一种雷达散射截面缩减方法及加载在天线阵上的调控系统技术方案

本发明专利技术属于雷达信号技术领域，公开了一种雷达散射截面缩减方法及加载在天线阵上的调控系统，在天线对之间加载RCS调控模块，通过信号控制电路选择不同的通路，获取多种不同的工作状态；根据不同应用场景需求，选择不同的工作状态，获得所需要的RCS差值，实现对工作阵列的隐身和保护。本发明专利技术不同于以往RCS缩减的方法，不需要在天线阵列外部加载任何物体，仅需要在内部加载特殊的RCS调控模块，可以在不影响原天线正常工作的前提下，通过工作状态的切换，使得RCS呈现一定的差值，在无源条件下即可实现较为良好的效果。也可以通过加载放大器的方法，进一步提高RCS的差值，达到更佳的RCS缩减效果。

【技术实现步骤摘要】
一种雷达散射截面缩减方法及加载在天线阵上的调控系统
本专利技术属于雷达信号
，尤其涉及一种雷达散射截面缩减方法及加载在天线阵上的调控系统。
技术介绍
目前，雷达散射截面(RadarCrossSection,RCS)是度量目标物体在雷达波照射下所产生回波强度的一种物理量，是表征目标隐身性能的重要指标。对于如何降低天线的雷达散射面积，主要可概括为：(1)天线系统的伪装技术，即在天线系统不工作时将其伪装起来，在需要的时候再将其恢复到工作的状态。实现天线系统伪装的途径有很多，在天线系统关闭时，可改变天线的指向，从而改变其散射的主要方向，使得探测的雷达波无法直接照射到天线上。此外，还可加载涂覆有隐身材料的天线罩，在天线不工作时，再将天线罩摘除。(2)加载技术，随着电磁超材料的出现，可以利用超材料的特殊性质通过加载超材料结构进行有效的雷达散射面积缩减，例如通过加载电磁带隙结构、人工磁导体、频率选择表面等方式。(3)天线加载对消技术，即通过加载不同尺寸和形状的结构，使得入射波的各个散射场进行相互干渉和抵消，从而达到对雷达散射面积的缩减。通过上述分析，现有技术存在的问题及缺陷为：(1)天线系统的伪装技术，大多只适合天线不工作时的隐身，对天线工作时无法达到有效的隐身效果，同时也会增加整个系统的尺寸以及复杂性。(2)加载技术虽然能够实现非常良好的RCS缩减效果，但与此同时会对天线系统本身产生负面影响，需要在牺牲一定性能的前提下进行RCS的缩减。(3)对消技术通过加载特殊结构，使得散射场进行抵消，但需要极高的精度把握，一旦出现偏差，很有可能使得原本缩减的RCS变大，取得适得其反的负面效果。解决以上问题及缺陷的难度为：为了实现目标隐身效果的提高，需要降低其RCS，但不可避免会带来一定的负面影响，因此既要保证RCS缩减效果的同时，也要尽可能降低对天线本身性能的负面影响，这是RCS缩减技术的难点之一。解决以上问题及缺陷的意义为：雷达散射截面的缩减技术会极大提高目标的隐身效果，但如今大多缩减技术都会在实现隐身效果的同时，为天线系统本身带来不同程度的负面效果，且不易实现小型化。因此可以提出一种解决此问题的RCS缩减和调控方式，可以在保证RCS缩减效果的前提下，最大化天线自身性能，以保证系统工作性能。
技术实现思路
为了解决现有技术存在的问题，本专利技术提供了一种雷达散射截面缩减方法及加载在天线阵上的调控系统。具体涉及一种基于VanAtta天线阵的RCS缩减方法及加载在VanAtta天线阵上的新型RCS调控系统。本专利技术是这样实现的，一种雷达散射截面缩减方法，所述雷达散射截面缩减方法包括：在天线对之间加载RCS调控模块，通过信号控制电路选择不同的通路，获取多种不同的工作状态；根据不同应用场景需求，选择不同的工作状态，获得所需要的RCS差值，实现对工作阵列的隐身和保护。进一步，四元天线构成VanAtta天线阵列，在天线对中添加两个RCS调控模块，通过控制信号进行开关切换，选择不同的通路，对应四种不同的工作状态；一种工作状态为最基本VanAtta天线阵列，天线阵列正常工作，其余三种工作状态分别基于不同的原理，实现不同程度的RCS缩减。进一步，所述多种不同的工作状态包括：工作状态1：两个RCS调控模块均指向通路1，对应最为基础的VanAtta天线阵列，具备方向回溯特性，接收入射波雷达信号时，通过等长传输线，在发射天线处相位梯度相反，回溯信号指向来波信号方向，获取较大RCS值；工作状态2：RCS调控模块1导通通路1，调控模块2导通通路2，在1号阵元和4号阵元的传输线上增加180°相位；接收入射波雷达信号后，两通路相位相消。进一步，所述多种不同的工作状态进一步包括：工作状态3：RCS调控模块1导通通路2，调控模块2导通通路3，1号和4号阵元的传输线上增加长度为2la的传输线，2号和3号阵元则增加长度为la的传输线，重新定义回溯波方向，偏移源方向固定角度，将散射场最大值方向偏离源方向；工作状态4：RCS调控模块1导通通路3，RCS调控模块2导通通路4，天线接收的入射波信号在理想情况下全部被匹配负载吸收，没有回溯信号发出。进一步，所述工作状态3的获取方法进一步包括：原有入射波角度为θ，则各阵元间相位梯度为：传输线等长或者相差波导波长的整数倍，则回溯波指向来波方向，角度为θ；总的相位梯度为：再辐射角度为：入射信号角度为θ时，附加的相位梯度为：δ＝k0d(sinθ-sinα)附加相位是δ的倍数。进一步，相位附加的方法包括：微带线上的波导波长λg与自由空间中的波长λ0关系：其中，εe为有效介电常数，由下式计算：其中，εr为相对介电常数，h为介质板厚度，w为微带线宽度；由式和式计算出波导波长，使用等长或相差波导波长整数倍的传输线来连接天线对，获得VanAtta天线阵列；计划实现γ＝θ-α的角度偏差，由式δ＝k0d(sinθ-sinα)计算出需要附加的相位梯度δ；需要改变的传输线长度：其中，βg为相移常数，表示传输线上每单位长度上波的相位滞后，计算公式为：以la的整数倍对传输线进行调整获得附加的相位梯度。本专利技术的另一目的在于一种加载在天线阵上的调控系统包括：四元天线构成VanAtta天线阵列；在VanAtta天线阵列的传输线中添加的两个RCS调控模块，通过控制信号进行开关切换，选择不同的通路，对应四种不同的工作状态，获取不同的RCS测量值。本专利技术的另一目的在于一种接收用户输入程序存储介质，所存储的计算机程序使电子设备执行所述的雷达散射截面缩减方法，包括：在天线对之间加载RCS调控模块，通过信号控制电路选择不同的通路，获取多种不同的工作状态；根据不同应用场景需求，选择不同的工作状态，获得所需要的RCS差值，实现对工作阵列的隐身和保护。本专利技术的另一目的在于一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施所述的雷达散射截面缩减方法。本专利技术的另一目的在于一种执行所述的雷达散射截面缩减方法的天线伪装设备。结合上述的所有技术方案，本专利技术所具备的优点及积极效果为：不影响天线系统正常工作的前提下，本专利技术提出了一种结合单刀多掷开关的可调控RCS天线系统，针对不同的工作环境，实现工作状态与隐身状态下具有不同的RCS差值。传统的RCS缩减方法如天线系统伪装技术，大多是通过关闭系统来实现隐身，但工作时无法隐身，如果添加天线罩等，则系统十分笨重且比较繁琐。此外，加载技术和对消技术等，大多需要增加额外的结构来实现，在一定程度上限制天线的性能。本专利技术仅需要使用开关芯片来进行工作模式的切换，对天线性能的影响微乎其微，在无源情况下便具备较好的性能，同时可以实现系统本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种雷达散射截面缩减方法，其特征在于，所述雷达散射截面缩减方法包括：/n在天线对之间加载RCS调控模块，通过信号控制电路选择不同的通路，获取多种不同的工作状态；/n根据不同应用场景需求，选择不同的工作状态，获得所需要的RCS差值，实现对工作阵列的隐身和保护。/n

【技术特征摘要】
1.一种雷达散射截面缩减方法，其特征在于，所述雷达散射截面缩减方法包括：
在天线对之间加载RCS调控模块，通过信号控制电路选择不同的通路，获取多种不同的工作状态；
根据不同应用场景需求，选择不同的工作状态，获得所需要的RCS差值，实现对工作阵列的隐身和保护。


2.如权利要求1所述的雷达散射截面缩减方法，其特征在于，四元天线构成VanAtta天线阵列，在天线对中添加两个RCS调控模块，通过控制信号进行开关切换，选择不同的通路，对应四种不同的工作状态；
一种工作状态为最基本VanAtta天线阵列，天线阵列正常工作，其余三种工作状态分别基于不同的原理，实现不同程度的RCS缩减。


3.如权利要求1所述的雷达散射截面缩减方法，其特征在于，所述多种不同的工作状态包括：
工作状态1：两个RCS调控模块均指向通路1，对应最为基础的VanAtta天线阵列，具备方向回溯特性，接收入射波雷达信号时，通过等长传输线，在发射天线处相位梯度相反，回溯信号指向来波信号方向，获取较大RCS值；
工作状态2：RCS调控模块1导通通路1，调控模块2导通通路2，在1号阵元和4号阵元的传输线上增加180°相位；接收入射波雷达信号后，两通路相位相消。


4.如权利要求1所述的雷达散射截面缩减方法，其特征在于，所述多种不同的工作状态进一步包括：
工作状态3：RCS调控模块1导通通路2，调控模块2导通通路3，1号和4号阵元的传输线上增加长度为2la的传输线，2号和3号阵元则增加长度为la的传输线，重新定义回溯波方向，偏移源方向固定角度，将散射场最大值方向偏离源方向；
工作状态4：RCS调控模块1导通通路3，RCS调控模块2导通通路4，天线接收的入射波信号在理想情况下全部被匹配负载吸收，没有回溯信号发出。


5.如权利要求4所述的雷达散射截面缩减方法，其特征在于，所述工作状态3的获取方法进一步包括：
原有入射波角度为θ，则各阵元间相位梯度为：



传输线等长或者相差波导波长的整数倍，则回溯波指向来波方向，角度为θ；
总的相位梯度为：

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【专利技术属性】
技术研发人员：陈蕾，薛润东，张仲泰，杨毅夫，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61