一种自适应低频有源对消雷达隐身实现方法

摘要

本发明属于电子对抗干扰及雷达智能隐身技术领域，公开了一种自适应低频有源对消雷达隐身实现方法。该方法基于有源对消处理机以及装订的对消参数映射关系集合，有源对消装置集成在被对消目标内部，接收天线与发射天线与目标共形设计，有源对消处理机分为手动模式和自动模式，手动模式为人工通过指令下发对消控制参数，用于建立不同频点下目标RCS减缩与对消处理机参数间的映射关系集合；自动模式下有源对消处理机根据测量到的信号频率自动从映射关系集合中调出相应的对消参数，实现自适应有源对消隐身；本发明基于紧缩场暗室环境搭建RCS测试系统，可对不同目标的有源对消隐身系统进行性能评估，有源对消响应时间仅为微秒量级。

说明书

技术领域

本发明属于电子对抗干扰及雷达智能隐身技术领域，具体涉及一种自适应低频电磁有源对消隐身原理系统实现及验证方法。

背景技术

有源对消技术是一种主动隐身技术，其基本流程是：被保护目标的对消装置在感知到威胁雷达来波信号后立即发射一个对消波，该对消波与目标散射回波具有相同的频率、幅度和相反的相位，结合电磁波干涉效应，可使探测雷达收到的目标散射回波和对消波在达到雷达接收天线端口之前相抵消，减缩目标雷达散射截面(RCS)，从而实现雷达隐身。

有源对消隐身技术能适应被保护目标的多样性，不要求目标改变自身外形或涂敷吸波材料，原则上有源对消隐身系统只需装订相应的目标特性数据库，即能适应任何形状目标的雷达隐身。

虽然有源对消技术原理比较容易理解，但其具体实现却有很多技术难点，包括:威胁雷达来波信号频率、幅度和相位的实时检测；被保护目标的三维空间散射场方向图；对消波精确生成及幅度、相位、极化的控制；有源对消隐身效果的性能表征等。有源对消隐身的实现有赖于这些关键技术和难点的突破。

国内从上世纪九十年代开始涉及有源对消隐身概念及理论研究。例如专利“一种用于主动隐身的时间反演电磁对消方法，201510226796.7”从理论上分析了一种基于时间反演电磁波聚焦传输的电磁对消方法，但该方法所述对消系统与目标分离。专利“隐身装置、雷达、转发式自适应对消装置和对消系统，201320675127.4”从理论上分析一种转发式对消装置，但其只适用于入射电磁波的频率、方向及强度均不发生变化的特定情况。上述传统对消设计都具有相应的局限性，难以进行动态场景下的飞行器雷达隐身实时有源对消。

发明内容

本发明的目的在于提供一种自适应低频有源对消雷达隐身实现方法，该方法利用0.3～2GHz被动感知系统以及转发式对消信号产生系统设计，可适应不同目标的低频有源对消隐身系统实现，具有微秒量级的对消响应时间，能够满足有源对消隐身原理验证及性能评估要求。

本发明采用如下技术方案：

一种自适应低频有源对消雷达隐身实现方法，包括如下步骤：

步骤一：基于紧缩场暗室环境搭建RCS测试系统，并进行背景电平测试及标准体测试，校准测试系统；

步骤二：单独测试金属板目标扫频RCS，电磁波垂直入射金属板目标，此时有源对消处理机不工作，获得参考状态目标自身散射回波幅度量级；

步骤三：单独测试经有源对消处理机接收天线感知及发射天线转发的辐射信号RCS，此时不包含被测金属板目标，利用手动模式调节有源对消处理机调幅参数，使此时转发辐射信号的幅度量级与步骤二中的目标自身散射回波幅度量级相当；

步骤四：有源对消处理机工作，再次测试金属板目标自身RCS，利用手动模式调节有源对消处理机调相参数，并微调调幅参数，直至观察到金属目标RCS减缩，减缩峰值大于5dB；

步骤五：重复步骤二～步骤四，获得不同典型频点下金属板目标RCS减缩与有源对消处理机参数间的映射关系集合，存入有源对消处理机；所述有源对消处理机参数为调幅与调相参数；

步骤六：有源对消处理机处于自动模式，对消系统根据测量到的信号频率自动从映射库中调出相应的对消参数，实现自适应有源对消RCS减缩，实现自适应有源对消隐身。

该方法在被对消目标上安装接收天线及发射天线，发射天线及接收天线与目标共形，避免引入额外散射源。接收天线及发射天线采用圆极化工作方式，以适应不同极化雷达波，其可分别为单天线或阵列天线。

接收天线将感知到的威胁雷达波信号传至有源对消处理机进行分析，有源对消处理机可实现0.3～2GHz频段威胁雷达波信号频率、相位、幅度、脉宽等参数分析及显示功能，随后有源对消处理机对接收信号进行幅度与相位调制后转发输出，该方法保证了对消信号的同源性及实时性。

有源对消处理机主要包括：宽带侦察模块、窄带射频模块、电子有源主动对消产生模块和上位机控制模块等。接收天线获取的接收信号经过功分器后分成两路，一路信号提供给宽带侦察模块完成对信号的瞬时侦收和参数测量，根据瞬时测量结果获得接收信号的初步频率信息后，引导窄带射频模块和电子有源主动信号产生模块进行工作；另外一路信号直接提供给窄带射频模块，通过宽带侦收系统提供的频率引导信息，完成对接收信号的窄带接收，从而提供给电子有源主动对消信号产生模块形成相关的辐射源对消信号。系统发射天线发射的信号由电子有源主动对消信号产生模块经过对接收信号进行幅度、相位等进行调制后得到。有源对消处理机主要技术指标：工作频段0.3～2GHz，瞬时带宽大于50MHz，频率测量精度优于50kHz，幅度测量精度优于1dB，可接受收信号形式：雷达常规脉冲、线性调频、单频。上位机控制模块，主要完成对各种控制参数的设置和宽带侦收结果的显示等。

有源对消处理机分为手动模式和自动模式。手动模式为人工通过指令下发对消信号幅度及相位控制参数，用于通过多次测试及调试建立不同频点下目标RCS减缩与对消处理机参数间的映射关系集合，并存入对消处理机中。自动模式下对消系统根据测量到的信号频率自动从映射关系集合中调出相应的对消参数，实现自适应有源对消隐身，对消响应时间为微秒量级。

由于上述映射关系集合与频率、方位、俯仰等参数直接相关，因此通过手动模式建立完备的映射关系集合工作量较大。对消处理机可根据有限频点映射关系(间隔1MHz)，利用公式计算出所有频点信号的对消参数。其中，对消信号幅度计算方法为通过有限个单频点的测试数据包络进行拟合，对消信号相位计算公式为根据不同频点相位变化即传输时延进行解算。

基于紧缩场暗室环境构建有源对消系统RCS测试方案，可对不同目标的有源对消隐身系统进行性能评估。其中，不同频点下目标RCS减缩与对消处理机参数间的映射关系通过如下方式建立。首先单独测试目标自身散射回波，此时对消处理机不工作；其次单独测试对消处理机经接收天线感知及发射天线转发的辐射信号，此时不包含被测目标；最后根据目标自身散射回波及发射天线辐射信号确定对消参数。

与其它有源对消隐身技术不同的是，本发明基于有源对消处理机以及装订的对消参数映射关系集合，原则上能适应任何形状目标的雷达隐身。有源对消响应时间仅为微秒量级，可在复杂电磁环境中快速产生对消信号。基于紧缩场暗室环境构建有源对消系统RCS测试方案，可对不同目标的有源对消隐身效果进行性能评估。

有益效果

(1)本发明有源对消装置集成在被对消目标内部，接收天线与发射天线与目标共形设计，原则上能适应任何形状目标的雷达隐身，且不引入额外散射源。

(2)本发明有源对消处理机分为手动模式和自动模式，手动模式为人工通过指令下发对消控制参数，用于建立不同频点下目标RCS减缩与对消处理机参数间的映射关系集合；自动模式下有源对消处理机根据测量到的信号频率自动从映射关系集合中调出相应的对消参数，实现自适应有源对消隐身。

(3)本发明基于紧缩场暗室环境搭建RCS测试系统，可对不同目标的有源对消隐身系统进行性能评估，有源对消响应时间仅为微秒量级。

附图说明

图1金属平板有源对消系统示意图。

图2有源主动对消处理机总体框图。

图3有源主动对消处理机各模块电缆连接示意图

图4紧缩场暗室有源对消系统RCS测试示意图。

图5不同频点处有源对消RCS减缩效果对比图。

具体实施方式

以下结合附图及实施例对本发明技术方案作详细描述。

实施例

本实施例的有源对消系统示意图如图1所示，被对消目标为500mm×500mm金属平板结构，在其上安装有一幅接收天线、两幅发射天线，天线表面与金属平板表面共形，天线极化方式为圆极化，工作频段为0.8～1.2GHz。有源对消处理机输入端口连接接收天线，有源对消处理机输出端口通过一分二功分器连接发射天线，有源对消处理机接收信号+分析处理+转发信号所需时间为40us。

有源对消处理机结构示意图如图2及图3所示，接收天线获取的接收信号经过功分后分成两路，一路信号提供给宽带侦察模块完成对信号的瞬时侦收和参数测量，根据瞬时测量结果获得接收信号的初步频率信息后，引导窄带射频模块和电子有源主动信号产生模块进行工作；另外一路信号直接提供给窄带下变频模块，通过宽带侦收系统提供的频率引导信息，完成对接收信号的窄带接收，从而提供给电子有源主动对消信号产生模块形成相关的辐射源对消信号。系统发射天线发射的信号由电子有源主动对消信号产生模块经过对接收信号进行幅度、相位等进行调制后得到。

具体实施包括如下步骤：

(1)步骤一：基于紧缩场暗室环境搭建如图4所示RCS测试系统，并进行背景电平测试及标准体测试，校准测试系统。

(2)步骤二：单独测试如图1所示金属板目标扫频RCS，电磁波垂直入射金属板目标，此时有源对消处理机不工作，获得参考状态目标自身散射回波幅度量级。如图5所示中参考状态曲线所示，即为金属板目标的扫频RCS曲线。

(3)步骤三：单独测试经有源对消处理机接收天线感知及发射天线转发的辐射信号RCS，此时不包含被测金属板目标。利用手动模式调节有源对消处理机调幅参数，使此时转发辐射信号的幅度量级与步骤二中的目标自身散射回波幅度量级相当。本实施例选取两个典型频点进行调试，分别为872.5MHz、952.5MHz。

(4)步骤四：有源对消处理机工作，再次测试如图1所示金属板目标自身RCS，利用手动模式调节有源对消处理机调相参数，并微调调幅参数，直至观察到金属板目标分别在872.5MHz、952.5MHz两个典型频点处的RCS减缩，保证此时激励状态下的减缩峰值大于5dB。

(5)步骤五：重复步骤二～步骤四，即可获得不同典型频点下(872.5MHz、952.5MHz两个典型频点)金属板目标RCS减缩与有源对消处理机参数(调幅与调相参数)间的映射关系集合，存入有源对消处理机。

(6)步骤六：有源对消处理机处于自动模式，对消系统根据测量到的信号频率自动从映射库中调出相应的对消参数，实现自适应有源对消RCS减缩，完成有源对消隐身系统性能测试评估。如图5上图所示，当测量到的信号频率为872.5MHz时，金属板目标RCS由9.87dBsm(参考状态)减缩到0.73dBsm(激励状态)。如图5下图所示，当测量到的信号频率为952.5MHz时，金属板目标RCS由9.38dBsm(参考状态)减缩到3.68dBsm(激励状态)。

以上描述和实施例，仅为本发明的优选实例，不构成对本发明的任何限制，显然对于本领域的专业人员来说，在了解了本发明内容和设计原理后，都可能在基于本发明的原理和结构的情况下，进行形式上和细节上的各种修正和改变，但是这些基于本发明思想的修正和改变仍在本发明的权利要求的保护范围之内。