本發(fā)明涉及測試方法研究和測試設(shè)備設(shè)計(jì)技術(shù)領(lǐng)域，尤其涉及半實(shí)物仿真模擬系統(tǒng)，該模擬裝置用于毫米波/紅外探測系統(tǒng)的半實(shí)物仿真領(lǐng)域。

背景技術(shù)：

射頻/紅外半實(shí)物仿真試驗(yàn)是驗(yàn)證射頻/紅外探測器件性能的有效手段，具有逼真、經(jīng)濟(jì)、可控、可重復(fù)等優(yōu)點(diǎn)。為保證試驗(yàn)驗(yàn)證結(jié)果的有效性，必須針對射頻/紅外輻射特性，研究高近似度的仿真方法，并設(shè)計(jì)高精度的模擬裝置實(shí)現(xiàn)精確模擬。

現(xiàn)有的毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)一般分為緊縮場復(fù)合目標(biāo)和暗室射頻陣列紅外復(fù)合目標(biāo)兩種。

美國海軍中心還采用射頻緊縮場紅外復(fù)合目標(biāo)，如圖1、2所示。圖1中紅外黑體源和準(zhǔn)直物鏡放置在一個(gè)圓錐結(jié)構(gòu)的后端，圓錐內(nèi)放置一個(gè)小射頻陣列，圓錐本身即是屏蔽艙。這種緊縮場面臨的困難是如何對射頻源進(jìn)行準(zhǔn)直和控制。圖 2 所示采用了反射射頻透射紅外的波束合成器，采用緊縮場的缺點(diǎn)主要是用于非共軸的雙模導(dǎo)引頭的光學(xué)準(zhǔn)直系統(tǒng)都很龐大。

美國海軍空戰(zhàn)中心、Eglin空軍基地、約翰斯·霍普金斯大學(xué)、導(dǎo)彈司令部等已建有射頻紅外復(fù)合制導(dǎo)仿真系統(tǒng)，其復(fù)合目標(biāo)基本上都是采用波束合成器，射頻陣列發(fā)出的微波輻射透過波束組合器到達(dá)探測器，而紅外目標(biāo)／背景模擬器發(fā)出的紅外輻射經(jīng)過波束組合器反射后到達(dá)探測器。

國內(nèi)已有共用一套光學(xué)系統(tǒng)的微波紅外緊縮場復(fù)合目標(biāo)系統(tǒng)，還有多為應(yīng)用波束合成器的微波陣列紅外復(fù)合目標(biāo)系統(tǒng)。本發(fā)明提出一種偏饋單置反射或雙反射面的毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)，使毫米波信號和紅外信號同時(shí)達(dá)到性能最優(yōu)。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本發(fā)明解決的問題是提供一種緊縮場毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)裝置，以實(shí)現(xiàn)高近似度和高精度的毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)模擬的問題。

為解決上述問題，本發(fā)明提供一種緊縮場毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)裝置，該模擬裝置包括毫米波偏饋拋物面、紅外透射窗口、毫米波喇叭天線、紅外輻射源和紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)。所述拋物面相對于喇叭天線是偏饋式，即截取拋物面的一部分作為反射面；偏饋拋物面可以是單置偏饋拋物面或偏饋格里高利反射面。所述毫米波偏饋拋物面上開口作為紅外透射窗口。所述毫米波喇叭天線經(jīng)過偏饋拋物面的反射輻射出近似無窮遠(yuǎn)的平面波。所述紅外輻射源經(jīng)過紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)，再經(jīng)過紅外透射窗口形成近似無窮遠(yuǎn)的紅外平行光。在毫米波天線設(shè)計(jì)的靜區(qū)和紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出瞳處，通過上述方式分別形成的毫米波平面波和紅外平行光形成共軸復(fù)合信號。

波紋喇叭天線設(shè)計(jì)，達(dá)到靜區(qū)內(nèi)毫米波信號振幅、相位中心點(diǎn)對稱。

紅外透射窗口填充網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，其曲面與毫米波反射面曲面形狀保持一致，在靠近紅外光學(xué)系統(tǒng)端鍍紅外增透膜。紅外輻射源可以是紅外成像目標(biāo)或紅外點(diǎn)源目標(biāo)。

與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有以下優(yōu)點(diǎn)：

本發(fā)明由喇叭天線和偏饋反射面形成的毫米波信號，頻率范圍寬，副瓣功率小，振幅和相位中心對稱；同時(shí)，該緊縮場結(jié)構(gòu)節(jié)省空間，大大降低了半實(shí)物仿真系統(tǒng)建設(shè)的成本，包括目標(biāo)系統(tǒng)和大暗室的建設(shè)費(fèi)用。

附圖說明

圖1是無波束合成器的射頻緊縮場紅外復(fù)合目標(biāo)示意圖；

圖2是使用波束合成器的射頻緊縮場紅外復(fù)合目標(biāo)示意圖；

圖3是緊縮場毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)裝置結(jié)構(gòu)示意圖；

圖4是毫米波偏饋反射面和喇叭天線結(jié)構(gòu)示意圖；

圖5是紅外透射窗口示意圖；

圖6是偏饋格里高利雙反射面結(jié)構(gòu)示意圖。

具體實(shí)施方式

為詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)內(nèi)容、構(gòu)造特征、所達(dá)成目的及功效，下面將結(jié)合實(shí)施例并配合附圖予以詳細(xì)說明。

請參閱圖3，本發(fā)明緊縮場毫米波/紅外復(fù)合目標(biāo)裝置包括毫米波偏饋拋物面1、紅外透射窗口2、毫米波喇叭天線3、紅外輻射源4和紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)5。所述毫米波偏饋拋物面1上開口作為紅外透射窗口2。所述毫米波喇叭天線3經(jīng)過偏饋拋物面1的反射輻射出近似無窮遠(yuǎn)的平面波。所述紅外輻射源4經(jīng)過紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)5，再經(jīng)過紅外透射窗口2形成近似無窮遠(yuǎn)的紅外平行光。在毫米波天線設(shè)計(jì)的靜區(qū)和紅外光學(xué)系統(tǒng)設(shè)計(jì)的出瞳處，放置復(fù)合目標(biāo)探測器，通過上述方式分別形成的毫米波平面波和紅外平行光形成共軸復(fù)合信號共探測接收。紅外輻射源4可以為紅外點(diǎn)源或成像源。

請參閱圖4，所述毫米波喇叭天線3作為饋源喇叭天線置于拋物面的焦點(diǎn)。喇叭天線輻射的球面波經(jīng)拋物面反射后變?yōu)槠矫娌ㄝ椛涑鋈?。喇叭天線3為具有λ/4厄流環(huán)的波紋喇叭天線，具有主波束接近球面波、方向圖對稱、相位中心確定的特點(diǎn)。反射面的邊緣繞射對靜區(qū)的電場影響較大，同時(shí)饋源的副瓣和后瓣干擾也會對靜區(qū)電場產(chǎn)生影響。偏饋拋物面1經(jīng)形狀設(shè)計(jì)優(yōu)化和邊緣處理，有效降低了拋物面邊緣繞射對靜區(qū)的影響。饋源的旁瓣與后瓣輻射對所需靜區(qū)具有一定影響，可在饋源周圍放置吸波材料減小影響。

應(yīng)用物理光學(xué)法進(jìn)行反射面建模仿真計(jì)算得到基于正方形截面的拋物面具有較佳的靜區(qū)結(jié)果。因此，拋物面反射面截面設(shè)計(jì)為正方形，在邊緣做鋸齒結(jié)構(gòu)處理。同時(shí)為保證靜區(qū)的振幅和相位特性，精確的饋源位置微調(diào)機(jī)構(gòu)與固定機(jī)構(gòu)作為支撐。

請參閱圖5，所述紅外透射窗口2為毫米波偏置反射面1上開圓孔。在圓孔內(nèi)填充網(wǎng)狀反射面，網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的曲面與反射面曲面形狀保持一致。當(dāng)使用半徑為0.2mm，中心間距1.2mm的金屬絲縱橫交織的網(wǎng)狀反射面，應(yīng)用孔徑的振幅透過率函數(shù)計(jì)算得紅外到透過率為44%。

相對于純開口或開口填充紅外透過介質(zhì)兩種紅外透射結(jié)構(gòu)，這種金屬網(wǎng)狀反射面可以基本保持實(shí)體反射面的相位不發(fā)生變化。而開孔反射面，由于孔周圍向靜區(qū)方向的毫米波不連續(xù)，其幅度與相位均無法保證。開孔處填充紅外透過介質(zhì)板，同樣在孔周圍存在波的不連續(xù)，無法保證靜區(qū)質(zhì)量。但金屬網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)對紅外會產(chǎn)生一定的衍射效應(yīng)，影響到紅外成像質(zhì)量。

紅外輻射源4可以是紅外點(diǎn)源或成像源。當(dāng)為紅外點(diǎn)源時(shí)，一般設(shè)計(jì)為黑體、鹵素?zé)簟㈦療?、LED、激光等輻射源，根據(jù)需求的光譜范圍進(jìn)行選擇，同時(shí)增加光闌孔，按照要求進(jìn)行不同光斑大小的目標(biāo)模擬。當(dāng)為紅外成像源時(shí)，可為不同形式的成像模擬器放置在地面上，通過紅外光纖或反射鏡反射至紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)5；或者是直接與紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)5固連，并與毫米波反射面1固連，整體集成在桌面或目標(biāo)架上。

紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)5根據(jù)探測器要求的紅外出瞳距離、出瞳直徑等技術(shù)參數(shù)進(jìn)行設(shè)計(jì)，保證出瞳處探測器接收為平行光。同時(shí)為了保證紅外成像質(zhì)量，與紅外窗口的曲面形狀兼顧進(jìn)行紅外準(zhǔn)直光學(xué)系統(tǒng)的光學(xué)共性設(shè)計(jì)。

請參閱圖6，偏饋格里高利反射面結(jié)構(gòu)為主、副兩個(gè)反射面，喇叭天線3中心位于圖中F1的位置，其輻射毫米波信號經(jīng)過副反射面6的反射后，聚焦在F2位置，再經(jīng)主反射面7的反射，形成毫米波平面波，達(dá)到探測器端。這種偏饋格里高利反射面結(jié)構(gòu)俯仰和方位掃描范圍有限，但具有最佳的毫米波輻射特性，如交叉極化、主副波瓣特性、增益等。同理，在主反射面7上開口作為紅外透射窗口，形成毫米波紅外復(fù)合信號。