外定标方法
2.1 无源定标
定标物包括无源和有源的,无源定标物一般指具有特定几何形状的反射器,主要指金属圆球、角反射器和龙波透镜反射器等[4],以三角形反射器为例说明无源定标器的原理。三角形反射器是利用三个互相垂直的金属板做成的,如图所示:
图1 角反示意图
Fig 1 Corner reverse diagram
从图中可以看出,无论入射光线从哪个方向入射,出射光线方向一定会沿着入射方向返回。记三角反射器互相垂直的三个面分别为平面X、平面Y、平面Z,记入射光线为矢量r=(r1,r2,r3)。经平面X反射后,光线矢量变为r=(-r1,-r2,-r3),经平面Y反射后,光线矢量变为r=(-r1,-r2,r3),经平面Z反射后,光线矢量变为r=(-r1,-r2,-r3),正好与入射方向相反。由于三角反射器的后向散射在无源定标器里是最强的,因此一般会选择三角反射器用作地面定标器。因为三角反射器的后向散射系数是可以精确计算的,除此之外,三角反射器也有方向图。
典型的三角形角反射器具有如下优点:1、具有较宽的平坦度,指向的影响相对较小;2、同样的物理尺寸能提供最大的雷达截面积值;3、机械结构稳定,有利于提高稳定度。
2.2 有源定标
R.Brunfeld和F.T.Ulaby于1984年完成了第一个实用ARC的设计与制造,该ARC包括发射天线、接收天线、以及连接它们的放大器,结构如图所示:
由图可知,ARC接受到的信号功率为:
其中经ARC接收天线增益后输出的功率,为ARC发射天线增益,为ARC接收天线增益,为雷达发射时天线增益,为雷达接收时天线增益,R为雷达与ARC之间的距离,为雷达发射功率。该能量经放大器放大倍后,再由发射天线发射出去,则雷达接收的功率为:
那么,ARC的RCS可以表示为:
(3)
当ARC收发天线相同时:
(4)
可见,ARC的雷达散射截面(RCS)与其收发天线增益与转发器增益有关,在实际应用中具有以下优点:
(1)由于ARC的放大器增益可以单独的设定,可以得到任意校准大小的RCS(以不超过互耦为限)。
(2)ARC的接收天线与发射天线的极化可独立选取,两者组合,可获得任意极化散射矩阵,这对极化定标十分重要。
(3)ARC的接收天线 与放大器组合经校准,可作为接收机来测量天线方向图。
无源定标器由于它的结构简单、性能稳定、架设方便以及成本低廉,在雷达定标中被广泛应用。但是在一些情况下,无源定标满足不了定标要求,因此需要采用有源雷达校准器。在频率较低时,为了获得足够的RCS和主瓣带宽,角反射器非常大。另外,无源定标器的选频和极化变化特性不是很好。故采用有源定标来作为外定标实验的方法[5]。