本發(fā)明涉及被動毫米波測試技術(shù)，特別是一種毫米波輻射計測試的等效裝置。

背景技術(shù)：

毫米波在大氣中傳輸損耗比微波更大，但是毫米波輻射計依靠高增益天線有效地抵消毫米波在大氣傳輸中的損耗，同時毫米波高增益天線的空間分辨率更高，顯示出其獨(dú)特優(yōu)點。基于地基、空基、天基等運(yùn)載平臺毫米波輻射計探測均得到迅猛的發(fā)展。

由于毫米波較高的頻段和毫米波輻射計的專一性，目前并沒有專用儀器對毫米波輻射計的靜態(tài)性能參數(shù)進(jìn)行測試?？紤]到彈載毫米波探測的特殊性，即探測器需要按照末敏彈的飛行軌跡探測，毫米波輻射計的動態(tài)性能測試也沒有合適的方法。雖然實際炮射系統(tǒng)試驗可以讓探測器進(jìn)行動態(tài)飛行探測，但代價較高，可行性不高。高塔試驗通常把毫米波交流輻射計放置在高塔轉(zhuǎn)臺之上模擬末敏彈探測過程，但是一般只可以做幾種固定高度的探測試驗，而末敏彈的實際探測是從高到低不同高度的探測過程。因此高塔試驗不能很好地模擬末敏彈探測過程，而且變高度高塔試驗涉及到許多人力、物力，同時也消耗大量的時間。

現(xiàn)有的毫米波輻射計仿真系統(tǒng)是通過電路控制不同的電壓值來控制衰減器的衰減量，用來達(dá)到不同的衰減距離仿真探測器的目的。但是存在電壓控制的精確度不高、功耗較大等缺點，衰減器的使用壽命受到限制。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的在于提供一種毫米波輻射計測試的等效裝置。

實現(xiàn)本發(fā)明目的的技術(shù)方案為：一種毫米波輻射計測試的等效裝置，包括微波暗室、毫米波輻射計探測器、介質(zhì)衰減模塊、目標(biāo)干擾機(jī)、三維測試平臺、探測器輸出信號采集模塊、斬波輪、斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊和測試平臺伺服控制模塊；

所述毫米波輻射計探測器、介質(zhì)衰減模塊、目標(biāo)干擾機(jī)、斬波輪和三維測試平臺均設(shè)置在微波暗室內(nèi)部，所述斬波輪和介質(zhì)衰減模塊依次設(shè)置在目標(biāo)干擾機(jī)的發(fā)射天線和毫米波輻射計探測器的接收天線之間，且目標(biāo)干擾機(jī)的發(fā)射天線、斬波輪、介質(zhì)衰減模塊和毫米波輻射計探測器的接收天線在同一直線上；所述目標(biāo)干擾機(jī)設(shè)置在三維測試平臺上；所述測試平臺伺服控制模塊用于通過三維測試平臺控制目標(biāo)干擾機(jī)的高度、俯仰角和方位角；所述斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊用于控制斬波輪轉(zhuǎn)速；所述探測器輸出信號采集模塊用于采集探測器探測到的毫米波信號。

本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，其顯著優(yōu)點為：

(1)相比較于高塔實驗和實際炮射系統(tǒng)測試，本發(fā)明可以節(jié)約人力和物理成本，節(jié)省時間；

(2)傳統(tǒng)的高塔實驗不能很好地模擬毫米波探測過程，而且在高塔試驗中只能固定探測幾個高度，實際的毫米波探測是從高到低的不同高度的探測，所以實驗不具有一般性，而本發(fā)明提出的測試系統(tǒng)可以很好模擬整個毫米波探測過程，通過系統(tǒng)中的伺服控制和斬波輪控制可以精確模擬毫米波探測過程中末敏彈的運(yùn)動姿態(tài)，通過對介質(zhì)衰減板控制，改變介質(zhì)板層數(shù)，厚度以及材料可以方便地模擬不同高度的毫米波探測；

(3)本發(fā)明的毫米波探測系統(tǒng)為室內(nèi)測量系統(tǒng)，所以不會受到外界環(huán)境條件的制約，隨時可以測試。

附圖說明

圖1為本發(fā)明的毫米波輻射計測試的等效裝置原理框圖。

圖2為介質(zhì)衰減區(qū)的結(jié)構(gòu)框圖。

圖3為斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊框圖。

圖4為測試平臺伺服控制模塊框圖。

圖5為探測器輸出信號采集模塊框圖。

具體實施方式

結(jié)合圖1，本發(fā)明的一種毫米波輻射計測試的等效裝置，包括微波暗室、毫米波輻射計探測器、介質(zhì)衰減模塊、目標(biāo)干擾機(jī)、三維測試平臺、探測器輸出信號采集模塊、斬波輪、斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊和測試平臺伺服控制模塊；

所述毫米波輻射計探測器、介質(zhì)衰減模塊、目標(biāo)干擾機(jī)、斬波輪和三維測試平臺均設(shè)置在微波暗室內(nèi)部，所述斬波輪和介質(zhì)衰減模塊依次設(shè)置在目標(biāo)干擾機(jī)的發(fā)射天線和毫米波輻射計探測器的接收天線之間，且目標(biāo)干擾機(jī)的發(fā)射天線、斬波輪、介質(zhì)衰減模塊和毫米波輻射計探測器的接收天線在同一直線上；所述目標(biāo)干擾機(jī)設(shè)置在三維測試平臺上；所述測試平臺伺服控制模塊用于通過三維測試平臺控制目標(biāo)干擾機(jī)的高度、俯仰角和方位角；所述斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊用于控制斬波輪轉(zhuǎn)速；所述探測器輸出信號采集模塊用于采集探測器探測到的毫米波信號。

進(jìn)一步的，微波暗室為圓柱形箱體，長和寬滿足遠(yuǎn)場條件；微波暗室外壁由金屬材質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)壁全部附著吸波材料。

進(jìn)一步的，所述吸波材料為尖劈形狀的吸波材料。

進(jìn)一步的，所述吸波材料的垂直反射系數(shù)小于-60db，45度入射角時反射系數(shù)小于-50db。

進(jìn)一步的，如圖2所示，介質(zhì)衰減模塊包括圓柱形介質(zhì)衰減板以及分別設(shè)置在圓柱形介質(zhì)衰減板頂面和底面的單面凸透鏡和單面凹透鏡，干擾機(jī)的發(fā)射天線和探測器的接收天線分別放置在單面凸透鏡和單面凹透鏡的焦距上。

測試平臺伺服控制模塊包括第一嵌入式處理器、第一編碼器、第一限位開關(guān)和第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊；

所述第一編碼器和第一限位開關(guān)用于控制干擾機(jī)的高度、俯仰角和方位角范圍；所述第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊用于驅(qū)動三維測試平臺電機(jī)轉(zhuǎn)動；所述第一嵌入式處理器用于控制第一編碼器、第一限位開關(guān)和第一步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊工作。

斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊包括第二嵌入式處理器、增量編碼器、第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、電機(jī)過流檢測模塊、LCD顯示模塊、第一串口通信模塊和外部轉(zhuǎn)速模式調(diào)節(jié)模塊；

所述增量編碼器用于測試斬波輪轉(zhuǎn)速，第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊用于驅(qū)動斬波輪電機(jī)轉(zhuǎn)動，電機(jī)過流檢測模塊用于檢測斬波輪電機(jī)電流大小，所述LCD顯示模塊用于顯示斬波輪轉(zhuǎn)速，所述第一串口通信模塊用于將斬波輪轉(zhuǎn)速信息上傳至上位機(jī)，所述外部轉(zhuǎn)速模式調(diào)節(jié)模塊用于手動改變斬波輪轉(zhuǎn)速；所述第二嵌入式處理器用于控制增量編碼器、第二步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動模塊、電機(jī)過流檢測模塊、LCD顯示模塊和串口通信模塊工作。

探測器輸出信號采集模塊包括第三嵌入式處理器、AD采樣電路和第二串口通信模塊；

所述AD采樣電路用于采集探測器檢測到的毫米波信號，第二串口通信模塊用于將采集到的毫米波信號上傳至上位機(jī)，所述第三嵌入式處理器用于控制AD采樣電路和第二串口通信模塊工作。

所述AD采樣電路包括4個采樣通道、比例分壓電路、射級跟隨器和運(yùn)算電路，4個采樣通道分別用于采集-10V～+10V、0～+10V、0～+5V、-5V～+5V的數(shù)據(jù)，通過比例分壓電路將0～+10V和0～+5V分別用1/3和2/3的比例進(jìn)行分壓等比例壓縮到0～3.3V，將-10V～+10V和5V～+5V等比例壓縮到-3.3V～3.3V，再通過射級跟隨器后經(jīng)運(yùn)算電路V_o＝1/2(V_i+3.3)進(jìn)行極性變換，信號變?yōu)?～3.3V，其中V_i為雙極性輸入電壓，V_o為輸出電壓。

下面結(jié)合具體實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。

實施例

結(jié)合圖1，本實施例的一種毫米波空間衰減的等效裝置，包括微波暗室、毫米波輻射計探測器、介質(zhì)衰減模塊、目標(biāo)干擾機(jī)、三維測試平臺、探測器輸出信號采集模塊、斬波輪、斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊和測試平臺伺服控制模塊；其工作原理為：首先上位機(jī)發(fā)送命令控制各個模塊的工作，控制斬波輪和平臺伺服調(diào)整干擾機(jī)和毫米波探測器的位置關(guān)系，以確保毫米波探測器能夠接受到干擾機(jī)發(fā)出的電磁波信號。通過對衰減介質(zhì)板的改變可以實現(xiàn)不同距離下毫米波探測試驗，通過毫米波探測器信號采集模塊采集探測器接收到的信號上傳到上位機(jī)進(jìn)行處理。

微波暗室的形狀為圓柱形，本實施例中尺度為長3m，直徑0.6m。微波暗室外壁是由金屬材質(zhì)構(gòu)成，內(nèi)壁全部附著吸波材料，吸波材料一般為聚氨酯類泡沫塑料經(jīng)過碳膠溶液浸泡后被制作成微波暗室的吸波材料。選用尖劈形狀的吸波材料，當(dāng)界面處于平行極化時，吸波材料性能會提高很多。若是處于垂直極化時，尖劈形吸波材料性能比角錐狀提高6dB，因此選用尖劈形狀的吸波材料。箱內(nèi)吸波材料的阻燃性能滿足NRL8093-94，DIN4012CLASS B-2標(biāo)準(zhǔn)，箱內(nèi)吸波材料的垂直反射系數(shù)應(yīng)小于-60db，45度入射角時應(yīng)該小于-50db的要求。

結(jié)合圖2，干擾機(jī)和探測器都分別放在凸透鏡和凹透鏡的焦距上用于電磁波傳播路徑的改變，從凸透鏡傳播出來的電磁波為平行波，然后垂直輸入到介質(zhì)衰減部分等效距離衰減。介質(zhì)衰減板電磁波衰減部分的目的是等效電磁波在空間中的衰減，形狀為圓柱形，厚度為d＝5mm，通過仿真分析和實驗測試可以得到每個衰減板的等效衰減距離，多個衰減板可以疊加在一起形成多個衰減距離模擬外場試驗中不同高度的毫米波輻射計的探測。

結(jié)合圖3，探測器輸出信號采集模塊設(shè)有4通道，可以同時采集也可以選擇其中某路進(jìn)行采集。本實施例中系統(tǒng)將采集兩路信號，一路為采集探測器信號，另一路為采集目標(biāo)識別信號。探測器輸出信號采集模塊采用嵌入式系統(tǒng)設(shè)計，在整套系統(tǒng)中，實現(xiàn)輸入信號采集，并將采集到的信號直接通過RS485傳輸?shù)缴衔粰C(jī)，并在上位機(jī)上對傳輸過來的數(shù)據(jù)進(jìn)行處理和顯示。系統(tǒng)選用STM32F103TBU6作為信號采集傳輸顯示模塊嵌入式系統(tǒng)的MCU。

結(jié)合圖4，斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊的設(shè)計，被動毫米波探測器以4轉(zhuǎn)每秒的速度旋轉(zhuǎn)探測地面金屬目標(biāo)，在干擾機(jī)與探測器之間需要安裝調(diào)制裝置用來模擬毫米波探測器旋轉(zhuǎn)探測，調(diào)制裝置采用嵌入式系統(tǒng)控制直流電機(jī)帶動斬波輪來實現(xiàn)，然后由角編碼器得到轉(zhuǎn)速信息通過串口上傳到上位機(jī)，以此進(jìn)行轉(zhuǎn)速的實時控制。斬波輪控制與轉(zhuǎn)速監(jiān)控模塊的增量編碼器采用的是AJ38/6輕型化增量型編碼器。編碼器輸出信號為A相，B相，Z相信號，采用這三路信號來計算電機(jī)的轉(zhuǎn)速和轉(zhuǎn)向。A，B相信號與MCU的PA8，PA9相連對應(yīng)于單片機(jī)TIM1定時器通道1和通道2，Z相連接到外部中斷輸入上同時觸發(fā)計數(shù)器進(jìn)行復(fù)位。這樣MCU就可以準(zhǔn)確得到編碼器輸出的信息。電機(jī)驅(qū)動芯片采用NI公司的LMD18200芯片，芯片引腳2，10接入直流電機(jī)，引腳8為電流取樣輸出引腳，通過下拉電阻連接到PA1管腳MCU的ADC對電壓進(jìn)行采樣實現(xiàn)過流監(jiān)控，達(dá)到電路的過流保護(hù)的功能。芯片的3，4，5引腳分別連接單片機(jī)PB7，PB8，PB9管腳，分別控制方向，剎車和PWM。單片機(jī)通過輸出PWM波控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。LCD顯示屏型號為XT022-013，顯示屏通過FSCM接口和MCU相連接。

結(jié)合圖5，測試平臺伺服控制模塊實現(xiàn)各方位角度的調(diào)節(jié)功能，系統(tǒng)中的干擾機(jī)被固定在測試轉(zhuǎn)臺上。PC機(jī)通過上位機(jī)軟件給伺服系統(tǒng)發(fā)送命令，用來實現(xiàn)方位，俯仰以及平臺高度的調(diào)節(jié)，同時將角度信息發(fā)送回上位機(jī)，以便上位機(jī)更精準(zhǔn)地控制測試平臺。因此測試平臺需要實現(xiàn)三維方向的控制，三維測試平臺用于干擾機(jī)天線近場測試和控制，測試平臺控制模塊實現(xiàn)步進(jìn)、正轉(zhuǎn)、反轉(zhuǎn)、連續(xù)正反轉(zhuǎn)、歸零等功能，同時向上位機(jī)發(fā)送角度信息。

測試平臺伺服控制模塊包括嵌入式處理器STM32F103C8T6、編碼器、限位開關(guān)和步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動。編碼器為絕對式編碼器系列RD42S，信號輸出方式為RS485電平，所以需要電平轉(zhuǎn)換，將雙線差分電平輸出轉(zhuǎn)到單線串行電平輸出。采用MAX3283芯片實現(xiàn)轉(zhuǎn)化功能，MAX3283輸出RS232電平，直接連接到MCU的串口。這樣的轉(zhuǎn)化電路在伺服控制板上應(yīng)設(shè)計三路，分別對應(yīng)于方位，俯仰以及高度信息。限位開關(guān)用于為機(jī)械設(shè)備提供限位保護(hù)，電機(jī)轉(zhuǎn)到限定位置時，限位開關(guān)觸點動作后產(chǎn)生脈沖，光耦隔離器二極管導(dǎo)通，帶動三極管導(dǎo)通，經(jīng)電阻上拉后通過施密特反向觸發(fā)器CD40106進(jìn)行信號波形的整形。系統(tǒng)中配置了三個電機(jī)，全部使用要有六路限位電路，各路限位信號通過整形后進(jìn)行邏輯與運(yùn)算，保證任何一路限位信號觸發(fā)，總的限位邏輯電平都會觸發(fā)，限位觸發(fā)脈沖邏輯電平為低電平有效。與門邏輯芯片采用的是4_2輸入與門74HC08和3_3輸入與門74HC11。實現(xiàn)限位保護(hù)的功能。模塊中采用的電機(jī)為步進(jìn)電機(jī)，步進(jìn)電機(jī)是利用電信號控制的同步電機(jī)，將電脈沖信號轉(zhuǎn)換為角位移。電機(jī)驅(qū)動脈沖通過串口可編程振蕩器LTC6904產(chǎn)生，同時經(jīng)過計數(shù)器74HC393進(jìn)行分頻，LTC6904輸出信號可調(diào)范圍為1kHz至68MHz的方波。采用I2C串行接口和MCU連接。本實施例中采用的步進(jìn)電機(jī)驅(qū)動芯片為TI公司的DRV8824。從分頻計算器輸出的波形經(jīng)過電平轉(zhuǎn)化，光耦隔離以及整形后輸入電機(jī)驅(qū)動芯片控制電機(jī)的轉(zhuǎn)速。