基于微波倍频源太赫兹频段雷达散射截面测量（二）

(3) 幅相修正

幅相修正技术主要针对由迹线噪声，发射/参考信号抖动，温飘，或非比值数据测量等原因引起的测试信号不稳，导致定标测量信号和目标测量信号不一致引起的误差进行修正。为了降低测量过程中信号不一致对测量结果造成的影响，采用设置固定幅相标定体的方法检测信号，对测量信号进行幅相修正。

幅相标定体需要具有较强的后向散射，摆设位置与被测目标互不遮挡。幅相标定体与被测目标位置足够远，以降低两者之间互耦对测试精度造成的影响。一般可将幅相定标体放置于测量区域以外，将其置于测量天线副瓣范围内，这样可保证与测量目标距离足够远，而幅相标定体后向散射足够高可以保证信噪比。摆放示意图如图6所示。

一般经背景对消后相对测量法的目标RCS计算公式^[6]表示为：

其中，C为定标体信号；T为目标信号；B_c为定标体背景信号；B_t为目标背景信号；此处C/T/B皆为频域信号。在此基础上引入幅相标定体，在测量中其摆放如图6所示。由于在定标体和目标测量中该幅相标定体位置不变，保证了其回波信号的稳定，从而可以作为信号变化的检测信号，目标和定标信号可以向其归一化以降低信号抖动引起的误差。

图 6 幅相修正摆放示意图Fig.6 Positionsketch map of amplitude-phase calibration

在不放置物体及幅相定标体时测量背景信号B_c, B_t，放置目标和幅相定标体测量目标信号，保持幅相定标体不动，将目标换为定标体，测量定标体信号。通过测量信号1维距离像，选取出幅相标定体信号，作为测量信号的幅相变化的监测信号。将目标区信号向标定体信号进行归一，以达到降低测量信号抖动引起的测量误差。设：D为目标幅相修正信号； D′

 为定标体幅相修正信号；A为定标体理论解。则式(2)变为：

由于采用自由空间场的场区形式，测量天线主瓣及第一副瓣成扇形展开，定标体放置于目标之前会影响照射目标的测量信号，所以将幅相定标体放置于目标之后。由于幅相定标体放置位置较远且位于非主瓣区域，所以应选取RCS较高，随频率较稳定的目标。实际中选择三面角反射器作为幅相定标体，尺寸150 mm。

图 7 幅相标定体信号对比Fig.7 Amplitude-phase Calibrator’s signal

图 8 修正结果对比Fig.8 Correction results

如图7，图8所示，测量信号在测量过程中较为稳定。去除边频结果，修正前最大偏差量3.01 dB，修正后为2.99 dB最终结果均方根误差由1.38 dB降为1.32 dB。

4 测量结果

作为系统测量能力和测量精度的验证，我们对75 mm(直径)标准球进行了220～330 GHz频段的测量。

图 9 75 mm标准球RCS数据处理结果对比Fig.9 75 mm Calibration ball’s RCS data processing comparison results

图9为数据处理前后结果的RCS对比，数据处理中应用了背景对消、距离补偿和幅相修正。最终均方根误差由2.077 dB降至0.938 dB。

图 10 75 mm标准球RCS测量结果对比Fig.10 75 mm Calibration ball’s RCS results

图10给出了75 mm(直径)标准球(RCS=–23.6 dBsm)在系统全频段内的测量结果(定标体为107.5 mm(直径)标准球)。通过距离门提取及采用上述误差抑制方法处理后，误差限基本控制在2 dB左右，均方根误差在1 dB左右。具体统计结果如表1所示。

表 1 75 mm(直径)标准球测量误差统计Tab.1 75 mm Calibration ball’s measurement error statistical result

5 结论

本文中，我们利用矢网搭建了微波倍频源太赫兹散射测量系统，对75 mm(直径)标准球(RCS=–23.6 dBsm)，测量试验中对背景对消、距离补偿、幅相修正等误差抑制技术进行了验证。通过多种误差抑制技术的应用，明显地提高了目标测量精度，最终测量结果均方根误差控制在1 dB左右。在残留误差中，目标与泡沫支撑柱之间的耦合、目标摆放、环境多径影响、环境震动是主要误差源，其误差抑制方法，耦合抑制方法，需要今后继续进行有针对性的设备设计及相应研究。

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