2024年5月5日发(作者：)

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第２１卷

・　

第１期　

电子测量与仪器学报　

ＪＯＵＲＮＡＬ　ＯＦ　ＥＬＥＣＴＲｏＮｌＣ　

ＭＥＡｓＵＲＥＭＥＮＴ　ＡＮＤ　ｌＮｓＴＲＵＭＥＮＴ　

Ｚ．２ｌⅣｄ．１　

８２　・　

２００７年２月　

基于矢量网络分析仪的ＲＣＳ测量系统及应用　

刘密歌张麟兮李南京　

（西北工业大学国防科技研究院，西安７１００７２）　

摘要：目标散射截面（ＲＣＳ）的测量是雷达目标识别、成像等研究领域的一个关键环节。在对目标ＲＣＳ测量原理分析的　

基础上，提出了一个基于矢量网络分析仪测量目标ＲＣＳ的测量系统。通过对几个实际目标ＲＣＳ的测量，说明了该系统不仅结　

构简单，测量方便，而且功能强大，测量精度高。　

关键词：ＲＣＳ，矢量网络分析仪，测量精度　

中图分类号：ＴＰ２７４　文献标识码：Ａ　

ＲＣＳ　Ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　Ｓｙｓｔｅｍ　ｂａｓｅｄ　ｏｎ　Ｐｈａｓｏｒ　Ｎｅｔｗｏｒｋ　Ａｎａｌｙｚｅｒ　

Ｌｉｕ　Ｍｉｇｅ　Ｚｈａｎｇ　Ｌｉｎｘｉ　Ｌｉ　Ｎａｎｊｉｎｇ　

（Ｎａｔｉｏｎａｌ　Ｄｅｆｅｎｓｅ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ　Ｉｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＮＷＰＵ，Ｘｉ’ａｎ　Ｓｈａａｎｘｉ　７１００７２，Ｃｈｉｎａ）　

Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔａｒｇｅｔ　ｒａｄａｒ　ｃｒｏｓｓ　ｓｅｃｔｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｓ　ｉｍｐｏｒｔａｎｔ　ｉｎ　ｍａｎｙ　ｆｉｅｌｄｓ，ｓｕｃｈ　ａｓ　ｒａｄａｒ　ｔａｒｇｅｔ　ｒｅｃｏｇｎｉｔｉｏｎ　

ａｎｄ　ｒａｄａｒ　ｉｍａｇｉｎｇ．Ｂａｓｅｄ　ｏｎ　ｔｈｅ　ｐｒｉｎｃｉｐｌｅ　ｏｆ　ＲＣＳ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ，ａ　ｓｙｓｔｅｍ　ｆｏｒ　ＲＣＳ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎ　ｍｉｃｒｏｗａｖｅ　ａｎｅ－　

ｃｈｏｉｃ　ｃｈａｍｂｅｒ　ｉｓ　ｐｒｅｓｅｎｔｅｄ．Ｔｈｅ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ　ｍａｉｎｌｙ　ｔａｋｅｓ　ａｄｖａｎｔａｇｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｆｕｎｃｔｉｏｎｓ　ｏｆ　ｐｈａｓｏｒ　

ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎａｌｙｚｅｒ　ｔｈａｔ　ｃａｎ　ａｃｔ　ｎｏｔ　ｏｎｌｙ　ａｓ　ｓｉｇｎａｌ　ｔｒａｎｓｍｉｔｔｅｒ　ａｎｄ　ｒｅｃｅｉｖｅｒ　ｂｕｔ　ａｌｓｏ　ａｓ　ａ　ｐｒｅｃｉｓｉｏｎ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｉｎｓｔｒｕ－　

ｍｅｎｔ　ｉｎ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ＲＣＳ　ｆｏｒ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｓｐｅｃｉｌ　ｔａａｒｇｅｔｓ　ｗｅｒｅ　ｍｅａｓｕｒｅｄ　ｕｓｉｎｇ　ｔｈｅ　ｐｒｏｐｏｓｅｄ　ｓｙｓｔｅｍ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｓｈｏｗ　

ｔｈａｔ　ｔｈｅ　ｓｙｓｔｅｍ　ｈａｓ　ｐｏｗｅｒｆｕｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｆｕｎｃｔｉｏｎ，ｈｉｇｈ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｃｃｕｒａｃｙ，ｓｉｍｐｌｉｃｉｔｙ　ａｎｄ　ｆｅａｓｉｂｉｌｉｔｙ　ｃｏｍ－　

ｐａｒｅｄ　ｗｉｔｈ　ｎｏｒｍａｌ　ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ｓｙｓｔｅｍ．　

Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＲＣＳ，ｐｈａｓｏｒ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ａｎａｌｙｚｅｒ，ｍｅａｓｕｒｅｍｅｎｔ　ａｃｃｕｒａｃｙ．　

目标雷达散射截面（ＲＣＳ）是表征目标对照射电　

率的表达式为¨　

１

×　

磁波散射能力的一个物理量，它是雷达目标特性中　

最基本最重要的一个参数。通过对目标ＲＣＳ的测　

量，不仅可以取得对目标基本散射现象的了解，检验　

理论分析的结果，而且可以获得大量的目标特征数　

据，建立目标特性数据库。本文介绍的测量系统是　

在长宽高为２５ｍ×１５ｍ×１５ｍ的微波暗室下进行　

１

…　

×

瓮（１）　

Ｐ，为雷达接收到的回波功率，Ｐ　为雷达发射的功　

率，Ａ为发射电磁波的波长，Ｇ　，Ｇ，分别为发射天线　

与接收天线的增益，Ｌ　，Ｌ　分别为发射机内馈线与发　

射天线到目标传播途径的损耗，Ｌ　，Ｌ　分别为接收机　

的，测量的频率可达１８ＧＨｚ。系统组成与已有测量　

系统相比较，简单易行，测量精度高。　

内馈线与目标到接收天线传播途径的损耗，　为目　

标雷达散射截面，Ｒ　和Ｒ　分别为发射天线到目标　

与目标到接收天线的距离。　

１　ＲＣＳ的测量原理　

一

若测量的是单站ＲＣＳ，且收发天线使用同一标　

准天线，即　

Ｒ　＝Ｒ　＝Ｒ；Ｌ　＝Ｌ　＝Ｌ；　般情况下，目标ＲＣＳ的测量是通过测量雷达　

则　

回波的功率，按照雷达方程反算出目标的ＲＣＳ值。

若用雷达发射天线对准目标进行照射，雷达接收功　

Ｌ　＝ｚ　＝Ｌｆ；Ｃ　＝Ｇ　＝Ｇ　

本文于２００６年１月收到。刘密歌：讲师；张麟兮：副教授；李南京：工程师。　

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第１期　基于矢量网络分析仪的ＲＣＳ测量系统及应用　・８３・　

（２）　

在高频区测量ＲＣＳ时，目标可看作一个线性的　

二端口网络。Ｐ　作为端口１的入射功率，Ｐ，作为端　

口２出射功率。那么将　

＝

ｌ　Ｓ　２。ｌｌ　ｌ　（３）Ｌ　　

代人上式可得　

ｏｒ＝　

＝——————＿

Ｉｒ　

＝　—　————一　

Ａ　

（４）‘．，　

若在同一条件下测得的标准球和待测物的散射参数　

分别是Ｓ２１ａ和．ｓ　…且各量都用分贝表示，那么待测　

物的雷达散射截面　

ｏｒ６＝Ｓ２ｌ６一．ｓ２ｌ。＋ｏｒ。　（５）　

其中ｏｒ。是标准球的雷达散射截面。由此可见在测　

量目标ＲＣＳ的值时，主要是测量待测目标及标准球　

的散射参数。　

２测量系统的组成　

根据第二节的分析及文献［２］，本文在微波暗　

室内基于矢量网络分析仪构建了一个远场ＲＣＳ测　

量系统，系统的组成如图１所示，主要由四部分组　

成。　

一……一…一…一一　

测物　

图１　测量系统示意图（虚线内是微波暗室）　

２．１　矢量网络分析仪ＰＮＡ８３６３Ａ　

矢量网络分析仪不仅作为信号的收发设备，而　

且还作为测量设备，测量网络的ｓ参数。它既可发　

射宽带步进扫频脉冲信号，也可发射单载波连续信　

号（简称点频信号）．若要测量目标ＲＣＳ的值，则让　

矢量网络分析仪的一个通道发射信号，经功率放大　

器进一步放大后，通过馈线送往发射天线发射出去，　

它的另一个通道接收目标回波信号．通过它的测量　

功能就可直接得到待测网络的．ｓ　．参数。它可以直　

接操作也可由连网计算机操作。　

２．２收发天线　

采用一对宽带喇叭天线通过馈线与矢量网络分　

析仪相连，置与暗室一端的支架上，距转台１５ｍ满　

足远场要求（Ｒ＞２ｄ　／Ａ，其中ｄ为物体的最大几何　

尺寸）。为了满足单站ＲＣＳ的要求，收发天线距离　

为４０ｃｍ靠得很近，且严格极化匹配。为了避免相　

互影响，中间用吸波材料隔开．　

２．３转台及支架　

转台安装在静区（长宽高为２ｍ×２ｍ×２ｍ）下　

的地面上，放置待测物体的泡末支架置与其上，这样　

测量时受到的杂波干扰最小且满足远场测量条件。　

２．４转台控制柜　

它是为转台专门研制的一种精密控制装置，它　

既可以直接控制转台，又可以与计算机连接进行自　

动控制，通常以自动控制为主，以保证测量精度的要　

求。　

３’点频法测量ＲＣＳ随观测角的　

关系　

３．１测量过程　

在检测低散射物体时，为了降低暗室背景的影　

响，在上述测量系统中让输入输出信号通过对消器　

再与收发天线相连，且发射点频连续信号，具体的测　

量步骤如下：　

（１）校准矢量网络分析仪；　

（２）调节对消器中的移相器和衰减器，使网络　

分析仪的．ｓ　。最小；　

（３）架设标准球，将收发天线置于垂直（水平）　

极化状态；　

（４）调整转台到起始位置，设置转台扫描参数，　

每隔一定转角，矢量网络分析仪采集一次标准球的　

回波数据Ｓ２１ａ并保存；　

（５）取下标准球，放置待测目标，在不改变其它　

测量参数的情况下，测得目标的散射参数为Ｓ　。　；　

（６）再将收发天线置于水平（垂直）极化状态，　

重复（２）一（５）；　

（７）数据处理。由于在微波暗室内，背景杂波　

干扰及矢量网络分析仪等硬件设备的噪声，测量精　

度不够理想，必须通过滤噪处理。经过分析，有用信　

号表现为低频信号或是一些平稳信号，而噪声表现　

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８４・　电子测量与仪器学报　２００７矩　

为高频信号。本系统利用小波分析　对测量的数　

据进行滤噪处理；　

（８）绘制图形。把滤波处理后的数据代入（５）　

式得到目标的　值，即可绘出目标ＲＣＳ随观测角　

的关系曲线。　

３．２测量结果　

图２和图３是在载波频率为１５ＧＨｚ情况下，对　

直径为４０ｃｍ和１５ｃｍ的标准球的测量结果（其理论　

值分别为一９．００７９ｄＢｓｍ和一１７．５２７３ｄＢｓｍ）。　

将本系统测量的结果与文献［４］的结果进行比　

较。易见本系统的测量精度较常规的收发设备分离　

的测量系统有较大的提高，其原因主要有以下两点：　

（１）系统结构简单，主要的测量设备——矢量　

网络分析仪的精度高；　

（２）采用的测量方法使得许多参数无需测量，　

既减轻了测量工作，又减少了各项测量所引入的误　

差。　

ｏｒ（ｄＢｓｍ）　

转角（度）　

图２　４０ｃｍ标准球实测曲线　

（　＝一９．３３３６±１．０９８７ｄＢｓｍ）　

ｒｏ（ｄＢｓｍ）　

转角（度）　

图３　１５ｃｍ标准球实测曲线　

（　＝一１７．４８０１±０．９７６８ｄＢｓｍ）　

４扫频法测量目标ＲＣＳ的一维像　

在本系统中如果让矢量网络分析仪发射宽带扫　

频脉冲信号就可以实现目标的一维成像。测量过程　

较之点频法更为简单，不需要采用对消系统降低背　

景影响，只需对空暗室进行一次测量，最后通过与待　

测目标数据进行矢量相减来降低背景影响。　

图４是对一个隐身飞机模型的一维距离像的测　

量结果。其中矢量网络分析仪的扫频范围设置为　

１２～１８ＧＨｚ。采样点数为１６０１个点，响应的频率分　

辨率为６ＧＨｚ／１６００＝３．７５ＭＨｚ经过变换，时域动态　

范围为Ｔ＝１／３．７５ＭＨｚ＝２６７ｎｓ，空问的最大测量距　

离为ｃＴ／２＝４０ｍ，而暗室长为２５ｍ，完全满足测量要　

求。从图４中可见强散射源较多，为了判断哪个是　

目标区．只要在目标区加一个大的反射平板就可确　

定目标区位置。图５是将目标区飞机的一维像放大　

后的结果。　

（ｄＢｓｍ）　

（ｍ）　

５　结　论　

微波暗室内ＲＣＳ的测量研究是目前我国隐身　

与反隐身技术研究的有效手段，本文基于矢量网络　

分析仪构建了一个简单可靠的ＲＣＳ测量系统。该　

测量系统不仅可通过发射点频连续信号测量目标在　

不同观测角下的ＲＣＳ值，还可通过发射宽带扫频信　

号来测量目标ＲＣＳ随频率的关系以及完成目标的　

一

维成像。为了进一步完善该测量系统，可通过加　

时问门，加窗函数等信号处理的手段来提高全频段　

ＲＣＳ的测量精度，还可通过二维傅立叶变换算法和　

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第１期　基于矢量网络分析仪的ＲＣＳ测量系统及应用　・　８５　・　

滤波一逆投影算法　来实现目标的二维成像等　

［５］　王岩亭，王贞松．星载合成孔径雷达并行二维成像处　

功能。　

理的实现［Ｊ］．电子与信息学报，２０００．２２（４）：５９７—　

６０６．　

参考文献：　

［６］　吕守业，龙藤．机载合成孔径雷达实时成像处理系统　

［１］阮颖铮．雷达散射截面与隐身技术［Ｍ］．北京：国防工　

研究［Ｊ］．北京理工大学学报，２００５．２５（２）：１５５—　

业出版社，１９９８．　

１５８．　

［２］　美Ｅ．Ｆ．可拉特著．阮颖铮，陈海等译．雷达散射截面　

预测．测量．减缩［Ｍ］．北京：电子工业出版社，１９８８．　

作者简介：　

［３］　胡昌华，张军波，夏军．基于ＭＡＴＬＡＢ的系统分析与　

设计一小波分析［Ｍ］．西安：西安电子科技大学出版　

社，１９９９．　

［４］李相迎，涂志明．雷达ＲＣＳ目标特性测量的标定与精　

度析［Ｊ］．装备指挥技术学院学报，２００２．１３（２）：８１—　

８３．　

＿　学天线电刘子与密信ＲＣ歌息Ｓ学：的女院测，１硕量９７士技２年研术出究。　生，西研北究工方业向大为　

横河公司最新推出高性能ＯＴＤＲ　ＡＱ７２７０　

——

使光纤网络的安装与维护更加有效　

为了满足快速增长的通信服务，如：视频传输、　即测。ＡＱ７２７０的８．４英寸的高亮度液晶显示器，即　

光纤网络被广泛的使用，那些提供通信网络的公司　

使在野外很强的太阳光下也能清楚的观察曲线。这　

被越来越多的要求安装光纤网络，同时具有丰富现　样可以为测量人员带来很大的便捷性，大大提高现　

场测量经验的工程师也变得明显不足，考虑到以上　场测量、数据分析的效率。　

两个方面，这些进行通信网络建设的公司在选择　

４．更小的尺寸、更好的便携性　

ＯＴＤＲ的时候，就需要性能出色、操作简单的ＯＴＤＲ　ＯＴＤＲ主要应用于光缆线路的安装与维护，　

来提高工作效率。　

ＡＱ７２７０的尺寸２８７Ｘ１８２Ｘ７５ｍｍ，重量２．８Ｋｇ，大大　

ＡＱ７２７０采用了最新的光学器件，它按照光缆　

提高了仪器的便携性，使光缆线路的维护工作变得　

的架设，包括接入网与用户网安装测量要求来设计　

更轻松。　

的，可以很好的满足这些领域的测量要求。ＹＯＫ—　

主要应用：　

ＯＧＡＷＡ将大力推广两款ＯＴＤＲ，新的产品ＡＱ７２７０　

光纤网络安装质量的评估　

主要应用于城域网与接入网的测量，ＡＱ７２６０主要　

・

测量光纤损耗、确定故障点等　

应用于核心网和长途干线的测量。　

光缆线路的维护　

ＡＱ７２７０　ＯＴＤＲ的新特点　

・

测量线路损耗随时间的变化　

１．更近的连接点测量能力　

・

准确的光缆线路的断点进行定位　

在光缆安装的过程中，连接点的问题经常出现，　

主要目标市场：　

这样就需要那些能对接头进行高分辨率测量的ＯＴ－　

电信运营商、ＣＡＴＶ服务提供商、电信网络工程　

ＤＲ来对这些问题接头点进行定位。ＡＱ７２７０具有　

公司等　

行业内最短的事件盲区０．８ｍ。这样ＡＱ７２７０就可　

关于上海横河国际贸易有限公司：　

以测量到光缆线路中更多的接头点，对于光缆线路　上海横河国际贸易有限公司是Ｅｔ本横河电机株　

的安装测量也会变得更加的准确。　式会社集测量仪器销售、技术支持、售后服务以及软　

２．简便测量功能　

件开发为一体的独资企业，全方位地向中国用户提　

ＡＱ７２７０具有单键测量功能，它可以记录下用　

供横河电机的各类先进电子测量仪器以及光通讯、　

户先前预设的测量条件与测量过程，即使没有操作　

无线通讯测量仪器，包括数字存储示波器系列、功率　

经验的人员，也只要按一个键，就可以完成对安装完　

分析仪、功率计、压力测量仪、校正仪、标准发生源、　

的光缆线路进行测量。这样就可以避免很多的测量　

仿真器、光通讯、无线通讯测量仪器，工业乃至科研　

错误。利用仪器的设置向导功能可以方便的对工程　用的各种记录仪、数据采集器，以及开发多媒体、通　

人员进行培训。　

讯和信息设备所需的测量仪器等。　

３．提高工作效率　

网址：ｈｔｔｐ：／／ｗｗｗ．ｙｏｋｏｇａｗｍ　ｃｏｍ／ｃｎ—ｙｓｈ　

ＡＱ７２７０的启动时间只有１０秒，可以实现开机　邮件：ｔｅｃｈ＠ｙｓｈ．ｃｏｍ．ｃｎ