基于矢量网络分析仪的目标极化散射特性测量与校准

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1、万方数据2010年6月第28卷第3期西北工业大学学报JournalofNorthwesternPolytechnicalUniversityJune2010V01．28No．3基于矢量网络分析仪的目标极化散射特性测量与校准胡楚锋，许家栋，李南京，张麟兮(西北工业大学电子信息学院，陕西西安710072)摘要：文章基于矢量网络分析仪在微波暗室内构建了一种简易的极化散射测量系统。利用高性能矢量网络分析仪的双通道测试功能，分别连接4路不同极化的标准增益喇叭天线，通过测量网络参数获得目标极化散射矩阵的幅相特性。在已有校准模型的基础上，采用3个极

2、化散射矩阵已知的标准体完成极化校准。实验对一个金属平板的极化散射矩阵进行了测量，采用圆盘、00二面角及22．5。二面角作为标准体，结果表明：系统在未校准的情况下可获得30dB的极化纯度，校准后的极化纯度优于45dB，并且该系统具有简单易实现的优点。关键词：散射参数，测量，校准，双通道测试，微波暗室，矢量网络分析仪中图分类号：TN95文献标识码：A文章编号：1000-2758(2010)03-0349-04众所周知，极化是各种矢量波的一种性质。极化散射响应提供了更多的目标信息，因而在逆散射、遥感、目标识别及分类领域中越来越受到关注¨剖。

3、例如，Novak等人曾对同一建筑物采用不同极化的电磁波进行成像，结果发现与单极化相比，图像的空间分辨率提高了约3倍[3】。极化散射矩阵的测量是研究目标极化散射特性的基本手段【4】，它具备完整的极化信息，但由于测试仪器的限制，极化耦合引起的交叉极化分量具有较大的测量误差，因而难以获取高极化纯度散射数据。直到上世纪90年代，出现了一些应用合成扫频源进行测量，变极化控制器发射和接收极化组合方式的测试方法，但系统比较复杂【5’6】。随着高性能矢量网络分析仪的推出071，其所具备的多个源端口及接收端口，使得不同组合的极化散射分量可以同时测量，因

4、此测试系统的简化成为可能。本文构建了一种简易实用的室内极化散射测量系统。基于高性能矢量网络分析仪，通过双通道的扩展端口一次性得到极化散射矩阵的4个分量，采用3个定标体进行极化校准，获得高极化纯度的目标散射特性数据。实验结果表明：在未校准的情况下系统测得数据的极化纯度为30dB，校准后优于45dB。而且，该系统简单实用，易于工程化。1极化散射测量系统构成极化散射测量系统在西北工业大学无人机特种技术国防科技重点实验室的微波暗室内构建，暗室长25m、宽和高分别为15Ill，系统组成如图l所示。图1极化散射矩阵测量系统矢量网络分析仪作为核心仪

5、表，具有2个发射源和2个接收端口，分别连接到4个标准增益天线上，天线全部固定于一块安装板上。测量时，A端的收稿日期：2009-04．18基金项目：西北工业大学博士论文创新基金(CX200811)资助作者简介：胡楚锋(1982一)，西北工业大学博士研究生，主要从事天线与散射测量及微波遥感的研究。万方数据西北工业大学学报第28卷源端口做发射使用，连接到一个H极化的天线上，A端的接收端口连接到另一个H极化的天线上，B端的接收端口连接到一个V极化的天线上，测量目标的S11和$21参数，这样可同时获得HH、VH极化的散射数据；同样，通过B端源端

6、口馈到另一个V极化的天线上，测量目标的s22和S12参数，这样可获得VV、HV极化的散射数据。主控计算机通过网线控制转台的转速及采样间隔，转台转动的同时给矢量网络分析仪发射触发信号，然后矢量网络分析仪进行测量，记录矢网掌．s2p数据，由此，一次性采集了目标回波的极化散射矩阵测量数据。系统在测试中采用频率步进的工作方式，可获取宽频带范围的测量数据。具体的测量步骤如下：(1)将矢量网络分析仪分别在开路、短路、匹配及通路4种模式下进行双通道校准。(2)测量空暗室背景随转台角度变化的极化散射矩阵。(3)测量目标在相应角度下的极化散射矩阵。(4

7、)测量定标体最大值方向的极化散射矩阵频域数据。2系统误差模型及校准算法图2给出了极化散射测量系统的误差模型【8j。存在的误差主要有发射和接收路径中的频响误差及正交极化误差，将其归结为乘性噪声矩阵足和r，以及天线直接耦合能量和暗室杂波，用加性噪声矩阵J表示。则测量矩阵r与目标真实矩阵S‘之间的关系为S”=I+RS‘T(1)“l培曲敬绍r口1I理想的一目标bp相干多真实直接耦合[，】矩阵频收发系统％I．⋯．～，一．1∥q图2系统误差模型选定3种极化散射矩阵已知的定标体分别为：①金属圆盘测量矩阵S。岱，=a【㈡(2)②00-面角3s：=卢【

8、j1；】(3)③22．o二面角7S2=y【-。ieno(s2(口2)0’cs。in。((220p))】(4)式中，a够、’，由标准体的复RCS因子决定。将(2)式、(3)式、(4)式分别代入(1)式，并记。t=【三：三：