太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统

摘要

本发明公开了一种太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统，包含：激光源，与所述激光源光路连接的太赫兹产生模块、延迟模块以及太赫兹探测模块；所述太赫兹产生模块包含太赫兹发射天线和天线支架，所述太赫兹发射天线安装在所述天线支架内并可旋转，所述太赫兹探测模块包含太赫兹探测器和探测器支架，所述太赫兹探测器安装在所述探测器支架内并可旋转。太赫兹发射天线及太赫兹探测器的旋转不会对系统光路结构产生影响，通过旋转太赫兹发射天线和太赫兹探测器的角度即可实现目标雷达散射截面的全极化测量。

说明书

技术领域

本发明涉及太赫兹时域光谱领域，尤其涉及一种太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统。

背景技术

太赫兹波(THz)频率范围为0.1THz～10THz，介于毫米波与红外波之间，处于宏观电子学向微观光子学的过渡频段，具有更强的目标散射特性刻画能力，可呈现出与微波和红外可见光频段不同的电磁散射特性。近年来，物体对太赫兹波散射特性和机理的研究越发得到重视，太赫兹波段雷达的研究工作吸引了越来越多研究者的注意。太赫兹雷达系统中一类重要的分支是用于测量物体的雷达散射截面(RCS)，RCS是目标散射特性的重要参数，也是雷达系统设计、目标识别、隐身目标设计等研究工作的重要理论基础。

基于太赫兹时域光谱的目标RCS测量技术在雷达探测领域属于前沿技术，它主要利用飞秒激光器照射光电导材料激发产生太赫兹时域脉冲波，是一种新兴的、非常有效的相干探测技术，通过时域信号的测量可以获取高频大带宽太赫兹波的振幅和相位，具有频带范围大、分辨率高等优势，是当前太赫兹雷达与成像技术的研究热点。

太赫兹波与目标相互作用时，会发生极化方向的改变，产生水平、垂直两个分量，若要相对完整地描述目标的电磁散射特性，需建立全极化太赫兹时域光谱目标RCS测量系统。但目前报道的太赫兹时域光谱目标RCS测试系统，发射与探测的极化方向是单一的，尚不具备全极化太赫兹时域光谱目标RCS测量能力。

发明内容

本发明提出了一种太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统，使用全光纤耦合光导天线进行太赫兹波的产生的探测，通过旋转太赫兹发射模块和探测模块的极化状态，即可实现待测目标的全极化雷达散射截面的测量。

为了达到上述目的，本发明提出了一种太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统，包含：激光源，与所述激光源光路连接的太赫兹产生模块、延迟模块以及太赫兹探测模块；所述激光源输出泵浦光及探测光，所述泵浦光经所述太赫兹产生模块产生太赫兹波束并照射到被测目标上，所形成的被测目标的散射光由所述太赫兹探测模块接收，所述探测光经所述延迟模块耦合至所述太赫兹探测模块，所述散射光与所述探测光在所述太赫兹探测模块的作用下，共同形成探测信号；

所述太赫兹产生模块包含太赫兹发射天线和天线支架，所述太赫兹发射天线安装在所述天线支架内并可旋转；所述太赫兹探测模块包含太赫兹探测器和探测器支架，所述太赫兹探测器安装在所述探测器支架内并可旋转；通过旋转所述太赫兹发射天线可改变所述太赫兹波束的极化方向；通过旋转所述太赫兹探测器可改变接收探测光的极化方向，实现被测目标雷达散射截面的全极化测量。

进一步地，所述测量系统还包含：

离轴抛物面镜组，所述离轴抛物面镜组用于将所述太赫兹波束照射到被测目标上，并将被测目标的散射光耦合进所述太赫兹探测器；

电压驱动与数据采集模块，其分别与所述太赫兹产生模块、太赫兹探测模块电路连接，用于向所述太赫兹产生模块提供偏置电压，以及用于采集所述探测信号；

上位机，所述上位机与所述电压驱动与数据采集模块连接，用于分析所述探测信号以得到目标反射的太赫兹光谱特征信息。

进一步地，所述激光源与所述太赫兹产生模块、延迟模块及太赫兹探测模块间通过光纤光路连接。

进一步地，所述光纤采用保偏光纤。

进一步地，所述天线支架包含第一支撑柱及天线安装座，所述天线安装座固定安装在所述第一支撑柱上，所述天线安装座为空心圆柱体结构，所述天线安装座的内径尺寸与所述太赫兹发射天线的外径尺寸相匹配，所述天线安装座的长度与所述太赫兹发射天线的长度相等。

进一步地，所述天线安装座的端面标有0°—90°的第一刻线，所述太赫兹发射天线的尾端标有发射太赫兹波束线性偏振方向的第二刻线，所述第二刻线与所述第一刻线对准，通过调节所述第二刻线与第一刻线的对准关系，可调节所述太赫兹发射天线所发射的太赫兹波束的极化方向。

进一步地，所述探测器支架包含第二支撑柱及探测器安装座，所述探测器安装座固定安装在所述第二支撑柱上，所述探测器安装座为空心圆柱体结构，所述探测器安装座的内径尺寸与所述太赫兹探测器的外径尺寸相匹配，所述探测器安装座的长度与所述太赫兹探测器的长度相等。

进一步地，所述探测器安装座的端面标有0°—90°的第三刻线，所述太赫兹探测器的尾端标有接收散射光偏振方向的第四刻线，所述第四刻线与所述第三刻线对准，通过调节第四刻线与所述第三刻线对准关系，可调节所述太赫兹探测器接收散射光的极化方向。

进一步地，所述第一刻线与所述第三刻线的方向一致。

进一步地，所述天线安装座的内径尺寸比所述太赫兹发射天线的外径尺寸大1-2mm；

或，所述探测器安装座的内径尺寸比所述太赫兹探测器的外径尺寸大1-2mm。

本发明具有以下优势：

本发明中的太赫兹发射天线和太赫兹探测器均可在安装座内旋转，并且太赫兹发射天线及太赫兹探测器的旋转不会对系统光路结构产生影响，通过旋转太赫兹发射天线和太赫兹探测器的角度即可轻松实现目标雷达散射截面的全极化测量。此外，本发明采用全光纤系统设计方案，利用光纤的柔性使测量系统的光路布局灵活化，光路简单，同时降低了光的传播损耗，系统更加稳定。

附图说明

图1为太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统的结构示意图。

图2为太赫兹发射模块的结构示意图。

图3为太赫兹探测模块的结构示意图。

具体实施方式

以下结合附图和一个较佳的具体实施例对本发明提出的一种太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统作进一步详细说明。特别指出的是，以下实施例仅用于说明本发明，但不对本发明的范围进行限定。同样的，以下实施例仅为本发明的部分实施例而非全部实施例，本技术领域中技术人员依本发明的构思在现有技术的基础上通过逻辑分析、推理或者有限的实验可以得到的技术方案，皆应在由权利要求书所确定的保护范围内。

如图1所示，图1是本发明提供的一种太赫兹频段目标全极化雷达散射截面测量系统的一个较佳实施例的示意图。该测量系统包含：激光源1，太赫兹发射模块3，离轴抛物面镜组，太赫兹探测模块4，延迟模块8，电压驱动与数据采集模块10以及上位机11。所述激光源1包含1560nm光纤飞秒激光器和光纤耦合器，所述光纤激光器发射的线偏振激光光束经所述光纤耦合器分成两束光，其中一束作为泵浦光，另一束作为探测光。所述太赫兹发射模块3包含太赫兹发射天线305和天线支架，所述太赫兹探测模块包含太赫兹探测器405和探测器支架，所述离轴抛物面镜组包含第一离轴抛物面镜5和第二离轴抛物面镜6。

所述激光源1与所述太赫兹发射模块3及所述延迟模块8间，以及所述延迟模块8与所述太赫兹探测模块4间，均采用光纤连接。优选地，所述光纤为保偏光纤。所述电压驱动与数据采集模块10与所述太赫兹发射模块3、太赫兹探测模块4以及上位机11间采用电路连接。

所述泵浦光经保偏光纤2照射到太赫兹发射天线305上产生光生载流子，电压驱动与数据采集模块10向太赫兹发射天线305提供适当的偏置电压，使得所述光生载流子加速运动产生时变电磁场并向外辐射太赫兹波束，所产生的太赫兹波束经第一离轴抛物面镜5扩束准直后照射到被测目标上，第二离轴抛物面镜6接收被测目标的雷达散射截面的散射光，并汇聚耦合至所述太赫兹探测器405。所述探测光依次经过保偏光纤9、扫描光延迟模块8、保偏光纤7耦合到太赫兹探测模块4上，所述延迟模块8可以改变探测光和泵浦光之间的光程差，使太赫兹接收器对不同时刻目标散射的回波电场强度进行取样。所述散射光和所述探测光在所述太赫兹探测器405的作用下共同形成探测信号，获得不同时刻目标散射的电场强度的时域波形。所述探测信号经由电压驱动与数据采集模块10采集后传输到上位机11，所述上位机11对所述探测信号进行快速傅里叶变换得到目标反射的太赫兹光谱特征信息。

所述太赫兹发射天线305安装在所述天线支架内并可旋转，所述太赫兹探测器405安装在所述探测器支架内并可旋转，并且旋转太赫兹发射天线305及太赫兹探测器405不会对系统的光路结构产生影响。通过旋转所述太赫兹发射天线305及太赫兹探测器405，可改变所述太赫兹波束的极化方向及散射光的极化方向，实现被测目标雷达散射截面的全极化测量。

本实施例中，第一离轴抛物面镜5和第二离轴抛物面镜6的直径均为101.6mm，有效焦距均为152.4mm。所述被测目标放置在泡沫台架上，被测目标中心与泡沫台架中心对准，以减少位置偏差，泡沫台架放置在高精度二维转台上。被测目标质心高度、太赫兹发射天线305中心高度及太赫兹探测器405中心高度保持一致，且该太赫兹发射天线305发射的太赫兹波束指向在二维转台竖直方向的中心轴上。

如图2所示，所述天线支架包含第一支撑柱306及天线安装座301，所述天线安装座301固定安装在所述第一支撑柱306上。所述天线安装座301为空心圆柱体结构，所述天线安装座301的内径尺寸与所述太赫兹发射天线305的外径尺寸相匹配，所述天线安装座301的长度与所述太赫兹发射天线305的长度相等。本实施例中，所述太赫兹发射天线305的外径为25mm，所述天线安装座301的内径为26mm。所述所述天线安装座301上方设有螺丝孔，所述太赫兹发射天线305可以通过螺丝固定在所述天线安装座301内。

所述天线安装座301的端面标有0°—90°的第一刻线。所述太赫兹发射天线305所发射的太赫兹波束为线偏振光，所述太赫兹发射天线305的尾端标有发射太赫兹波束线性偏振方向的第二刻线302。所述第二刻线302与所述第一刻线对准，通过调节所述第二刻线302与所述第一刻线的对准关系，可调节所述太赫兹发射天线305所发射的太赫兹波束的极化方向。所述太赫兹发射天线305的尾端还设有传输线接口303及光纤接口304，分别与所述电压驱动与数据采集模块10及保偏光纤2连接。

如图3所示，所述探测器支架包含第二支撑柱406及探测器安装座401，所述探测器安装座401固定安装在所述第二支撑柱406上，所述探测器安装座401为空心圆柱体结构，所述探测器安装座401的内径尺寸与所述太赫兹探测器405的外径尺寸相匹配，所述探测器安装座401的长度与所述太赫兹探测器405的长度相等。本实施例中，太赫兹探测器405的外径为25mm，探测器安装座401的内径为26mm。所述探测器安装座401上方设有螺丝孔，所述太赫兹探测器405可以通过螺丝固定在所述探测器安装座401内。

所述探测器安装座401的端面标有0°—90°的第三刻线，所述太赫兹探测器405的尾端标有接收散射光偏振方向的第四刻线402。所述第一刻线与所述第三刻线的方向一致，即探测器安装座401端面上0°—90°的刻线方向与天线安装座301端面上0°—90°的刻线方向的刻线方向一致。所述第四刻线402与所述第三刻线对准，通过调节第四刻线402与所述第三刻线对准关系，可调节赫兹探测器接收散射光的极化方向。所述太赫兹探测器405的尾端还设有传输线接口403及光纤接口404，分别与所述电压驱动与数据采集模块10及保偏光纤7连接。

所述太赫兹发射天线305和太赫兹探测器405可以分别旋转0°—90°。当太赫兹发射天线305尾端的第二刻线302对准天线安装座301上0°刻线时，为垂直极化发射，当太赫兹发射天线305尾端刻线对准天线安装座301上90°刻线时，为水平极化发射；当太赫兹探测器405尾端的第四刻线402对准探测器安装座401上0°刻线时，为垂直极化接收，当太赫兹探测器405尾端的第四刻线402对准探测器安装座401上90°刻线时，为水平极化接收，从而实现被测目标雷达散射截面的全极化测量。

本发明中的太赫兹发射天线305和太赫兹探测器405均旋转，通过旋转太赫兹发射天线305和太赫兹探测器405的角度即可轻松实现目标雷达散射截面的全极化测量。此外，本发明采用全光纤系统设计方案，利用光纤的柔性使测量系统的光路布局灵活化，光路简单，同时降低了光的传播损耗，系统更加稳定。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。