基于微波倍頻源太赫茲頻段雷達散射截面測量（二）

(3) 幅相修正

幅相修正技術主要針對由跡線噪聲，發射/參考信號抖動，溫飄，或非比值數據測量等原因引起的測試信號不穩，導致定標測量信號和目標測量信號不一致引起的誤差進行修正。為了降低測量過程中信號不一致對測量結果造成的影響，采用設置固定幅相標定體的方法檢測信號，對測量信號進行幅相修正。

幅相標定體需要具有較強的后向散射，擺設位置與被測目標互不遮擋。幅相標定體與被測目標位置足夠遠，以降低兩者之間互耦對測試精度造成的影響。一般可將幅相定標體放置于測量區域以外，將其置于測量天線副瓣范圍內，這樣可保證與測量目標距離足夠遠，而幅相標定體后向散射足夠高可以保證信噪比。擺放示意圖如圖6所示。

一般經背景對消后相對測量法的目標RCS計算公式^[6]表示為：

其中，C為定標體信號；T為目標信號；B_c為定標體背景信號；B_t為目標背景信號；此處C/T/B皆為頻域信號。在此基礎上引入幅相標定體，在測量中其擺放如圖6所示。由于在定標體和目標測量中該幅相標定體位置不變，保證了其回波信號的穩定，從而可以作為信號變化的檢測信號，目標和定標信號可以向其歸一化以降低信號抖動引起的誤差。

圖 6 幅相修正擺放示意圖Fig.6 Positionsketch map of amplitude-phase calibration

在不放置物體及幅相定標體時測量背景信號B_c, B_t，放置目標和幅相定標體測量目標信號，保持幅相定標體不動，將目標換為定標體，測量定標體信號。通過測量信號1維距離像，選取出幅相標定體信號，作為測量信號的幅相變化的監測信號。將目標區信號向標定體信號進行歸一，以達到降低測量信號抖動引起的測量誤差。設：D為目標幅相修正信號； D′

 為定標體幅相修正信號；A為定標體理論解。則式(2)變為：

由于采用自由空間場的場區形式，測量天線主瓣及第一副瓣成扇形展開，定標體放置于目標之前會影響照射目標的測量信號，所以將幅相定標體放置于目標之后。由于幅相定標體放置位置較遠且位于非主瓣區域，所以應選取RCS較高，隨頻率較穩定的目標。實際中選擇三面角反射器作為幅相定標體，尺寸150 mm。

圖 7 幅相標定體信號對比Fig.7 Amplitude-phase Calibrator’s signal

圖 8 修正結果對比Fig.8 Correction results

如圖7，圖8所示，測量信號在測量過程中較為穩定。去除邊頻結果，修正前最大偏差量3.01 dB，修正后為2.99 dB最終結果均方根誤差由1.38 dB降為1.32 dB。

4 測量結果

作為系統測量能力和測量精度的驗證，我們對75 mm(直徑)標準球進行了220～330 GHz頻段的測量。

圖 9 75 mm標準球RCS數據處理結果對比Fig.9 75 mm Calibration ball’s RCS data processing comparison results

圖9為數據處理前后結果的RCS對比，數據處理中應用了背景對消、距離補償和幅相修正。最終均方根誤差由2.077 dB降至0.938 dB。

圖 10 75 mm標準球RCS測量結果對比Fig.10 75 mm Calibration ball’s RCS results

圖10給出了75 mm(直徑)標準球(RCS=–23.6 dBsm)在系統全頻段內的測量結果(定標體為107.5 mm(直徑)標準球)。通過距離門提取及采用上述誤差抑制方法處理后，誤差限基本控制在2 dB左右，均方根誤差在1 dB左右。具體統計結果如表1所示。

表 1 75 mm(直徑)標準球測量誤差統計Tab.1 75 mm Calibration ball’s measurement error statistical result

5 結論

本文中，我們利用矢網搭建了微波倍頻源太赫茲散射測量系統，對75 mm(直徑)標準球(RCS=–23.6 dBsm)，測量試驗中對背景對消、距離補償、幅相修正等誤差抑制技術進行了驗證。通過多種誤差抑制技術的應用，明顯地提高了目標測量精度，最終測量結果均方根誤差控制在1 dB左右。在殘留誤差中，目標與泡沫支撐柱之間的耦合、目標擺放、環境多徑影響、環境震動是主要誤差源，其誤差抑制方法，耦合抑制方法，需要今后繼續進行有針對性的設備設計及相應研究。

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