弹载毫米波辐射计信号半实物仿真

图1　辐射计天线与地物背景中
金属目标的交会状态示意图
Fig.1 Intersecting diagram of radiometer
antenna and metallic target on the ground

式(1)中,ΔT_T为目标与背景辐射温度对比度,G₀为天线波束中心增益,b为天线方向图系数,H为天线离地面高度,(y₂-y₁)为目标宽度,(x₂-x₁)为目标长度,θ_F为天线波束中心与地面法线夹角.
　　式(1)即为弹载毫米波辐射计对地金属目标探测信号的数学模型,它较为精确地表示了目标信号.如果天线在y方向对目标进行扫描,可设y=vt,代入式(1),相应积分限作变换,即可得到目标信号(即天线温度变化量)的时域表达式,其中v表示天线扫描线速度.对于旋转扫描情况,v=2πnHtgθ_F,其中n为转速.

2　目标信号的仿真

　　以式(1)为目标信号的数学模型,代入辐射计、目标、背景以及交会条件等各项参数,由计算可得没有考虑噪声时的目标信号.设弹载辐射计噪声服从正态分布,其噪声均值为零,方差(忽略增益起伏影响)^［2］,其中F为系统噪声系数,T₀为工作温度,B为系统带宽,τ为检波器后的积分时间.代入各参数,与式(1)迭加后可得辐射计考虑噪声后的目标信号理论计算值.
　　图2为考虑噪声后一组典型参数［G₀=4b^［1］,b=400(相当于天线3dB波束宽度4.8^°),(y₂-y₁)=3m,(x₂-x₁)=6m,n=4r/s,θ_F=30^°,ΔT_min=2K］的计算波形.

图2　考虑噪声后目标信号计算波形
(a) 探测高度H=30m　(b) 探测高度H=90m
Fig.2 Digital simulating waveforms of the target signal with noise
(a) at the altitude of 30-meter　(b) at the altitude of 90-meter

3　目标信号半实物仿真系统

　　在上述目标信号仿真的基础上,将被测的弹载毫米波辐射计以及其它有关测试仪器组成目标信号半实物仿真系统(见图3).该系统可方便地根据辐射计参数指标,设置目标、背景以及交会条件等参数;将由计算机计算的目标信号仿真结果通过接口电路输出,接至调制器,对毫米波噪声源进行温度调制,使被测的弹载辐射计获得模拟野外探测效果的目标信号.调整可变精密衰减器的衰减量α或测试距离L,可校准与对金属目标实际测量的等效关系.α和L的取值由实验来确定,一般L满足远场条件即可,再通过改变α进行校验.在无回波暗室中,利用该目标信号仿真系统对一定批量的弹载辐射计进行了测试,获得了良好的效果.图4为一组典型参数(与图2相同)的测试结果,它与理论计算结果(见图2)较为吻合.

图3　目标信号半实物仿真系统框图
Fig.3 Schematic diagram of partial physical simulation system of the target signal

图4　仿真系统测试结果
(a) 探测高度H=30m　(b) 探测高度H=90m
Fig.4 Measured results with the help of simlation system
(a) at the altitude of 30-meter　(b) at the altitude of 90-meter

4　与实际测试比较

　　经大量的野外试验结果验证,图3所示的目标信号仿真系统可以与野外试验等效.仿真测试结果如图4所示.图5为弹载辐射计对金属目标的一组实际测量值(设置参数与图4相同),它与图4仿真测试结果很吻合.因此,本文提出的半实物仿真方法不仅提高了自动化测试程度,而且为目标识别研究提供了重要基础和手段.

图5　实际测试结果
(a) 探测高度H=30m　(b) 探测高度H=90m
Fig.5 Measured results
(a) at the altitude of 30-meter　(b) at the altitude of 90-meter

作者单位：许建中(南京理工大学毫米波近感技术研究所,江苏,南京,210094)

REFERENCES

　[1]　Kaste O C. The comparison of signal and noise value with measurement value about 35GHz passive radiometer output, AD-A 040366,1980,16～24
　[2]　LI Xing-Guo. Millimeter Wave Proximity Sensing Technology and Application, Beijing: National Defense Industry Press(李兴国,毫米波近感技术及其应用,北京:国防工业出版社),1991,26～28