微波散射计定标技术原理

微波散射计的测量原理是基于雷达方程的。微波散射计定标也就是对雷达方程中影响测量精度的因子进行校准，以减小各种误差，获得最大测量精度。

1 雷达方程

　　雷达系统、雷达目标和接收信号三者特性之间的基本关系可以由雷达方程来描述。海面目标可看作是面目标，面目标的雷达方程可用下式表示：

　　式中:σ°为海面平均后向散射系数，R为雷达到目标的斜距， 为系统损耗(包括环形器、波束开关和隔离器等部件的损耗)， 为天线波束在地面某一分辨单元小块的面积，G为天线增益，z为波长，P_t为峰值发射功率，P_r为接收功率。

　　雷达方程中各种损耗以及功率可通过内定标来标定，积分因子误差可利用外定标来消除，定标方法中采用的公式也是由雷达方程变形而来的。

 

2 内定标

 

　　内定标有两种不同的方法：一种是对系统的各部分独立地分别定标；另一种是比例法定标。分别定标法需要对雷达的许多参数作测量，如发射机功率、工作频率、波长、脉冲重复频率、接收机最小可检测信号、信号处理器等都需要进行测量。分别定标法的接收机输出可表示为：

 

　　式中，P为发射或接收的功率，G为通道不同环节的放大器增益，T_D为检波和中频放大器的传递函数，T₀为输出终端的传递函数，L为通道不同环节处的损耗(耦合损耗、隔离器损耗、接收机保护装置损耗、混频器损耗等)。由于各个增益和损耗因子都可能随频率变化，因而采用分别定标法的这些因子都必须是已知值，或用信号源通过测量来确定。

　　比例法定标是另外一种内定标方法。从雷达方程中可以看出：

 

　　因此，如果测出P_r/P_t，则除了天线增益以外，不用测出系统的其他特性就能确定σ°。另外，如果用发射信号的取样值来给接收机定标，也就不需要对发射功率和接收机特性作分别测量，而只需要直接测定其比值就可以。图1表示了这种定标方法的一般概念。

 

　　图1中，从发射机到天线的馈线中有一个定向耦合器，| | | | | | | | | | | | 从天线到接收机的馈线中也接有一个定向耦合器，这两个耦合器之问是一段已知衰减量的馈线。发射信号的取样可以馈送给接收机。根据系统的不同类型，有的连续工作，有的交替式工作，即接收机时而测量输入信号，时而测量定标信号。在定向耦合器输入端，发射功率为P_t；在另一定向耦合器输入端，接收功率为P_r；那么只要馈线损耗L_t和L_r以及天线增益都保持不变，就能利用发射信号的取样进行定标，从而给出雷达系统的完整相对定标法。
　　比例法定标的基本定标方程式可用下式表达：

 

　　比例定标法依据雷达体制的不同，可分为连续波体制的连续定标法、脉冲体制的连续定标法和脉冲体制的交替定标法等几种。

 

3 外定标

 

　　外定标是利用已知雷达散射截面的目标回波功率给散射计定标，以获得真实的目标散射系数。
　　根据不同的已知散射截面的目标，外定标分为点目标定标和均匀目标定标两种。

　　点目标利用金属球或角反射器等提供定标电平，通常在地面定标中采用。由于外场难以达到定向的精度，因此要求定标目标在很宽的角度范围内，其散射截面对方向性应当是不灵敏的。通常定标目标有矩形平板、圆形平板、球体、角反射器和龙伯透镜反射器。

　　当用点目标对散射计进行定标时，其定标精度主要取决于对点目标的雷达散射截面σ°严格求解。为了减小测量背景对测量回波的影响，点目标的σ°必须比背景的σ°大得多。具有大的σ°定标目标对无源点定标目标来说，需要大的物理尺寸；对有源点定标目标来说，需要高的功率增益。

　　微波散射计在机载试验和星载使用中，若再用点目标定标时要求目标散射截面或功率增益非常大，则此时定标难度大，同时在工程上导致定标目标σ°的不确定性。若用图1中右侧图所示已知散射系数的地物背景作为定标目标，则只要此扩展目标在径向距离和方位上的扩展远比散射计在此方向上的空间分辨率大，便具有不变的散射特性和非常平坦的σ°这在现实中是很容易实现的，例如混凝土的机场跑道、亚马逊热带雨林和沙漠都是比较理想的均匀扩展目标 | | | | | 。

　　在外定标方法中，由于背景散射截面σ°的存在，在散射计天线照射一个已知散射截面为σ°的定标目标时，会产生一定的定标误差，其误差极限σ_m为：

 

　　式中，S_b²为σ_b/σ_c ,σ_b为表示背景散射截面， σ_c表示目标散射截面。