微波散射計定標技術(shù)原理

 

　　式中:σ°為海面平均后向散射系數(shù)，R為雷達到目標的斜距， 為系統(tǒng)損耗(包括環(huán)形器、波束開關(guān)和隔離器等部件的損耗)， 為天線波束在地面某一分辨單元小塊的面積，G為天線增益，z為波長，P_t為峰值發(fā)射功率，P_r為接收功率。

　　雷達方程中各種損耗以及功率可通過內(nèi)定標來標定，積分因子誤差可利用外定標來消除，定標方法中采用的公式也是由雷達方程變形而來的。

 

 

　　內(nèi)定標有兩種不同的方法：一種是對系統(tǒng)的各部分獨立地分別定標；另一種是比例法定標。分別定標法需要對雷達的許多參數(shù)作測量，如發(fā)射機功率、工作頻率、波長、脈沖重復頻率、接收機最小可檢測信號、信號處理器等都需要進行測量。分別定標法的接收機輸出可表示為：

 

　　式中，P為發(fā)射或接收的功率，G為通道不同環(huán)節(jié)的放大器增益，T_D為檢波和中頻放大器的傳遞函數(shù)，T₀為輸出終端的傳遞函數(shù)，L為通道不同環(huán)節(jié)處的損耗(耦合損耗、隔離器損耗、接收機保護裝置損耗、混頻器損耗等)。由于各個增益和損耗因子都可能隨頻率變化，因而采用分別定標法的這些因子都必須是已知值，或用信號源通過測量來確定。

　　比例法定標是另外一種內(nèi)定標方法。從雷達方程中可以看出：

 

　　因此，如果測出P_r/P_t，則除了天線增益以外，不用測出系統(tǒng)的其他特性就能確定σ°。另外，如果用發(fā)射信號的取樣值來給接收機定標，也就不需要對發(fā)射功率和接收機特性作分別測量，而只需要直接測定其比值就可以。圖1表示了這種定標方法的一般概念。

 

　　圖1中，從發(fā)射機到天線的饋線中有一個定向耦合器，從天線到接收機的饋線中也接有一個定向耦合器，這兩個耦合器之問是一段已知衰減量的饋線。發(fā)射信號的取樣可以饋送給接收機。根據(jù)系統(tǒng)的不同類型，有的連續(xù)工作，有的交替式工作，即接收機時而測量輸入信號，時而測量定標信號。在定向耦合器輸入端，發(fā)射功率為P_t；在另一定向耦合器輸入端，接收功率為P_r；那么只要饋線損耗L_t和L_r以及天線增益都保持不變，就能利用發(fā)射信號的取樣進行定標，從而給出雷達系統(tǒng)的完整相對定標法。
　　比例法定標的基本定標方程式可用下式表達：

 

　　比例定標法依據(jù)雷達體制的不同，可分為連續(xù)波體制的連續(xù)定標法、脈沖體制的連續(xù)定標法和脈沖體制的交替定標法等幾種。

 

 

　　外定標是利用已知雷達散射截面的目標回波功率給散射計定標，以獲得真實的目標散射系數(shù)。
　　根據(jù)不同的已知散射截面的目標，外定標分為點目標定標和均勻目標定標兩種。

　　點目標利用金屬球或角反射器等提供定標電平，通常在地面定標中采用。由于外場難以達到定向的精度，因此要求定標目標在很寬的角度范圍內(nèi)，其散射截面對方向性應當是不靈敏的。通常定標目標有矩形平板、圓形平板、球體、角反射器和龍伯透鏡反射器。

　　當用點目標對散射計進行定標時，其定標精度主要取決于對點目標的雷達散射截面σ°嚴格求解。為了減小測量背景對測量回波的影響，點目標的σ°必須比背景的σ°大得多。具有大的σ°定標目標對無源點定標目標來說，需要大的物理尺寸；對有源點定標目標來說，需要高的功率增益。

　　微波散射計在機載試驗和星載使用中，若再用點目標定標時要求目標散射截面或功率增益非常大，則此時定標難度大，同時在工程上導致定標目標σ°的不確定性。若用圖1中右側(cè)圖所示已知散射系數(shù)的地物背景作為定標目標，則只要此擴展目標在徑向距離和方位上的擴展遠比散射計在此方向上的空間分辨率大，便具有不變的散射特性和非常平坦的σ°這在現(xiàn)實中是很容易實現(xiàn)的，例如混凝土的機場跑道、亞馬遜熱帶雨林和沙漠都是比較理想的均勻擴展目標 溫度記錄儀| 溫濕度記錄儀| 光功率計| 粒子計數(shù)器| 粉塵計| 。

　　在外定標方法中，由于背景散射截面σ°的存在，在散射計天線照射一個已知散射截面為σ°的定標目標時，會產(chǎn)生一定的定標誤差，其誤差極限σ_m為：

 

　　式中，S_b²為σ_b/σ_c ,σ_b為表示背景散射截面， σ_c表示目標散射截面。