毫米波辐射计的缩比测试

毫米波辐射计的缩比测试

第27卷　第4期2006年12月

制　导　与　引　信

GUIDANCE&FUZE

Vol.27No.4

Dec.2006

文章编号:167120576(2006)0420036204

毫米波辐射计的缩比测试

周　珩,　娄国伟

1

2

(1.南京工程学院通信工程系,江苏南京210013;

2.南京理工大学毫米波光波近感技术研究所,江苏南京210094)

摘　要:采用缩比方法测试毫米波辐射计目标,较之传统的机载或塔载的方法可以节约

大量经费。该方法是在较低的高度上测量满足缩比条件的较小目标,以等效在实际使用高度上测量真实大目标的结果。文章讨论了测试的远场条件,并对一个具体的缩比测试实验的结果进行分析,结果表明:该方法简便易行,数据可信。

关键词:毫米波辐射计;缩比测试;目标识别中图分类号:TP73　　　　　　文献标识码:A

Contractible2scaledWaveRadiometer

,　LOUGuo2wei

1

2

(1.,NanjingInstituteofTechnology,NanjingJiangsu210013;

2.InstituteofSTechniquewithMMW&OpticalWave,NUST,NanjingJiangsu210094,China)

Abstract:Contractible2scaleddetectionismoreeconomicalthantraditionalmachine2carriedortower2carriedmethodinmillimeterwaveradiometertargetdetection.Thismethodteststhecontractible2scaledmodelatcontractibleheighttoequivalenttheactualoutcomes.Thepaperdiscussesthefar2fieldconditionandanalyzestheoutcomesofacontractible2scaledtest.Theresultshowsthatthismethodissimple,convenientandcredible.

Keywords:millimeterwaveradiometer;contractible2scaleddetection;targetrecognition

0　引言

被动毫米波辐射计是一种进行近距探测的有效设备。对于形状简单的目标,可直接计算出辐

收稿日期:2006-08-25

作者简介:周　珩(1976-),女,硕士,教师,主要从事信息处理和目标识别的研究。

射计的天线温度对比度;但是对于形状复杂的目

标,直接计算十分困难,精度难以保证,只能使用测试方法。在实际测试条件下,辐射计探测的高度一般为数十米到数百米,目标的天线温度对比度又是天气状况和季节的随机函数,所以必须采用机载或塔载的方法,对真实目标进行反复测量,然后进行统计分析,得到天线温度对比度的可靠资料,这不仅需要良好的测试条件,而且需要巨额

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第4期

周　珩,等:毫米波辐射计的缩比测试　　　　

θ-Barccos2221Π

2

2

(x2+y2+H2)3Π

2

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的测试经费,因此必须寻求一种经济而又实用的测量方法。

缩比测试提供了一个重要方法,特别是在全尺寸的目标不易得到时,可通过其缩比模型来推算目标的全尺寸特性。

dxdy

(2)

ΔTa为天线温度变化量;ΔTT为目标和背景式中,

之间的对比度;G0为天线波束中心的功率增益;

B为表征天线波束宽度的参数。

1　辐射计的测试原理

毫米波辐射计是利用物体在毫米波段的辐射

特性差异来探测目标。物体的表观温度Tap(θ,φ)与实际温度T的关系为

)=ε(θ,φ)TTap(θ,φ

(1)

2　缩比测试的原理

在毫米波辐射计真实目标的测试难以实现

[2]

时,缩比测试是一种很好的替代方法,其原理如图2所示。

式中,θ为俯仰角;φ为方位角;ε(θ,φ)为目标在(θ,φ)方向的发射率。

金属目标的毫米波发射率近似为零,它基本只反射天空的温度,而天空温度在一定时空范围内可认为是稳定的低温;相比较而言,背景环境的发射率较高,与背景之间的温度差异,识别目标。

,如图1所示。其中,xy面上,而辐

射计则在空中边旋转边降落。

图2　缩比仿真测试的原理示意图

测试高度以一定的缩比因子p缩减时,目标的各个尺寸也相应的同比例缩小。

由图2可知

Hlb===H2l2b2p

(3)

式中,H1为缩比测试高度;H2为真实测试高度;

图1　辐射计与目标的交会情况

l1为缩比后目标长度;l2为真实目标长度;b1为

当辐射计高度为H,天线波束对称轴与z轴

夹角为θF时,辐射计的天线波束扫描到目标,则辐射计的输出信号为

ΔTaG0H

=ΔTTπ4

[1]

缩比后目标宽度;b2为真实目标宽度。

为保证测试数据满足精度要求,缩比测试需满足以下条件:一是满足远场测试条件;二是被测背景和目标形状及位置不变;三是观测高度降低到原高度的1Πp时,目标尺寸在长和宽两个方向上均要缩小p倍。

∫

y

1

y

2

xx

21

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例如:探测100m处3m×7m的坦克,采用1

∶100的缩比模型,即缩比因子p为100,则缩比测试高度为1m,缩比模型的尺寸为0.03m×0.07m。可见,测试的规模大大减小,方法简便易行,可节约大量经费。

在实验中,取缩比高度为0.8m～1.5m范围

2

内几个不同点;测量目标为一块0.03×0.07m的铁板;辐射计天线口径为40mm;目标背景为水泥地面。当测试高度H分别为0.80m、0.95m、1.30m及1.40m时,输出波形如图5所示

。

3　实际缩比测试

实际的缩比测试系统主要由以下器件构成:交流辐射计、直流电机、毫米波束挡板、三角架支撑系统、直流电流源、示波器等。将辐射计竖直固定,天线波束传播一定距离经挡板反射后改变路径为倾斜照射,直流电机带动挡板旋转,相当于辐射计以一定的旋转速度扫描。图3为系统示意图,实际的测试系统如图4所示

。

图3　

缩比测试系统示意图

图5　不同高度下缩比测试所得的目标输出波形

图4　实际缩比测试系统

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周　珩,等:毫米波辐射计的缩比测试　　　　

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这些波形去噪后提取的主要特征量,均示于

表1中。

表1　高度不同对特征量的数值影响

高度

(m)0.800.951.301.40

4　结　论

本文介绍了毫米波辐射计的缩比测试方法以

及一个具体的测试实验。在满足一定条件下,缩比测试以较小的模型测试替代真实情况下的机载或塔载测试。该方法可以极其简便地在实验室内进行,不仅可节省测试的巨额费用,而且为实验和研究工作带来极大的便利。参考文献

[1]　李兴国.毫米波近感技术及其应用[M].北京:国防

波形面积

0.02940.02250.01300.0031

波形峰值

(v)5.59974.88193.70942.0338

最大斜率

2.1211e+0031.8848e+0031.7221e+0031.6660e+003

脉宽

(ms)5.54.93.62.3

从以上数据可以看出,辐射计距离目标的高

度对输出信号的四个特征量均有影响:随着高度增大,波形面积、波形峰值、波形最大斜率及脉宽都显著减小,辐射计距离目标的高度是影响目标输出信号的一个重要因素。这与理论相吻合,从而验证了该实验方法的可行性。

工业出版社,1991.

[2]　张祖荫,郭伟,文光华,等.华中理工大学学报,

,(.

][M].北京:国防工业出

(上接第35页)

虑凹凸起伏的曲面,介质分界面不能简单地

用一个曲面方程式表达时,用本文的算法无法求出射线与曲面的交点,但会对解决这类问题有参考价值。

出版社,1993:3802395.

[2]　金一庆,陈越.数值方法[M].北京:机械工业出版

社,2002:10229.

[3]　彭国伦.Fortran95程序设计[M].北京:中国电力出

版社,2002:4352465.

[4]　张路.机载天线罩分析和设计的研究[D].西安:西

5　结论

本文论述了已知天线罩各介质分界面曲面方

程时,如何用数值方法中的二分法来计算射线和介质分界面的交点,所提出的算法直观、可靠,能够自我验证计算结果的正确性,能够适应相当多的曲面方程形式。参考文献

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北工业大学,2001.

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本文来源：https://www.bwwdw.com/article/pln1.html