一种RCS模拟装置及方法与流程

一种rcs模拟装置及方法
技术领域
1.本发明实施例涉及雷达技术领域，特别涉及一种rcs模拟装置及方法。


背景技术：

2.龙伯球在雷达领域也称之为龙伯透镜反射器，是一种具有复杂内部结构的雷达回波反射器，龙伯球以其体积小、重量轻、回波增益大、反射功率高、角度响应宽、使用维护简便等优点而颇受诸多工程技术人员的青睐，已成熟应用于测量、识别、靶标、导航、电子对抗等多个方面。
3.现有技术中，龙伯球的反射面大小固定，因此，当电磁波入射到龙伯球上时，电磁波只能在固定角域产生响应并获得入射波在固定角域的rcs(雷达散射截面radar cross section)，而无法获得入射波在任意角域的rcs。
4.因此，目前亟待需要一种rcs模拟装置及方法来解决上述技术问题。


技术实现要素：

5.本发明实施例提供了一种rcs模拟装置及方法，能够获得入射波在任意角域的rcs。
6.第一方面，本发明实施例提供了一种rcs模拟装置，包括：
7.龙伯球，用于聚焦入射到其表面的电磁波；
8.阻抗层，包括基底层、设置于所述基底层上的二极管和若干个媒质；所述基底层设置于所述龙伯球上远离所述电磁波入射方向的一端，所述龙伯球聚焦的电磁波可以透过所述基底层到达所述媒质；所述二极管与每个所述媒质连接，每个所述媒质均包括第一状态和第二状态，当所述媒质处于第一状态时，入射到其表面的电磁波被反射，生成雷达回波；当所述媒质处于第二状态时，入射到其表面的电磁波透过所述媒质；
9.控制单元，与所述二极管连接，所述控制单元通过控制所述二极管，使位于待模拟角域范围内的媒质处于第一状态，位于所述待模拟角域范围外的媒质处于第二状态，以获得所述待模拟角域的rcs。
10.在一种可能的设计中，还包括壳体，所述龙伯球和所述阻抗层设置于所述壳体内，所述壳体用于保护所述龙伯球和所述阻抗层。
11.在一种可能的设计中，所述龙伯球包括由内向外依次设置的核心层和多个球壳层；
12.所述核心层由两个半球体组成，每个所述球壳层由两个半球壳组成；
13.所述核心层与第一球壳层之间的层间间隙，以及相邻球壳层之间的层间间隙均不大于0.5mm。
14.在一种可能的设计中，所述龙伯球的最外层球壳层的半径为35～200mm。
15.在一种可能的设计中，所述基底层至少包括依次设置的第一层和第二层，所述第一层设置于所述龙伯球上远离所述电磁波入射的一端，所述龙伯球聚焦的电磁波可以透过
所述第一层和所述第二层到达所述媒质；
16.所述二极管和若干个所述媒质设置于所述第二层上。
17.在一种可能的设计中，所述基底层为球冠形；
18.所述基底层的表面积s和高度h是通过如下公式计算得到的：
19.s＝2πrh
20.h＝(1-cos0.5θ)*r
21.式中，r为所述龙伯球的最外层球壳层的半径，θ为最大模拟角域。
22.在一种可能的设计中，所述壳体的材质包括环氧树脂、无碱纤维玻璃布、聚酰胺树脂和四乙烯五胺。
23.在一种可能的设计中，所述壳体的厚度为0.5～1.0mm，所述壳体的介电常数为1.0～1.1c2/(n
·
m2)。
24.在一种可能的设计中，所述控制单元为可编程门阵列fpga。
25.第二方面，本发明实施例还提供了一种rcs模拟方法，应用于上述任一种设计中的装置，所述方法包括：
26.确定待模拟角域；
27.根据所述待模拟角域，利用所述控制单元编写相应的指令，并将该指令发送至所述二极管；
28.所述二极管根据所述指令将所述待模拟角域范围内的媒质置于第一状态，将所述待模拟角域范围外的媒质置于第二状态；
29.向所述龙伯球发射电磁波，获得所述待模拟角域的rcs。
30.本技术提供了一种rcs模拟装置，包括龙伯球、阻抗层和控制单元，其中，阻抗层包括基底层、设置于基底层上的二极管和若干个媒质。在该装置中，由于每个媒质均包括第一状态和第二状态，且当媒质处于第一状态时，入射到其表面的电磁波无法穿过该媒质，该媒质相当于金属反射面，入射到其表面的电磁波被反射回去，生成雷达回波，即该媒质处于带阻状态；而当媒质处于第二状态时，入射到其表面的电磁波可以透过该媒质，即该媒质处于带通状态。基于上述原理，当待模拟角域确定之后，利用控制单元编写与待模拟角域相应的指令，该指令发送至二极管后，二极管根据该指令将位于待模拟角域内的媒质置于第一状态，将位于待模拟角域外的媒质置于第二状态。通过上述操作，当雷达向龙伯球发射电磁波后，入射到该待模拟角域的电磁波被反射回来，生成雷达回波，而入到到该待模拟角域外的电磁波被透射出去，不生成雷达回波，从而获得入射波在该待模拟角域的rcs。由此可见，只要根据需要调整相应媒质的状态，就能获得任意角域的rcs。
附图说明
31.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。
32.图1是本发明一实施例提供的rcs模拟装置的立体结构示意图；
33.图2是本发明一实施例提供的龙伯球的剖面示意图；
34.图3是本发明一实施例提供的阻抗层的结构示意图；
35.图4是本发明一实施例提供的阻抗层的工作原理示意图；
36.图5是本发明一实施例提供的rcs曲线图；
37.图6是本发明一实施例提供的阻抗层与控制单元的连接关系示意图；
38.图7是本发明一实施例提供的rcs模拟方法的流程示意图。
39.附图标记：
40.1-龙伯球；
41.11-核心层；
42.12-球壳层；
43.2-阻抗层；
44.21-基底层；
45.22-二极管；
46.23-媒质；
47.3-控制单元；
48.4-壳体。
具体实施方式
49.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
50.如上所述，现有的龙伯球只能获得固定角域的rcs，这是因为当平面波入射到透镜上时,入射波被透镜聚焦到与此平面波垂直的直径的另一端，经金属反射面反射后沿原路返回，而由于反射面大小不可改变，导致龙伯球只能在固定角域产生响应，因此无法满足在任意角域响应的需求。
51.针对这一问题，发明人提出可以在龙伯球远离电磁波入射方向的一面设置电阻层，通过该电阻层调节反射角域，使某些角域允许电磁波透过，而某些角域不允许电磁波透过，从而反射生成雷达回波，如此可以获得任意角域的rcs。
52.如图1所示，本发明实施例提供了一种rcs模拟装置，该装置包括：
53.龙伯球1，用于聚焦入射到其表面的电磁波；
54.阻抗层2，包括基底层21、设置于基底层21上的二极管22和若干个媒质23；基底层21设置于龙伯球1上远离电磁波入射方向的一端，龙伯球1聚焦的电磁波可以透过基底层21到达媒质23；二极管22与每个媒质23连接，每个媒质23均包括第一状态和第二状态，当媒质23处于第一状态时，入射到其表面的电磁波被反射，生成雷达回波；当媒质23处于第二状态时，入射到其表面的电磁波透过媒质23；
55.控制单元3，与二极管22连接，控制单元3通过控制二极管22，使位于待模拟角域范围内的媒质23处于第一状态，位于待模拟角域范围外的媒质23处于第二状态，以获得待模拟角域的rcs。
56.该实施例提供了一种rcs模拟装置，在该装置中，由于每个媒质23均包括第一状态
和第二状态，且当媒质23处于第一状态时，入射到其表面的电磁波无法穿过该媒质23，该媒质23相当于金属反射面，入射到其表面的电磁波被反射回去，生成雷达回波，即该媒质23处于带阻状态；而当媒质23处于第二状态时，入射到其表面的电磁波可以透过该媒质23，即该媒质23处于带通状态。基于上述原理，当待模拟角域确定之后，利用控制单元3编写与待模拟角域相应的指令，该指令发送至二极管22后，二极管22根据该指令将位于待模拟角域内的媒质23置于第一状态，将位于待模拟角域外的媒质23置于第二状态。通过上述操作，当雷达向龙伯球1发射电磁波后，入射到该待模拟角域的电磁波被反射回来，生成雷达回波，而入到到该待模拟角域外的电磁波被透射出去，不生成雷达回波，从而获得入射波在该待模拟角域的rcs。由此可见，只要根据需要调整相应媒质23的状态，就能获得任意角域的rcs。
57.需要说明的是，为了实现更好的效果，在该实施例中每一个媒质23的大小和形状均相同，且所有媒质23均匀地排布在基底层21上。另外，媒质23的材料均为超导材料，基底层21的材料为低介电常数的材料。
58.在一些实施方式中，还包括壳体4，龙伯球1和阻抗层2设置于壳体4内，壳体4用于保护龙伯球1和阻抗层2。
59.在该实施例中，通过设置壳体4，可以使该模拟装置在使用、运输以及贮存过程中具备一定的机械强度而不容易遭到损坏。因此，壳体4的材质应选用具有一定机械强度的材料。此外，壳体4的设置应尽量减少对电磁波的传输损耗，即壳体4的材质应具备良好的透波性能。
60.基于上述原因，在一些实施方式中，壳体4的材质包括环氧树脂、无碱纤维玻璃布、聚酰胺树脂和四乙烯五胺。在另一些实施方式中，壳体4的厚度为0.5～1.0mm，壳体4的介电常数为1.0～1.1c2/(n
·
m2)。如此，在保证机械强度的同时，能够减少对电磁波的损耗。
61.如图2所示，在一些实施方式中，龙伯球1包括由内向外依次设置的核心层11和多个球壳层12；
62.核心层11由两个半球体组成，每个球壳层12由两个半球壳组成；
63.核心层11与第一球壳层12之间的层间间隙，以及相邻球壳层12之间的层间间隙均不大于0.5mm。
64.在该实施例中，龙伯球13为多层球状结构，例如包括由内向外依次设置的核心层11、第一球壳层、第二球壳层，
……
，直至最外球壳层。且核心层11与第一球壳层之间的层间间隙、相邻球壳层12之间的层间间隙均小于或等于0.5mm，如此可以尽量避免产生散焦、波束倾斜以及方向图畸变等现象。
65.此外，在一些实施方式中，龙伯球1的最外层球壳层12的半径为35～200mm，在该半径范围内，使用该模拟装置获得的rcs值与单独使用标准龙伯球1获得的rcs值较为接近。当然，用户也可以根据需要模拟的rcs的量级灵活设置龙伯球1的尺寸，本技术不做具体限定。
66.在一些实施方式中，基底层21至少包括依次设置的第一层和第二层，第一层设置于龙伯球1上远离电磁波入射的一端，龙伯球1聚焦的电磁波可以透过第一层和第二层到达媒质23；二极管22和若干个媒质23设置于第二层上。
67.在该实施例中，第二层起到加固并连接第一层和二极管22以及媒质23的作用，当然为了减少基底层21对电磁波的影响，第一层和第二层均由低介电常数的介质构成。此外，在其它实施方式中，基底层21还可以包括第三层或更多层，本技术不做具体限定。
68.如图3所示，在一些实施方式中，基底层21为球冠形；
69.基底层21的表面积s和高度h是通过如下公式计算得到的：
70.s＝2πrh
71.h＝(1-cos0.5θ)*r
72.式中，r为龙伯球1的最外层球壳层12的半径，θ为最大模拟角域。
73.在该实施例中，基底层21设置于龙伯球1最外球壳层12的外表面上，并位于龙伯球1的底端，基底层21的最大尺寸可以是半个球壳，用户可以根据需要确定，但是在工作时，其有效表面积与待模拟的角域相关。例如，当装置的最大模拟角域为-40
°
～40
°
时，基底层21的表面积为2πr(1-cos40)*r。但是在实际工作中，有些角域是我们不需要的，则可以通过调整媒质23的状态，选择工作区域。例如，当待模拟角域范围为-40
°
～-20
°
以及20
°
～40
°
时，阻抗层2的工作原理示意图如图4所示，此时，入射到-20
°
～20
°
角域范围的电磁波被透射过去，即基底层21在该角域范围的面积为无效面积；而入射到-40
°
～-20
°
以及20
°
～40
°
角域范围的电磁波被反射回去，形成雷达回波，即基底层21在该角域范围的面积为有效面积，其获得的rcs曲线图如图5所示。
74.在一些实施方式中，控制单元3为可编程门阵列fpga，通过fpga实现实时编程设计。在一些实施方式中，每一个媒质23相当于一个独立单元，通过设计编码“0”(相当于第一状态)和“1”(相当于第二状态)序列，使每一个单元置“0”或置“1”，进而完成电磁波的反射和透射。
75.fpga通过导电线路与二极管22连接，将预先编制的程序发送至二极管22，然后通过控制二极管22的开和关，获得不同的数字态。具体地，每一个单元都是由二极管22的开和关来获得不同的响应，当二极管22导通时，设置的单元置“0”，置“0”单元组成的区域内电磁波无法穿过，便处于带阻状态，此区域相当于金属反射面，将入射到此区域的入射波反射回去，形成雷达回波；相反，当二极管22关闭时，设置的单元置“1”，置“1”单元组成的区域内电磁波将穿过媒质23，便处于带通状态，此区域相当于透射状态，入射到此区域的入射波全部透射出去，最终实现角域可变的效果。
76.需要说明的是，在其它实施方式中，“0”和“1”编码代表的状态可以互换，如编码“1”(相当于第一状态)和“0”(相当于第一状态)。
77.在一些实施方式中，阻抗层2和控制单元3的连接关系示意图如图6所示，图6只是示意性地表示各组件之间的关系，不能理解为对本装置的限定，在其他实施方式中，各组件也可以是其他连接形式或形状。
78.如图7所示，本发明实施例提供了一种rcs模拟方法，应用于上述任一实施例中的rcs模拟装置，该方法包括：
79.步骤700，确定待模拟角域；
80.步骤702，根据待模拟角域，利用控制单元3编写相应的指令，并将该指令发送至二极管22；
81.步骤704，二极管22根据指令将待模拟角域范围内的媒质23置于第一状态，将待模拟角域范围外的媒质23置于第二状态；
82.步骤706，向龙伯球1发射电磁波，获得待模拟角域的rcs。
83.可以理解的是，本实施例提供的rcs模拟装置和上述实施例提供的rcs模拟方法具
有相同的有益效果，在此不进行赘述。
84.需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个
…”
限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。
85.最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。