太赫兹雷达RCS测量中的分时定标技术

太赫兹频段的目标散射特性测量技术是当前太赫兹雷达的重要研究方向,其中系统定标技术决定了雷达散射截面积(RCS)测量结果的准确性。使用基于微波倍频源的太赫兹宽带雷达目标散射特性测量系统,该系统由微波源经倍频后,中心频率达到440 GHz,带宽达25.6 GHz。利用光滑表面金属球为标准体,采用分时定标技术对太赫兹雷达系统进行定标,再对金属材质的战斗机模型和吉普车模型进行近场RCS测量实验,获得以上2种典型人造目标的近场RCS测量结果。测试结果与理论趋势符合良好,证明了太赫兹雷达系统RCS测量中分时定标技术的有效性。     

基于时域光谱系统的太赫兹圆柱RCS 测量

雷达散射截面（RCS）测量对于太赫兹雷达系统论证设计具有重要意义。详细描述了时域光谱（TDS）系统测量RCS 的原理,以及实验方案的设计。基于TDS 系统对太赫兹频段圆柱RCS 进行了测量实验,获得光滑和粗糙圆柱在太赫兹频段下的回波,对光滑圆柱回波进行傅里叶变换得到其宽带 RCS,与理想圆柱RCS 的物理光学解进行比较,发现RCS 理论值与测量值基本一致,验证了TDS 系统可用于太赫兹频段目标RCS 的测量;同时将光滑圆柱和粗糙圆柱的RCS 测量值进行对比分析,结果表明:太赫兹频率越高,粗糙面对RCS 的影响越大,粗糙度大于八分之一波长为粗糙面的传统定义须重新考虑。     

基于FEKO和CST的太赫兹目标RCS仿真

利用 FEKO和 CST 2套电磁计算软件对太赫兹频段目标雷达散射截面(RCS)进行对比仿真。首先计算同一理想导体球在1 GHz~500 GHz频率范围内的 RCS,得到理想导体球的 RCS特性曲线,与理论值进行比较,得出太赫兹频段下两者仿真性能相差较小的结论。然后分别对理想导体球、圆柱体和方形平板在太赫兹频段下不同姿态角的 RCS值进行计算,结果表明,两者在 RCS仿真上因目标不同而呈现不同性能,在计算中应根据实际目标选取合适的软件进行计算。     

太赫兹目标RCS测量误差估计方法及其应用

太赫兹频段下非标准体目标的雷达散射截面积(RCS)较难通过电磁散射计算的方式得到结果,实验测量得到目标RCS成为该频段下的可行方案。然而,目前尚不具备系统性的估计指标来分析实测结果的误差特性。相比于目前较为简单的测量误差分析方式,本文提出3种太赫兹目标RCS测量误差估计指标;随后结合具有RCS解析解的目标,验证、分析所提估计指标的实用性和有效性。实测数据分析结果表明,本文提出的测量误差估计指标能够反映测量数据的误差规律与误差水平,具有实用性,有助于发现实验系统及实测数据处理中的有待优化之处。     

复杂目标的太赫兹波近场RCS快速计算

在太赫兹频段,散射目标大部分处于近场区域,远场计算方法已经不再适用,为此该文推导了近场雷达散射截面(RCS)的计算公式。针对太赫兹频段近场条件下,物理光学法(PO)由于面元数量巨大引起的遮挡判断耗时过长,以及图形电磁学(GRECO)以像素为计算单位计算误差过大的问题,该文提出一种以面元为计算单位,以像素为遮挡判断单位的复杂目标太赫兹波近场RCS的快速计算方法,该方法在保证计算精度的基础上,大大降低了遮挡判断的计算复杂度和时间。最后,以标准目标体平板、球体以及复杂目标体卫星在不同距离下的雷达散射截面的计算为例,验证了该方法的有效性和准确性。     

太赫兹雷达散射截面测量研究进展

太赫兹雷达散射截面(RCS)测量技术是当前太赫兹重要的应用技术之一。利用太赫兹源,不仅可以测得目标太赫兹波段的RCS,还可以通过对缩比模型的RCS测量,获得微波波段全尺寸目标的RCS值。基于RCS定义及测量的一般要求,介绍了国外太赫兹RCS测量的主要成果;重点介绍三类测量装置及测量目标;给出部分代表性的测量结果。最后分析了利用飞秒激光器抽运晶体的太赫兹时域谱系统、CO2激光抽运太赫兹激光器的逆合成孔径雷达系统和信号合成器的相干探测系统在工作频率、待测目标尺寸和小型化等方面的特点。为我国太赫兹RCS测量技术的发展提供技术借鉴。     

大动态范围太赫兹频段雷达散射截面测量

针对目前太赫兹频段雷达散射截面(RCS)测量动态范围较小的问题,提出了一种结构分段定标结合数据分段处理的大动态范围RCS获取方法。基于相对定标理论分析了单一定标测量方式对RCS测量范围与测量精度的限制,并通过对光滑金属球与圆柱的实验测量进行了验证。通过光滑金属平板的RCS测量讨论了衰减元件的引入对系统测量精度与测量范围的影响。在此基础上,利用结构分段定标结合数据分段处理对弹头模型的RCS进行了测量,成功获得了弹头模型的主要散射特征,实现了目前已知最高的63 d B动态范围,测量结果与仿真计算结果一致。     

基于太赫兹440 GHz系统目标RCS的高精确度测量

雷达散射截面积(RCS)是衡量目标对雷达波散射能力的一个重要物理量,在目标识别和成像中有重要作用。为解决太赫兹频段目标RCS测量精确度不高的问题,基于440 GHz的太赫兹目标RCS测量系统,提出一种新的校准方式并采用软件距离门等技术提高目标RCS的测量精确度。随后,对不同粗糙度的圆柱体进行测量得到其RCS测量结果,与理论值比较分析发现,采用新的处理技术使测量结果达到了较高的精确水平,可用于复杂目标RCS的测量和缩比规律的研究。     

太赫兹频段金属粗糙表面散射特性

根据基尔霍夫近似理论分析了金属粗糙表面在太赫兹频段的散射规律及影响因素，通过加工不同粗糙度的金属铝板样品，基于远红外激光器搭建的单频点散射特性测量系统及远红外傅里叶光谱仪（FTIR）的宽带反射率测量系统，对粗糙铝板的散射规律进行了实验测量与验证，发现实验测量结果与基尔霍夫近似计算结果具有良好的一致性，证明了峰值散射系数与粗糙度和频率的负相关性，以及与入射角度的正相关性。分析了近似光滑和较大粗糙度两种极限情况下的散射特性，给出了基尔霍夫近似理论在太赫兹频段的适用条件。相关结论为复杂目标散射特性的理论计算奠定了基础，对太赫兹频段雷达相关理论和技术的发展具有重要意义。     

基于0.14 THz成像雷达的RCS测量

介绍了一种在菲涅耳区测量雷达散射截面(RCS)的方法。通过近-远场变换,利用目标的一维距离像、二维逆合成孔径雷达(ISAR)像数据估计目标RCS,避免了太赫兹(THz)频段RCS测量不容易满足远场条件的困难。采用强散射点提取技术剔除支架等背景噪声对测量结果的影响,提高了RCS估计精确度。利用该方法对0.14 THz雷达缩比测量数据进行处理,获得了典型目标在P波段的RCS估计值。     

金属平板的太赫兹雷达散射截面测量

为了测量金属平板的雷达散射截面,分别采用了太赫兹时域光谱系统和0.1 THz连续波测量系统两种方法进行测量,并从理论上分析了雷达散射截面测量模型。结果表明,对于太赫兹时域光谱系统,随着测量频率和角度的增加,其误差在增大;对于0.1 THz连续波测量系统,随着角度的增加,误差增大,随着被测目标尺寸增大,误差先减小后增大,实验最小误差均可达到-0.244dB。利用太赫时域光谱系统及0.1 THz连续波测量系统测量雷达散射截面均是可行的。太赫兹时域光谱系统具有频率取值范围大、角分辨率高的特点;而0.1 THz连续系统系统结构简单、成像速度快、使用方便。     

THz time domain monostatic radar cross section measurement of metallic plates and dihedrons

THz Radar Cross Section(RCS) measurement setup based on THz Time Domain Spectroscopy (TDS) is built to provide large scaled targets test ability in recent years. As calibrations, the metal plates and dihedrons are used in our experiments. The measurements are performed in a monostatic terahertz time-domain setup. The author proposed time domain and frequency domain calibration methods for angular RCS of calibrations, comparing the measurements with the theory to verify the ability of the time domain measurement setup.     

激光冲击成形对板料表面质量的影响

利用0.5mm厚铝板和304不锈钢板作为试样进行激光冲击成形，试验发现激光诱导的冲击波在使板料发生塑性变形的同时，还可以显著降低板料前后表面的粗糙度。根据板料激光冲击成形的特性，从理论上分析了板料背面粗糙度降低的机理。分析表明一方面是由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时，应力波发生反射和透射，随着尖峰的截面积逐渐减小，透射压缩波和反射拉伸波的强度逐渐增加，当反射拉伸波的强度大于材料的动态强度极限时引起了微尖峰的断裂；另一方面由于激光冲击成形中板料的高速运动，在背面的空气中形成高压背压，板料背面的微尖峰受到空气背压的压缩而发生塑性变形。由于表面微尖峰的断裂和塑性变形使尖峰高度降低，因而表面质量得到提高。     

激光冲击成形对表面光洁度的影响

为了研究激光冲击成形对板料表面光洁度的影响,采用0.5mm厚铝板和304不锈钢板料作为试样,选择光斑直径8mm、波长1054nm、脉冲宽度23ns的激光脉冲进行冲击成形实验,铝板冲击成形的激光能量为15.4J,304不锈钢的激光能量为18.92J.冲击成形后对板料表面光洁度进行检测,结果表明,激光冲击成形可使板料表面光洁度提高接近两个精度等级.通过理论分析可知,板料背面光洁度的提高有两个方面的原因,一方面由于应力波在板料背面的微尖峰中传播时产生一系列的反射波,当反射波强度超过材料抗拉强度极限时将引起微尖峰的断裂;另一方面由于板料的高速运动在板料背面的空气中形成高压区,当作用在板料表面的空气压力大于动态屈服强度时微尖峰发生塑性变形,因微尖峰断裂和塑性变形使板料背面光洁度提高.     

激光摆动模式对铝/钢焊接接头成形特征及组织、强度的影响

铝、钢金属在物理化学性质上的巨大差异使得铝/钢异种接头的优质连接成为焊接领域的难点。采用摆动激光热源实现了6061铝合金和316L不锈钢搭接接头的良好连接,研究了激光摆动模式、摆动频率对接头成形质量、界面组织结构及拉剪强度的影响。结果表明:摆动激光能够增加铝/钢界面的连接面积,减小接头的熔深,有效抑制焊缝中的气孔、裂纹等缺陷;同时,摆动激光能使界面温度均匀并增强对熔池的搅拌作用,降低界面处的冶金反应,有效抑制界面脆硬金属间化合物的产生;摆动激光焊接接头的界面组织主要为Fe(Al)固溶体及少量弥散分布的针状FeAl3相;摆动激光焊接接头的最大拉剪强度可达117.5 N/mm,相比于常规激光焊接接头提高了约45%,接头断裂位置为不锈钢与焊缝交界处。     

高斯光圆柱太赫兹雷达散射截面的影响

通过对缩比模型的太赫兹波段雷达散射截面(RCS)测量,可以获得微波波段全尺寸目标的RCS值,因此,RCS估算和测量是当前太赫兹重要的应用技术之一。RCS估算中,通常假定入射光为均匀平面波,但在实际测量应用中,常常采用发射类似高斯光束的太赫兹源。进行了横电波情况高斯光束入射时,无限长理想导体圆柱的太赫兹雷达散射截面估算。仿真研究了2.52 THz激光准直入射和相位变化对后向雷达散射截面的影响,给出了RCS与散射角的变化曲线;同时与均匀平面波入射结果进行了比较分析。仿真结果表明,在测量圆柱半径10 mm且入射光距圆柱轴心距离1 m处的后向RCS时,用光斑半径30 mm的高斯光束较好。