Способ и устройство измерения элементов матрицы рассеяния (варианты)

Способ и устройство измерения элементов матрицы рассеяния (варианты)

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится в области радиолокации и предназначено для измерения радиолокационных характеристик объектов, а именно измерения элементов матрицы в выбранном поляризационном базисе при мягкой подвеске объекта измерения.

Известно устройство для измерения «нелинейных» радиолокационных характеристик (RU пат. №2265230, G01R 29/08, G01S 13/04, Бюл. №33 от 27.11.2005 г.). Это устройство содержит: задающий генератор, полосовой фильтр, передающую и приемную антенны, регистратор, последовательно соединенные усилитель, гетеродин и блок стабилизации частоты гетеродина. Между приемной антенной и регистратором последовательно соединены разделитель поляризаций и два параллельных приемных канала. Каждый канал состоит из последовательно соединенного смесителя и усилителя приемного канала. Выходы усилителей присоединены к соответствующим входам регистратора, а вторые их выходы подключены к фазовому детектору, выход которого подключен к регистратору. Между задающим генератором и полосовым фильтром находится направленный ответвитель, к боковому выходу которого последовательно подключен усилитель и блок стабилизации частоты гетеродина. Передающая антенна выполнена круговой поляризации излучения. Два выхода гетеродина подключены к смесителям соответствующих приемных каналов, третий выход - к блоку стабилизации частоты и выход полосового фильтра подсоединен к передающей антенне. Это устройство позволяет измерять только кросс составляющие элементы матрицы рассеяния.

Известен одноантенный измеритель обратного рассеяния и способ его работы, который принят за прототип изобретения (СССР авт. св. №302810, Н03J 5/00, Бюл. №15 от 28.04.71) Это устройство содержит: генератор, основной и опорный каналы, поляризатор, устройства разделения и регистрации падающих и переизлученных объектом измерения радиоволн, приемопередающую антенну и два приемника. Устройство разделения излучаемых антенной и переизлученных объектом измерения радиоволн выполнено в виде волноводного направленного разделителя поляризаций с основной линией квадратного или круглого сечения и с двумя боковыми линиями прямоугольного сечения. Широкие стенки боковых волноводов взаимно перпендикулярны. Измеритель обратного рассеяния предназначен для измерения полной матрицы рассеяния М объекта измерений при закреплении объекта на жесткой опоре.

Матричное уравнение (1), связывающее две ортогональные компоненты падающих на объект измерения радиоволн с соответствующими компонентами переизлученных объектом радиоволн, имеет вид:

где Ei,x и Ei,y - ортогональные компоненты падающих на объект радиоволн;

Er,x и Er,y - ортогональные компоненты принимаемых радиоволн, переизлученных объектом измерения;

a·expiϕ_xx, b·expiϕ_xy, c·expiϕ_yx и d·expiϕ_yy - четыре комплексных элемента матрицы рассеяния.

а, b, с и d - модули элементов матрицы рассеяния;

ϕ_yy, ϕ_xx, ϕ_yx и ϕ_xy - аргументы (фазы) элементов матрицы рассеяния.

Матрица М, модули элементов которой выражены в значениях эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) - σ, записывается в виде:

где σ_yy, σ_xx и σ_yx, σ_xy, - эффективные поверхности рассеяния объекта измерения при параллельном (излучение и прием компонент одинаковых поляризаций) и ортогональном (излучение и прием компонент ортогональных поляризаций) приеме переизлученных радиоволн объектом измерения в выбранном поляризационном базисе.

Матрица рассеяния симметрична, если передающая и приемная антенны совмещены. В этом случае элементы матрицы √σ_yx, expiϕ_yx и √σ_xy, expiϕ_xy равны и матрица рассеяния (2)принимает вид:

Одноантенный измеритель измеряет амплитуды переизлученных объектом радиоволн и их фазы относительно фазы излучений генератора. При таком условии объект измерения должен быть закреплен на жесткой опоре и вращаться вокруг неподвижной оси, поэтому этот измеритель не может быть применен в условиях открытых полигонов, где объекты измерения крепятся на мягкой подвеске: тросах и стропах и раскачиваются при измерении. Ось вращения объекта измерения при мягкой подвеске во время измерения изменяет свое положение в пространстве относительно антенны измерителя, что приводит к невозможности измерения фазы переизлучения объекта измерения с опорной фазой излучений антенны из-за погрешностей, превышающих значения измеряемых величин.

Технический результат изобретения - измерение элементов полной матрицы рассеяния объекта измерения, закрепленного на мягкой подвеске, в выбранном поляризационном базисе.

Изобретения поясняются фигурами, на которых введены обозначения:

1 - генератор радиоволн (Гf); 2 - делитель мощности (ДМ); 3 - направленный ответвитель (НО); 4 - фильтр несущей частоты f (Фf) генератора 1; 5 - первая антенна; 6 - вторая антенна; 7 - смеситель (См); 8 - амплитудный детектор (АД); 9 - усилитель высокой частоты (УВЧ); 10 - гетеродин (Гт); 11 - стабилизатор частоты гетеродина (Ст); 12 - фазовый детектор (ФД); 13 - делитель опорной частоты fo (Дfo); 14 - третья антенна; 15 - фильтр опорной частоты fo (Фfo); 16 - умножитель опорной частоты (Уfo); 17 - опоры системы мягкой подвески объекта измерения (СМП); 18 - несущий трос СМП; 19 - стропы крепления объекта измерения; 20 - объект измерения; 21 - генератор опорного сигнала с частотой fo; 22 - стропы-оттяжки вращения объекта измерения; 23 - поворотное устройство вращения объекта измерения с установленном на нем генератором опорного сигнала.

Первый вариант выполнения устройства

Устройство первого варианта предназначено для измерений элементов матрицы рассеяния: a·expiϕ_xx или d·expiϕ_yy в заданном поляризационном базисе, при параллельном приеме (излучение и прием компонент одинаковой поляризации), когда частота fo опорного сигнала кратна частоте f излучений первой антенны 5 (fo=nf, где n=2, 3, 4, ...).

Устройство содержит (фиг.1): генератор 1 радиоволн с частотой излучений f (Гf), делитель мощности (ДМ) 2, направленный ответвитель (НО) 3, фильтр 4 частоты генератора 1 (Фf), первую антенну 5, выполненную приемопередающей, вторую антенну 6, выполненную приемной, смесители (См) 7, амплитудный детектор (АД) 8, усилитель высокой частоты (УВЧ) 9, гетеродин (Гт) 10, стабилизатор частоты гетеродина (Ст) 11, фазовый детектор (ФД) 12, делитель опорной частоты (Дfo) 13, опоры системы мягкой подвески объекта измерения (СМП) 17, несущий трос 18 СМП, стропы крепления объекта измерения 19, объект измерения 20, генератор опорного сигнала 21 с излучателем и с частотой излучений fo, стропы-оттяжки 22 вращения объекта измерения, поворотное устройство 23 вращения объекта измерения 20.

Генератор 1, основное плечо делителя мощности 2, основное плечо направленного ответвителя 3, фильтр 4 и антенна 5 соединены последовательно. Боковое плечо ДМ 2, соединено с входом сигнала генератора стабилизатора частоты 11 гетеродина 10. Управляющие выход и вход стабилизатора 11 соединены с управляющим входом и выходом гетеродина 10. Сигнальный выход гетеродина 10 соединен с входами сигнала гетеродина смесителей 7. Сигнальный вход одного смесителя соединен с выходом бокового плеча НО 3, а его сигнальный выход соединен с входами амплитудного 8 и фазового 12 детекторов, выходы которых подключаются к регистраторам (на фигурах не показаны).

Антенна 6, усилитель высокой частоты 9, делитель частоты 13 и сигнальный вход второго смесителя 7 соединены последовательно. Сигнальный выход второго смесителя соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12.

Генератор опорного сигнала 21 установлен на поверхности объекта измерения 20 так, что его излучатель находится в точке прохождения оси вращения объекта через поверхность. При таком закреплении генератора опорного сигнала фаза его излучений во время измерения относительно оси вращения объекта измерения равна нулю.

Объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 закреплен на системе мягкой подвески в дальней зоне антенн 5 и 6. Электрические оси антенн 5 и 6 направлены на объект измерения и лежат в плоскости вращения объекта измерения, антенны установлены в ряд, одна около другой.

Второй вариант выполнения устройства

Устройство этого варианта предназначено для измерений элементов матрицы рассеяния: b·expiϕ_xy или c·expiϕ_yx в выбранном поляризационном базисе при ортогональном приеме (поляризации компонент излучения и приема ортогональны) и когда частота fo опорного сигнала кратна частоте f излучений первой антенны 5 (fo=nf, где n=2, 3, 4, ...).

Устройство содержит (фиг.2): генератор 1 радиоволн с частотой излучений f (Гf), делитель мощности (ДМ) 2, фильтр 4 несущей частоты генератора 1 (Фf), первую антенну 5, выполненную передающей, вторую антенну 6, выполненную приемной, смесители (См) 7, амплитудный детектор (АД) 8, усилитель высокой частоты (УВЧ) 9, гетеродин (Гт) 10, стабилизатор частоты гетеродина (Ст) 11, фазовый детектор (ФД) 12, делитель частоты опорного сигнала (Дfo) 13, третью антенну 14, выполненную приемной с поляризацией излучения ортогональной поляризации антенны 5, опоры системы мягкой подвески объекта измерения (СМП) 17, несущий трос 18 СМП, стропы крепления объекта измерения 19, объект измерения 20, генератор опорного сигнала с частотой fo 21, стропы-оттяжки вращения объекта измерения 22, поворотное устройство вращения 23 объекта измерения.

Генератор 1, основное плечо делителя мощности 2 и антенна 5 соединены последовательно. Боковое плечо ДМ 2 соединено с входом сигнала генератора стабилизатора частоты 11 гетеродина 10. Управляющие выход и вход стабилизатора 11 соединены с управляющим входом и выходом гетеродина 10. Сигнальные выходы гетеродина 10 соединены с входами сигнала гетеродина смесителей 7. Сигнальный вход одного смесителя соединен последовательно с фильтром частоты генератора 1 и с выходом антенны 14, а сигнальный выход смесителя соединен с входами амплитудного 8 и фазового 12 детекторов, выходы которых подключаются к регистраторам (на фигурах не показаны).

Антенна 6, усилитель высокой частоты 9, делитель частоты опорного сигнала 13 и сигнальный вход второго смесителя 7 соединены последовательно. Сигнальный выход второго смесителя соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12.

Генератор опорного сигнала 21 установлен на поверхности объекта измерения 20 так, что его излучатель находится в точке прохождения оси вращения объекта через поверхность. При таком закреплении генератора опорного сигнала фаза его излучений во время измерения относительно оси вращения объекта измерения равна нулю.

Объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 закреплен на системе мягкой подвески в дальней зоне антенн 5, 6 и 14. Электрические оси антенн 5, 6 и 14 направлены на объект измерения и лежат в плоскости вращения объекта измерения, антенны установлены в ряд, одна около другой.

Третий вариант исполнения устройства

Устройство этого варианта предназначено для измерений при параллельном приеме (излучение и прием одинаковых поляризаций) элементов матрицы рассеяния: a·expiϕ_xx или d·expiϕ_yy, когда опорная частота составляет долю от частоты излучений антенны 5, кратную обратным значениям целых чисел (fo=f/n, где n=2, 3, 4, ...).

Устройство содержит (фиг.3): генератор 1 радиоволн с частотой излучений f (Гf), делитель мощности (ДМ) 2, направленный ответвитель (НО) 3, первую антенну 5, выполненную приемопередающей, вторую антенну 6, выполненную приемной, смесители (См) 7, амплитудный детектор (АД) 8, усилитель высокой частоты (УВЧ) 9, гетеродин (Гт) 10, стабилизатор частоты гетеродина (Ст) 11, фазовый детектор (ФД) 12, умножитель опорной частоты (Уfo) 16, опоры системы мягкой подвески объекта измерения (СМП) 17, несущий трос 18 СМП, стропы крепления объекта измерения 19, объект измерения 20, генератор опорного сигнала 21 с частотой fo, стропы-оттяжки вращения объекта измерения 22, поворотное устройство вращения 23 объекта измерения.

Генератор 1, основное плечо делителя мощности 2, основное плечо направленного ответвителя 3 и антенна 5 соединены последовательно. Боковое плечо ДМ 2 соединено с входом сигнала генератора стабилизатора частоты 11 гетеродина 10. Управляющие выход и вход стабилизатора 11 соединены с управляющим входом и выходом гетеродина 10. Сигнальные выходы гетеродина 10 соединены с входами сигнала гетеродина смесителей 7. Сигнальный вход одного смесителя соединен с выходом бокового плеча НО 3, а его сигнальный выход соединен с входами амплитудного 8 и фазового 12 детекторов, выходы которых подключаются к регистраторам (на фигурах не показаны).

Антенна 6, фильтр 15 частоты fo, усилитель высокой частоты 9, умножитель частоты 16 и сигнальный вход второго смесителя 7 соединены последовательно. Сигнальный выход второго смесителя соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12.

Генератор опорного сигнала 21 установлен на поверхности объекта измерения 20 так, что его излучатель находится в точке прохождения оси вращения объекта через его поверхность. При таком закреплении генератора опорного сигнала фаза его излучений во время измерения относительно оси вращения объекта измерения равна нулю.

Объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 закреплен на системе мягкой подвески в дальней зоне антенн 5 и 6. Электрические оси антенн 5 и 6 направлены на объект измерения и антенны установлены в ряд, одна около другой.

Четвертый вариант исполнения устройства

Устройство этого варианта предназначено для измерений при ортогональном приеме (излучение и прием компонент ортогональных поляризаций) элементов матрицы рассеяния b·expiϕ_xy или c·expiϕ_yx, когда опорная частота составляет долю от частоты излучений антенны 5, кратную обратным значениям целых чисел (fo=f/n, где n=2, 3, 4, ...).

Устройство содержит (фиг.4): генератор 1 радиоволн с частотой излучений f (Гf), делитель мощности (ДМ) 2, фильтр 4 несущей частоты генератора 1 (Фf), первую антенну 5, выполненную передающей, вторую антенну 6, выполненную приемной, смесители (См) 7, амплитудный детектор (АД) 8, усилитель высокой частоты (УВЧ) 9, гетеродин (Гт) 10, стабилизатор частоты гетеродина (Ст) 11, фазовый детектор (ФД) 12, третью антенну 14, выполненную приемной с поляризацией излучения, ортогональной излучению антенны 5, умножитель частоты опорного сигнала (Уfo) 16, опоры системы мягкой подвески объекта измерения (СМП) 17, несущий трос 18 СМП, стропы крепления объекта измерения 19, объект измерения 20, генератор опорного сигнала 21 с частотой fo, стропы-оттяжки вращения объекта измерения 22, поворотное устройство вращения 23 объекта измерения.

Генератор 1, основное плечо делителя мощности 2 и антенна 5 соединены последовательно. Боковое плечо ДМ 2, соединено с входом сигнала генератора стабилизатора частоты 11 гетеродина 10. Управляющие выход и вход стабилизатора 11 соединены с управляющим входом и выходом гетеродина 10. Сигнальные выходы гетеродина 10 соединены с входами сигнала гетеродина смесителей 7. Сигнальный вход одного смесителя, фильтр 4 частоты генератора 1 и антенна 14 соединены последовательно, а сигнальный выход смесителя соединен с входами амплитудного 8 и фазового 12 детекторов, выходы которых подключаются к регистраторам (на фигурах не показаны).

Антенна 6, усилитель высокой частоты 9, умножитель опорной частоты 16 и сигнальный вход второго смесителя 7 соединены последовательно. Сигнальный выход второго смесителя соединен с входом опорного сигнала фазового детектора 12.

Генератор опорного сигнала 21 установлен на поверхности объекта измерения 20 так, что его излучатель находится в точке прохождения оси вращения объекта через его поверхность. При таком закреплении генератора опорного сигнала фаза его излучений во время измерения относительно оси вращения объекта измерения равна нулю.

Объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 закреплен на системе мягкой подвески в дальней зоне антенн 5, 6 и 14. Электрические оси антенн 5, 6 и 14 направлены на объект измерения и антенны установлены в ряд, одна около другой.

Возможное выполнение узлов и блоков устройств

Генератор 1 радиоволн должен быть выполнен монохроматического излучения с частотой f.

Делитель мощности (ДМ) 2 может быть выполнен в виде волноводного направленного ответвителя или делителя на коаксиальной линии передач.

Направленный ответвитель (НО) 3 может быть выполнен на прямоугольном волноводе или коаксиальной линии передач.

Фильтр 4 несущей частоты (Фf) генератора 1 может быть выполнен на прямоугольном волноводе с резонансными диафрагмами или на коаксиальной линии передач Г или П-образным на индуктивностях и емкостях.

Первая антенна 5 с рабочей частотой f для первого и третьего вариантов устройств должна быть выполнена приемопередающей с поляризаций излучений одной из ортогональных составляющих выбранного поляризационного базиса матрицы рассеяния.

Первая антенна 5 с рабочей частотой f для второго и четвертого вариантов устройств должна быть выполнена передающей с поляризаций излучений одной из ортогональных составляющих выбранного поляризационного базиса матрицы рассеяния.

В качестве таких антенн могут быть применены: рупорная, зеркальная и др. антенны. Электрическая ось антенн устанавливается в направлении на объект измерения 20 и находится в плоскости его вращения.

Вторая антенна 6 приемная с частотой излучения f_o, согласованная по поляризации с поляризацией (параллельной) излучения генератора опорного сигнала 21. В качестве такой антенны могут быть применены: рупорная, зеркальная и др. антенны. Антенна 6 устанавливается в ряд с антенной 5, электрическая ось антенны 6 устанавливается в направлении на объект измерения 20 и находится в плоскости его вращения.

Смеситель (См) 7 может быть выполнен на диоде по известным схемам.

Амплитудный детектор (АД) 8 может быть выполнен на диоде по известной схеме.

Усилитель высокой частоты (УВЧ) 9 может быть выполнен на транзисторах или ЛБВ по известным схемам.

Гетеродин (Гт) 10 может быть выполнен на транзисторах по известным схемам или на отражательном клистроне.

Стабилизатор частоты гетеродина (Ст) 11 может быть выполнен на транзисторах по известным схемам.

Фазовый детектор (ФД) 12 может быть выполнен на диоде по известной схеме.

Делитель опорной частоты (Дfo) 13 может быть выполнен на транзисторах по известным схемам.

Третья антенна 14 приемная с рабочей частотой генератора 1, поляризация ее излучений должна быть ортогональна поляризации излучения первой антенны 5. В качестве такой антенны может быть применена: рупорная, зеркальная и др. антенны. Антенна 14 устанавливается рядом с антенной 5. Электрическая ось антенны 14 устанавливается в направлении на объект измерения и находится в плоскости вращения объекта измерения 20.

Фильтр опорной частоты (Фfo) 15 может быть выполнен на прямоугольном волноводе с резонансными диафрагмами или на коаксиальной линии передач П или Г-образным на индуктивностях и емкостях.

Умножитель опорной частоты (Уfo) 16 может быть выполнен на диоде с фильтром частоты f излучений антенны 5.

Опоры системы мягкой подвески объекта измерения (СМП) 17 могут быть выполнены деревянными, металлическими или железобетонными и устанавливаются на земле в дальней зоне антенн 5, 6 и 14, вне диаграмм их направленности. Опоры 17 находятся на разных от антенн расстояниях так, что закрепленный на их верхушках несущий трос 18 в горизонтальной плоскости находится под острым углом к электрическим осям антенн.

Несущий трос 18 СМП может быть выполнен стальным или из натуральных или синтетических волокон.

Стропы 19 и 22 крепления объекта могут быть выполнены из синтетических или натуральных волокон.

Объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21, крепится стропами 19 к несущему тросу 18 СМП. Генератор опорного сигнала 21 устанавливается на поверхности объекта измерения сверху или снизу его, на оси вращения.

Генератор опорного сигнала 21 с частотой излучения fo может быть выполнен, по аналогии с генератором сотового телефона, на транзисторах по известным схемам монохроматических генераторов радиоволн. Его частота fo должна быть кратна частоте f излучений антенны 5 или кратна доле этой частоты, равной обратному значению целых чисел.

В качестве поворотного устройства 23 может быть применена карусель, к плечам которой крепятся нижние концы строп-оттяжек 22, а их верхние концы крепятся к объекту измерения 20, подвешенному стропами 19 к несущему тросу 18. Такое крепление обеспечивает вращение объектов синхронно с плечами поворотного устройства 23. Устройство 23 вращения объектов устанавливается на земле.

Работа устройств

Измерение устройствами элементов матрицы рассеяния основано на облучении объекта измерения 20 ортогональной компонентой радиоволн выбранного поляризационного базиса с одновременным приемом на той же компоненты поляризации или ортогональной переизлучений объекта измерения (фиг.1-4). Фаза переизлучений объекта измерения 20 измеряется по отношению к фазе излучений генератора опорных сигналов 21, преобразованных в частоту сигнала генератора 1.

Работа первого варианта выполнения устройства

Устройство первого варианта предназначено для измерения элемента: a·expiϕ_xx или d·expiϕ_yy матрицы рассеяния при параллельном приеме в выбранном поляризационном базисе, когда частота опорного сигнала кратна частоте генератора 1.

Для измерении элемента матрицы рассеяния в дальней зоне антенн 5 и 6 на системе мягкой подвески с помощью строп 19 закрепляют объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 (фиг.1). Стропами 22 объект измерения соединяется с плечами устройства вращения 23.

Для измерения элемента матрицы рассеяния в выбранном поляризационном базисе одной компоненты переизлучений объекта измерения 20, например, a·expiϕ_xx, антенна 5 излучает с частотой f радиоволны с поляризацией, параллельной одному из ортов выбранного поляризационного базиса. Одновременно генератор опорного сигнала 21 излучает радиоволны с частотой fo, кратной частоте f.

Антенна 5 принимает переизлучения объекта измерения излученной (параллельной) поляризации, которые фильтруются фильтром 4 и через боковое плечо НО 3 поступают на сигнальный вход смесителя 7, в котором преобразуются в промежуточную частоту, после чего эти сигналы поступают на входы амплитудного АД 8 и фазового ФД 12 детекторов. На выходе АД 8 появляется сигнал , по амплитуде пропорциональный модулю «а» элемента матрицы рассеяния - a·expiϕ_xx.

Антенна 6 принимает излучения опорного генератора 21, усилителем УВЧ 9 усиливаются, в делителе частоты 13 преобразуются в частоту f генератора 1, а во втором смесителе преобразуются в сигнал промежуточной частоты, который поступает на опорный вход ФД 12. Таким образом, на выходе ФД 12 появляется сигнал с фазой излучения объекта 20 относительно фазы опорного излучения генератора 21.

Для измерения второй параллельной компоненты излучении: Er,y=d·expiϕ_yy·Ei,y, излучения антенны 5 должны быть с ортогональны излучениям антенны 5 описанного измерения.

Работа второго варианта выполнения устройства

Устройство второго варианта предназначено для измерения элемента b·expiϕ_xy или c·expiϕ_yx матрицы рассеяния при ортогональном приеме в выбранном поляризационном базисе, когда частота опорного сигнала кратна частоте генератора 1.

Во втором варианте выполнения устройства (фиг.2) объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 крепится также, как и в первом варианте (фиг.1).

Для измерения кроссового элемента матрицы рассеяния в выбранном поляризационном базисе компонента переизлучений объекта измерения 20, например, b·expiϕ_xy, антенна 5 излучает радиоволны с частотой f c поляризацией, параллельной одному из ортов выбранного поляризационного базиса. Одновременно генератор опорного сигнала 21 излучает радиоволны с частотой fo, кратной частоте f.

Антенна 6 принимает излучения опорного генератора 21, которые усилителем УВЧ 9 усиливаются, в делителе частоты 13 преобразуются в частоту f генератора 1, а во втором смесителе преобразуются в сигнал промежуточной частоты, который поступает на опорный вход ФД 12. Таким образом, на выходе ФД 12, при наличии сигнала на его сигнальном входе, появляется сигнал с фазой излучения объекта 20 относительно фазы опорного излучения генератора 21.

Антенна 14 принимает компоненту переизлучения объекта измерения ортогональную излученной компоненте антенной 5, которые фильтруются фильтром 4 и поступают на сигнальный вход первого смесителя 7. В смесителе излучения преобразуются в сигналы промежуточной частоты и с его выхода поступают на входы амплитудного 8 и фазового 12 детекторов.

На выходе АД 8 появляется сигнал , по амплитуде пропорциональный модулю «b» элемента матрицы рассеяния - b·expiϕ_xy.

В радиолокационном случае элементы c·expiϕ_yx и b·expiϕ_xy равны. В случае разнесенного приема, когда приемная и передающая антенны в поперечном направлении удалены друг от друга, элемент матрицы рассеяния c·expiϕ_yx измеряется, так же как и элемент b·expiϕ_xy.

Работа третьего варианта выполнения устройства

Устройство первого варианта предназначено для измерения элемента: a·expiϕ_xx или d·expiϕ_yy матрицы рассеяния при параллельном приеме в выбранном поляризационном базисе, когда частота опорного сигнала составляет долю от частоты излучений антенны 5, кратную обратным значениям целых чисел (fo=f/n, где n=2, 3, 4, ...).

В третьем варианте выполнения устройства (фиг.3) объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 крепится так же, как и в первом варианте (фиг.1).

В дальней зоне антенн 5 и 6 на системе мягкой подвески закрепляют с помощью строп 19 объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 (фиг.3). Стропами 22 объект измерения соединяется с плечами устройства вращения 23.

Для измерения элемента матрицы рассеяния в выбранном поляризационном базисе одной компоненты переизлучений объекта измерения 20, например, a·expiϕ_xx антенна 5 излучает с частотой f радиоволны с поляризацией, параллельной одному из ортов выбранного поляризационного базиса. Одновременно генератор опорного сигнала 21 излучает радиоволны с частотой fo, кратной доле частоты f, которая кратна обратным значения целых чисел.

Антенна 5 принимает переизлучения объекта измерения излученной (параллельной) поляризации, которые фильтруются в фильтре 4 и через боковое плечо НО 3 поступают на сигнальный вход смесителя 7, в котором преобразуются в промежуточную частоту, после чего эти сигналы поступают на входы амплитудного АД 8 и фазового ФД 12 детекторов. На выходе АД 8 появляется сигнал , по амплитуде пропорциональный модулю «а» элемента матрицы рассеяния a·expiϕ_xx. Антенна 6 принимает излучения опорного генератора 21, усилителем УВЧ 9 усиливаются, в делителе частоты 13 преобразуются в частоту f генератора 1, а во втором смесителе преобразуются в сигнал промежуточной частоты, который поступает на опорный вход ФД 12. Таким образом, на выходе ФД 12 появляется сигнал, пропорциональный фазе излучения объекта 20 относительно фазы опорного излучения генератора 21.

Для измерения второй параллельной компоненты излучения: Er,y=d·expiϕ_yy-Ei,y, излучения антенны 5 должны быть ортогональны излучениям антенны 5 предыдущего измерения.

Работа четвертого варианта выполнения устройства

Устройство четвертого варианта предназначено для измерения элемента: b·expiϕ_xy или c·expiϕ_yx матрицы рассеяния при ортогональном приеме в выбранном поляризационном базисе, когда частота опорного сигнала составляет долю от частоты излучений антенны 5, кратную обратным значениям целых чисел (fo=f/n, где n=2, 3, 4, ...).

В четвертом варианте выполнения устройства (фиг.4) объект измерения 20 с установленным на нем генератором опорного сигнала 21 крепится так же, как и в первом варианте (фиг.1).

Для измерения элемента матрицы рассеяния в выбранном поляризационном базисе компоненты переизлучений объекта измерения 20, например, b·expiϕ_xy, антенна 5 излучает с частотой f радиоволны с поляризацией, параллельной одному из ортов выбранного поляризационного базиса. Одновременно генератор опорного сигнала 21 излучает радиоволны с частотой fo, кратной доле частоты f, которая кратна обратным значения целых чисел.

Антенна 6 принимает излучения опорного генератора 21, усилителем УВЧ 9 усиливаются, в умножителе частоты 16 преобразуются в частоту f генератора 1, а во втором смесителе преобразуются в сигнал промежуточной частоты, который поступает на опорный вход ФД 12. Таким образом, на выходе ФД 12, при наличии сигнала на его сигнальном входе, появляется сигнал, пропорциональный фазе излучения объекта 20 относительно фазы опорного излучения генератора 21.

Антенна 14 принимает компоненту переизлучения объекта измерения ортогональную излученной антенной 5, которые фильтруются фильтром 4 и поступают на сигнальный вход первого смесителя 7. В смесителе излучения преобразуются в сигналы промежуточной частоты и с его выхода поступают на входы амплитудного 8 и фазового 12 детекторов.

На выходе АД 8 появляется сигнал , по амплитуде пропорциональный модулю «b» элемента матрицы рассеяния - b·expiϕ_xy. В радиолокационном случае элементы с·expiϕ_yx и b·expiϕ_xy равны. В случае разнесенного приема, когда приемная и передающая антенны удалены друг от друга в поперечном направлении, элемент матрицы рассеяния c·expiϕ_yx измеряется, так же как и элемент b·expiϕ_xy.

Калибровка измеренных амплитуд переизлучений объекта измерения

При необходимости, измеренные амплитуды излучений объекта измерений калибруются в значениях эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) по известной методике, например, с помощью эталонного объекта - металлического шара, ЭПР которого определяют расчетным путем. Для чего на место объекта измерения подвешивают металлический шар и измеряют его амплитуду переизлучений.

ЭПР объекта измерения рассчитывают по формулам А, Б и В, полученным из пропорций:

где σ_yy, σ_xx и σ_ух - ЭПР объекта, измеренные при параллельном и ортогональном приемах переизлучения объекта измерения радиоволн в выбранном поляризационном базисе;

Е_yy, Е_xx и Е_yx - амплитуды сигналов в приемниках при параллельном и ортогональном приемах переизлучения объекта измерения радиоволн в том же поляризационном базисе;

σ_ш - теоретическое значение ЭПР металлического шара;

Е_ш - амплитуда сигнала переизлучений металлического шара на выходе АД 8.

Первый способ измерения матрицы рассеяния

Способ измерения элементов матрицы рассеяния основан на последовательном облучении объекта измерения 20 монохроматическими радиоволнами ортогональных компонент и приеме параллельных компонент переизлучений объекта измерения, измерении и регистрации их амплитуд и фаз.

Способ измерения состоит в том, что объект измерения 20 размещают в свободном пространстве в дальней зоне двух установленных рядом антенн (фиг.1 и 3). Первая антенна 5 предназначена для облучения объекта измерения 20 и параллельного приема его переизлучений в выбранном поляризационном базисе. Вторая антенна 6 предназначена для приема монохроматических излучений генератора опорного сигнал 21, установленного на поверхности объекта измерения, так, что его излучатель находится в точке прохождения через поверхность оси вращения объекта. После чего, первой антенной 5 облучают объект измерения 20 радиоволнами одной ортогональной компоненты, одновременно излучают опорный сигнал, причем частота излучений опорного сигнала кратна частоте излучения первой антенны 5 или составляет ее долю, кратную обратным значениям целых чисел.

Одновременно первой антенной 5 принимают параллельную компоненту переизлучений объекта измерения 20, измеряют и регистрируют амплитуду и фазу этой компоненты. Кроме того, одновременно второй антенной 6 принимают опорный сигнал, преобразуют его с помощью делителя или умножителя частоты в частоту излучений первой антенны. Фазу компоненты переизлучений объекта измерения, параллельную излученной компоненте, измеряют относительно фазы преобразованной частоты опорного сигнала.

Затем меняют поляризацию первой антенны 5 на другую ортогональную компоненту излучения выбранного поляризационного базиса и процесс измерения повторяют.

Второй способ измерения матрицы рассеяния

Способ измерения элемента матрицы рассеяния, основанный на облучении объекта измерения 20 монохроматическими радиоволнами выбранной поляризации, ортогональном приеме компоненты переизлучений объекта измерения, измерении и регистрации ее амплитуды и фазы.

Способ измерения состоит в том, что объект измерения 20 размещают в свободном пространстве в дальней зоне трех антенн 5, 6 и 14, установленных рядом (фиг.2 и 4). Первая антенна 5 предназначена для облучения объекта измерения. Вторая антенна 6 предназначена для приема монохроматических излучений генератора опорного сигнала 21, установленного на поверхности объекта измерения, так, что его излучатель находится в точке прохождения через поверхность оси вращения объекта. Третья антенна 14 предназначена для приема компоненты переизлучений объекта измерения, ортогональной компоненте излучений первой антенны 5. После чего первой антенной 5 облучают объект измерения 20 радиоволнами одной ортогональной компоненты, одновременно излучают опорный сигнал. Причем частота излучений опорного сигнала кратна частоте излучения первой антенны 5 или составляет ее долю, кратную обратным значениям целых чисел. Одновременно третьей антенной 14 принимают и измеряют и регистрируют амплитуду и фазу переизлучения объекта измерения. Кроме того, одновременно второй антенной 6 принимают опорный сигнал, преобразуют его частоту в частоту излучений первой антенны 5, а фазу переизлучений объекта измерения измеряют относительно фазы преобразованной частоты опорного сигнала.

Предложенные способы измерения позволяют производить измерение элементов полной матрицы рассеяния объекта измерения, закрепленного на мягкой подвеске в выбранном поляризационном базисе.

Общие признаки изобретения способов и прототипа

Облучение радиоволнами объекта измерения ортогональными составляющими излучений, при параллельном или ортогональном приеме, измерении и регистрации амплитуд и фаз компонент переизлучений объекта измерения.

Общие признаки прототипа и первого варианта устройства

Генератор монохроматических радиоволн, делитель мощности, направленный ответвитель, первая антенна, первый и второй смесители, гетеродин, стабилизатор частоты гетеродина, амплитудный и фазовый детекторы.

Генератор, основное плечо делителя мощности, основное плечо направленного ответвителя соединены последовательно, выход бокового плеча направленного ответвителя соединен с сигнальным входом первого смесителя, а его сигнальный выход соединен с входами амплитудного и фазового детекторов, кроме того, выход гетеродина соединен с входами сигнала гетеродина смесителей, а выход второго смесителя соединен с входом опорного сигнала фазового детектора.

Общие признаки прототипа и второго варианта устройства

Генератор монохроматических радиоволн, делитель мощности, первая антенна, первый и второй смесители, гетеродин, стабилизатор частоты гетеродина, амплитудный и фазовый детекторы.

Генератор соединен с входом делителя мощности, сигнальный выход первого смесителя соединен с входами ампли