиолокационных целей", Сов. радио, 1972 г. стр.134-136. Этот способ заключается в компенсации сигнала отраженного от объекта, затенении непрозрачным отражателем с известным значением ЭПР части объекта, изменении фазы сигнала, отраженного от эталона не менее чем на 180^o, измерении максимального P_1макс и минимального Р_1мин значений мощности интерферирующих сигналов, отраженных от эталона и от измеряемого объекта, нахождении значений сигналов пропорциональных значениям ЭПР эталона и измеряемого объекта, повторном измерении максимального P_2макс и минимального P_2мин значений сигналов, и определении искомого параметра по совпадающим значениям сигналов.

При этом измеряемым объектом в известном способе является безэховая камера.

Аналог и прототип не позволяют измерять ЭПР части объекта, затененной эталоном при существенном облучении соседних частей объекта без его разрушения или разборки, на измеряемые части.

Техническим результатом изобретения является устранение недостатков аналогов. Этот результат достигается следующим способом измерения.

Способ измерения ЭПР состоит в облучении электромагнитными волнами исследуемого объекта, компенсации сигнала, отраженного от него, эталонным отражателем с ЭПР σ_эт1 затеняют измеряемую часть исследуемого объекта, изменяют фазу сигнала.отраженного от эталонного отражателя, не менее, чем на 180^o, проводят первое измерение максимального P_1макс и минимального P_1мин значения мощности интерферирующих сигналов, вычисляют значения первого и второго интерферирующих между собой сигналов, по одному из которых определяют искомую ЭПР, вторично измеряют максимальное Р_2макс и минимальное P_2мин значения мощности интерферирующих сигналов при изменении фазы сигнала, отраженного от эталонного отражателя с ЭПР σ_эт2 не менее, чем на 180^o, из измеренных P_2макс и P_2мин вычисляют значения первого и второго интерферирующих между собой сигналов, сравнивают их с соответствующими сигналами в первом измерении, при этом равные значения сигналов в первом измерении, при этом равные значения сигналов в первом и втором измерениях Р_i,j соответствуют отраженному сигналу от измеряемой части исследуемого объекта, а два других Р_i, к соответственно отраженному сигналу от эталонного отражателя с ЭПР σ_эт1 и с ЭПР σ_эт2,, а искомую ЭПР, равную ЭПР от измеряемой части исследуемого определяют из соотношения: где il,2; j= 1,2; к 2,1 (j≠ к).

Отличительными признаками изобретения являются компенсация сигнала, отраженного от исследуемого объекта, затенение измеряемой части исследуемого объекта, повторное измерение P_2макс и P_2мин значения мощности интерферирующих сигналов, изменение фазы сигнала, отраженного от эталонного отражателя с ЭПР σ_эт2 не менее, чем на 180^o.

Предложенное устройство для измерения ЭПР содержит генератор электромагнитных волн, выход которого соединен со входом направленного ответвителя, одно плечо которого соединено с приемопередающей антенной, а другое с нагрузкой, выход направленного ответвителя соединен с индикатором рассеянных волн, суппорт с опорой для эталонного отражателя, закрепленной с возможностью ее перемещения вдоль электрической оси антенны, эталонный отражатель с двумя значениями ЭПР, установлен на опоре с возможностью вращения вокруг оси опоры.

Отличительными признаками изобретения являются эталонный отражатель с двумя значениями ЭПР и установка его на опоре с возможностью вращения вокруг оси опоры.

На фиг.1 приведена структурная схема предложенного устройства, где введены обозначения: 1 исследуемый объект, части которого подлежат измерению; 2 затененная, измеряемая часть объекта; 3 приемопередающая антенна (антенна); 4 генератор электромагнитных волн (генератор); 5 направленный ответвитель (НО); 6 нагрузка с регулируемым полным сопротивлением (нагрузка); 7 индикатор рассеянных волн (индикатор);
8 малоотражающая опора для крепления, перемещения и вращения эталонного отражателя (опора);
9 непрозрачный эталонный отражатель с двумя неравными значениями ЭПР;
10 суппорт для крепления и перемещения опоры.

Объектами измерения могут быть части наземных, воздушных и надводных объектов. Измеряемыми частями объектов, как правило, служат области стационарной фазы поверхностей объектов с раздорами больше рабочей длины волны, которые вносят наиболее существенный вклад в суммарное отражение от объекта. Такие измерения необходимы на стадии разработки объектов, когда имеются лишь макеты и экспериментальные (опытные) образцы продукции.

Антенна 3 может быть выполнена в виде металлического рупора. Генератор 4 может быть выполнен на клистроне, стабилизированном по частоте с помощью кольца ФАЛ и опорного кварцевого генератора. Долговременная нестабильность генератора по частоте должна быть меньше 10^-4. НО 5 выполнен из волноводов с боковым плечами. Регулируемая нагрузка 6 выполнена в виде отрезка волновода, заглушенного с одного конца, внутри которого размещен короткозамыкатель (поршень) с конусообразным поглотителем на конце которого закреплен диполь (СССР, авт. св. N 559315, МПК Н 01 Р 1/24, 1975 г.). Путем вращения диполя относительно продольной оси волновода изменяют амплитуду отраженного от нагрузки сигнала, а перемещением короткозамыкателя с диполем вдоль оси волновода изменяют его фазу. Индикатор 7 выполнен в виде супергетеродинного приемника с регистрацией вольтметром отраженных сигналов. Опора 8 выполнена малоотражающей из пенопласта диаметром кратным половине рабочей длины волны (СССР, авт.св. N 598474, МПК Н 01 R и Н 01 Q 1/00, 1976 г.).

Эталонный отражатель 9 выполнен из металла в форме полусферы и половины эллипсоида, соединенные основаниями одного диаметра. ЭПР такого эталона ее стороны полусферы равна πa² (где а радиус полусферы), а со стороны эллипсоида πв² (где в радиус вершины эллипсоида). Суппорт 10 выполнен по принципу продольного перемещения суппорта токарного станка.

Устройство для измерения ЭПР содержит антенну 3, генератор 4, направленный ответвитель 5, ко входу основного плеча которого подключен генератор 4, а к его выходу антенна 3, индикатор и нагрузка 6, подключена к разным концам бокового плеча направленного ответвителя 5. Индикатор включен к концу бокового плеча, в которое поступает отраженный сигнал. Кроме того, устройство содержит опору 8, на которой закреплен эталонный отражатель 9. Опора крепится на суппорте 10 с возможностью перемещения вдоль электрической оси антенны 3 и вращения вокруг своей оси. В рабочем положении опора устанавливается в дальней зоне антенны 3, а измеряемый часть объекта непосредственно за эталонным отражателем.

Объект 1, ЭПР части 2 которого должна быть измерена, размещается в дальней зоны антенны 3, так чтобы ее электрическая ось проходила через середину измеряемой части объекта. С помощью генератора 4 и антенны 3 облучают объект 1 радиоволнами, так чтобы область облучения объекта была существенно больше измеряемой части объекта. Это позволяет облучать измеряемую часть объекта постоянной амплитудой поля. В отсутствии на опоре эталонного отражателя с помощью нагрузки 6 компенсируют до нулевого показания индикатора 7 сигнал, обусловленный отражением от объекта 1. На опору 8, непосредственно перед измеряемой частью 2 объекта 1, устанавливают эталонный отражатель 9 (например, полусферой в сторону антенны), который затеняет измеряемую часть объекта. С помощью суппорта 10 перемещают эталон 9 вдоль электрической оси антенны 3 по меньшей мере на расстояние половины рабочей длины волны. Во время этого перемещения по шкале индикатора 7 отсчитывают максимальное P_1макс и минимальное P_1мин показания, пропорциональные мощности сигнала, вызванные затенением эталонным отражателем измеряемой части объекта и сигналом, отраженным от эталонного отражателя. Сигнал, вызванный затенением измеряемой части объекта равен сигналу, отраженному от этой части объекта.

По формулам (1) математически определяют возможные значения мощностей сигналов Р₁₁ и P₁₂, отраженных от эталонного отражателя и измеряемой части объекта.

Из этого измерения не удается определить, какой сигнал принадлежит эталонному отражателю, а какой измеряемой части объекта.

Для размещения этой неопределенности необходимо провести второе независимое измерение с другим значением ЭПР эталонного отражателя с тем же миделем. Для чего поворачивают эталонный отражатель на 180^o вокруг оси опоры полуэллипсом в сторону антенны. С помощью суппорта 10 перемещают эталонный отражатель 9 вдоль электрической оси антенны 3 на расстояние не менее половины длины волны и одновременно с этим по шкале индикатора 7 считывают максимальное P_2макс и минимальное P_2мин показания индикатора. Определяют по формулам (2) еще одну пару возможных значений мощностей сигналов, отраженных от эталона со вторым значением ЭПР и измеряемой части объекта P₂₁ и P₂₂. Из четырех значений мощности отраженных сигналов Р₁₁, P₁₂, P₂₁ и P₂₂ два будут одинаковыми (например Р₁₁ и P₂₂), поэтому они принадлежат отражению от измеряемой части объекта, а два других (P₁₂ и P₂₁) принадлежат первому и второму значениям ЭПР эталонного отражателя.

Значения ЭПР измеряемой части объекта σ_изм.об (при линейной шкале индикатора) определяют по формуле (3):

где i 1,2; j 1,2; k 2,1 (j≠k).

В нашем случае формула (3) будет иметь вид

Формула изобретения

1. Способ измерения ЭПР, заключающийся в облучении электромагнитными волнами исследуемого объекта и эталонного отражателя с ЭПР σ_эт.1 изменяя фазу сигнала, отраженного от эталонного отражателя не менее чем на 180^o, проводят первое измерение максимальное P_1max и минимальное P_1min значения мощности интерферирующих сигналов, вычисляют величины первого и второго интерферирующих между собой сигналов, по одному из которых определяют искомую ЭПР, отличающийся тем, что предварительно облучают исследуемый объект, компенсируют сигнал, отраженный от него и при измерении максимального и минимального сигналов эталонным отражателем затеняют измеряемую часть исследуемого объекта, вторично измеряют максимальное P_2max и минимальное P_2min значения мощности интерферирующих сигналов при изменении фазы сигнала, отраженного от эталонного отражателя с ЭПР σ_эт.2 не менее чем на 180^o, из измеренных P_2max и P_2min вычисляют величины первого и второго интерферирующих между собой сигналов, сравнивают их с соответствующими сигналами в первом измерении, при этом равные сигналы в первом и втором измерениях P_ij соответствуют отраженному сигналу от измеряемой части исследуемого объекта, а два других P_ik соответственно отраженному сигналу от эталонного отражателя с ЭПР σ_эт.1 и с ЭПР σ_эт.2, искомую ЭПР, равную ЭПР от измеряемой части исследуемого объекта, определяют из соотношения

где i 1,2;
j 1,2;
K 2,1 (j ≠ K).

2. Устройство для измерения ЭПР, содержащее генератор электромагнитных волн, выход которого соединен с входом направленного ответвителя, одно плечо соединено с приемопередающей антенной, а другое с нагрузкой, выход направленного ответвителя соединен с индикатором рассеяния волн, суппорт с опорой, закрепленной с возможностью ее перемещения вдоль электрической оси антенны, отличающееся тем, что введен эталонный отражатель с двумя значениями ЭПР, установленный на опоре с возможностью вращения вокруг оси опоры.

РИСУНКИ

Рисунок 1