测量雷达稳定性及测量精度检测方法研究

魏 挺，张锐娟

（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）

测量雷达稳定性及测量精度检测方法研究

魏 挺，张锐娟

（中国飞行试验研究院，陕西 西安 710089）

文章总结了测量雷达系统的测评情况，通过多次地面实验，求取雷达系统K值，并分析了雷达K值变化的情况来检测雷达系统的稳定性，通过不同尺寸金属球相互校准的形式检测雷达的RCS测量功能。实验结果表明，雷达状态相对稳定，具备RCS测量功能。

测量雷达；稳定性；精度；检测方法

高技术战争条件下的复杂战场环境，对目标特性的研究提出越来越高的要求。雷达目标电磁散射特性作为目标特性专业的重要分支之一，近20年来取得了飞速发展。因此，目标特性测量雷达系统稳定性及测量精度的测评，在电磁专业的工程应用中尤为重要。

雷达定标实验是检验雷达整体性能的常用方法，常用的标校方法分为相对标校和绝对标校。绝对标校法忽略了发射系统的影响且对测量设备精度要求高，因此工程中通常采用相对标校法。

1　基本原理介绍

雷达标定试验主要利用标准金属球进行标校，以获取雷达系统K值。K值涵盖了雷达系统损耗、大气衰减等不确定因素，是计算目标RCS值的关键参量，因此标定试验的效果直接影响动态RCS的测试精度。

单站测量时，雷达方程可表示为目标回波功率、目标RCS、发射系统、接收系统和传播路径等若干参数的方程，其定义如式（1）：

（1）

（1）式中各字母如下，Pr：雷达接收的目标回波功率；Pt：雷达发射功率；G：天线增益；λ：雷达波长；R：天线到目标的距离；σ：目标的雷达散射截面积；Lt：发射支路损耗；Lr：接收支路损耗；Lm：大气传输损耗；LP：极化损耗。令

其中，常数K可利用已知RCS的标准金属球校准得到：

式（5）中各字母含义如下，σs：标准金属球的雷达散射截面积；Prs：标准金属球的回波功率；Pts：测量标准金属球的雷达发射功率；Rs：标准金属球到天线的距离；Lms：定标时的大气损耗。

其中Lm需要根据目标距离进行修订，Pts可通过高精度功率检测计实时测量，Prs可通过功率校准曲线获得。

大部分测量雷达都采用测量支路与跟踪支路融合的设计方案。在数据采集端，信号回波功率被分解为AGC和脉压幅度Amp两部分，在dB空间内AGC+20×lg（Amp/A0）与回波功率Pr呈线性关系，其中A0是AGC起控电平，为固定参量。在实际测量中一般采用相对测量法，Pr（dB）和Prs（dB）在计算中可用AGC+20×lg（Amp/A0）代替，且在特定频段、距离内Lms变化可忽略不计。式（5）可简化为：K（dB）=σs（dB）+Pts（dB）-AGC-20×lg（Amp/A0）-4Rs（dB） （6）

2　试验处理方法

2.1接收通道线性度检查

接收机线性度直接影响测量结果的准确性。以某测量雷达为例，耦合出一路固定功率的频综信号，接精密可变衰减器后由接收系统接收，将输入信号逐dB衰减并在数据采集端记录。分析数据后得出，dB空间内AGC+20×lg（Amp/A0）与回波功率Pr呈线性关系，图1为该雷达验证结果，X轴为dB空间信号输入功率，Y轴为AGC+20×lg（Amp/A0）变化曲线。

图1　水平支路测试结果

根据回波数据算出该通道接收机线性度为：η=0.23%，非线性误差为：ε=0.14dB。

2.2应用标准金属球对雷达系统进行标校

2.2.1定标金属球选择

由于标准金属球各向同性，回波不随入射波角度变化而变化，但其RCS随电尺寸的变化而变化，散射的精确解为熟知的Mie级数，其标准RCS计算公式如下：

k=2π/λ为波数。

当ka＞20时，标准金属球的RCS趋向于其几何投影面积πa2，ka＜20可通过查表先查取相对应的NRCS值，再依据式（9）求得相应金属球标准RCS值。

2.2.2放球方式

业界常用的外场定标方法分为地面放球和直升机放球两种。前者受风速和背景干扰影响小，但成本偏高；后者成本低，流程时间短。外场定标通常采用后者。

为减少气球以及地面杂波对标校精度的影响，标准球金属与雷达应保持在适当距离范围。距离太远容易使气球与金属球同在主波束内，影响定标效果。若因距离远导致雷达仰角偏小，容易引入地杂波。若距离太近，金属球容易进入雷达测量盲区。

3　实验结果

为了综合检测雷达系统的稳定性，某波段雷达共进行6次标定试验。其中大球对应散射截面：0.0675m2（-11.70878dB）；小球对应散射截面：0.0487m2（-13.10769dB）。图2为该雷达K值（式6）统计结果，图3为6次放球温度、湿度和场压的变化曲线。

从图2可以看出，同一天内同一极化方式下大球和小球得到的K值基本一致，并且K值起伏不超过1.5dB，该结果表明目前雷达系统稳定性良好，且从图3中的温度、湿度、场压变化曲线可以看出，K值的起伏不随单一环境因素变化而变化，受环境的综合影响。

以进一步检测该雷达的测量精度为目的，ε挑选某日的放球数据，以大小球相互为基准，测量对方雷达散射截面。

图2　 K值变化曲线

图3　温度、湿度、场压变化曲线

表1中大球和小球相互为基准测量雷达散射截面的结果表明，该雷达已经具备RCS测量功能，且从表1中测量误差一项可以看出，雷达测量静止目标RCS效果良好，精度比较高。但动目标测量精度还需等条件具备后，对后期直升机放球数据、飞行数据以及RCS测量不确定度作出进一步分析后得出结论。

表1　相互测量结果

4　结语

金属球定标实验是检验雷达整体性能的常用方法。通过本文对某雷达标定数据的举例分析，表明该雷达目前系统稳定性良好，具备RCS测量功能，且测量静止目标RCS精度较高。该分析方法能为目标特性相关工作的开展打好基础，同时也具有一定的普遍适用性，对其他测量雷达系统的测评有借鉴意义。

［1］杨沛.外场RCS测量常用方法比较［J］.电子科技，2011（24）：69-72.

［2］张德保.外场毫米波RCS测量中的无源标校法［J］.船舶电子对抗，2006（29）：31-33.

［3］杨沛.外场RCS目标特性测量标校误差分析及改进［J］.电子科技，2009（22）：76-79.

Research of Measuring Radar Stability and Accuracy of Measurement Method

Wei Ting， Zhang Ruijuan （China Flight Test Establishment， Xi'an 710089， China）

Measurement instrumentation radar system is summarized in this paper， by many times the ground experiments， K value to calculate the radar system， and analyzing the radar K value changes， to test the stability of the radar system. And through the different size of metal ball in the form of mutual calibration detection radar RCS measurement function. The experimental results show that the radar is relatively stable， have RCS measurement function.

measuring radar； stability； precision； detection method

魏挺（1984-），男，黑龙江哈尔滨，硕士，工程师；研究方向：雷达电磁目标特性。