專利名稱：一種用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺的制作方法
技術領域：
本發明涉及無線電物理學、海洋科學等技術領域，尤其涉及一種用于時變粗糙電磁散射研究實驗的實驗平臺。
背景技術：
研究時變粗糙面電磁散射的理論和數值方法一直是電磁場和電磁波研究領域重要和活躍的方向。其成果可以廣泛地應用于地表尤其是海洋遙感的仿真計算、數據和圖像的定量分析、遙感系統的性能評估、極化測量理論與技術、物理參數的反演、地物目標的分類識別和環境雜波的分析等等。在目前的研究中，實驗驗證手段相對滯后，相關的研究普遍地缺乏便捷、有效并且容易操控的實驗平臺用于理論和數值結果的驗證。目前采取的通過現場試驗或者利用機載/星載平臺等手段采集數據來進行分析驗證的方法成本較高、靈活性不強且易受外界不定因素干擾。
發明內容
針對現有技術存在的不足，本發明提出了一種用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，它可動態模擬多種時變粗糙表面，從而進行時變粗糙面電磁散射實驗驗證。為解決上述技術問題，本發明采用的技術方案是:一種用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于包括:微波暗室、面元矩陣、連桿升降機構、面元升降控制電機矩陣、電機矩陣控制系統、控制箱、控制計算機、微波雷達接收機、任意極化接收天線、第一信號線、微波雷達發射機、任意極化發射天線和第二信號線組成；
所述的面元矩陣通過所述的連桿升降機構與所述的面元升降控制電機矩陣連接；
所述的面元升降控制電機矩陣、電機矩陣控制系統、控制箱、控制計算機通過導線順序串聯連接；
所述的微波雷達接收機通過所述的第一信號線與所述的任意極化接收天線連接；
所述的微波雷達發射機通過所述的第二信號線與所述的任意極化發射天線連接；
所述的面元升降控制電機矩陣安裝在所述的微波暗室內部下底面上；
所述的任意極化接收天線、任意極化發射天線懸掛安裝在所述的微波暗室內部空間中。作為優選，所述的面元矩陣由大量可通過所述的電機矩陣控制系統控制升降的小面元排列而成。作為優選，所述的小面元上貼敷有電介質貼片。作為優選，所述的電介質貼片可以覆蓋有不同介電常數的涂敷材料，可以來模擬不同電磁特性的粗糙面。
作為優選，所述的面元升降控制電機矩陣由大量可通過所述的電機矩陣控制系統控制的小電機排列而成。作為優選，所述的小電機與所述的小面元通過連桿一一對應連接。作為優選，所述的小電機是微型直線電機。與現有技術相比，本發明具有以下優點和有益效果:
1.本發明方法簡單，占用資源少，實驗平臺具有成本相對廉價、有效、易于實現等優點，可有效地彌補時變粗糙面散射理論算法與應用之間所缺的實驗環節；
2.本發明所獲取的時變粗糙面的實驗結果可為散射理論與算法、無線電海洋學研究、地雜波、海雜波的特征研究、雜波中目標檢測研究、SAR理論與算法研究等方面的研究提供有效的實驗手段和資料支持；
3.本發明所采取驗證方法可控，可避免現場實驗靈活性不強且易受外界不定因素干擾等問題，易取得精確、全面的數值結果。
圖1:是本發明用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺構成示意圖。其中:1.微波暗室、2.面元矩陣、3.連桿升降機構、4.面元升降控制電機矩陣、
5.電機矩陣控制系統、6.控制箱、7.控制計算機、8.微波雷達接收機、9.任意極化接收天線、10.第一信號線、11.微波雷達發射機、12.任意極化發射天線、13.第二信號線。
具體實施例方式下面結合附圖及具體實施方式
詳細介紹本發明。本發明的目的是提供一種可動態模擬多種時變粗糙表面，從而進行時變粗糙面電磁散射實驗的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺。請看圖1，本發明提供的一種用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，包括:微波暗室1、面元矩陣2、連桿升降機構3、面元升降控制電機矩陣4、電機矩陣控制系統5、控制箱6、控制計算機7、微波雷達接收機8、任意極化接收天線9、第一信號線10、微波雷達發射機11、任意極化發射天線12和第二信號線13組成；面元矩陣2通過連桿升降機構3與面元升降控制電機矩陣4連接；面元升降控制電機矩陣4、電機矩陣控制系統5、控制箱6、控制計算機7通過導線順序串聯連接；微波雷達接收機8通過第一信號線10與任意極化接收天線9連接；微波雷達發射機11通過第二信號線13與任意極化發射天線12連接；面元升降控制電機矩陣4安裝在微波暗室I內部下底面上；任意極化接收天線9、任意極化發射天線12懸掛安裝在微波暗室I內部空間中。面元矩陣2由n*m可通過電機矩陣控制系統5控制升降的小面元排列而成，小面元上貼敷有電介質貼片，電介質貼片可以覆蓋有不同介電常數的涂敷材料。面元升降控制電機矩陣4由n*m可通過電機矩陣控制系統5控制的小電機排列而成。小電機是微型直線電機。小電機與小面兀通過連桿 對應連接。上述面元矩陣部分主要由大量可通過程序控制升降的小面元(即“點陣”)排列而成，通過改變面元上貼敷的電介質貼片，可實現不同電磁特性的粗糙面模擬。通過電磁縮比關系推算面元電介質貼片的介電常數，從而選擇合適的電介質貼片。面元升降控制電機矩陣4的作用是通過控制計算機7控制面元升降控制電機矩陣4中各個微型直線電機運動的幅度和相位關系，使面元矩陣2產生相應的時變運動效果。任意極化發射天線12可發射頻率可變、任意極化的多種波形電磁波。電磁波經過面元矩陣2散射后被可任意極化的接收天線9接收。基于本發明進行時變粗糙面電磁特性驗證的實施方法包括:
1.根據理論模型，通過電機矩陣控制系統5控制面元升降控制電機矩陣4中的微型直線電機運動的幅度和相位關系，使面元矩陣2產生相應的時變運動效果，如海面波浪傳播的效果，或者在SAR研究中以飛機/衛星平臺為參照系時地面相對雷達運動的效果。除此之外，還可以應用影像高程數字化技術，將攝像機等設備獲取的動態地面、海面影像中的高程信息提取出來，數字化后直接用來驅動面元升降控制電機矩陣4中的微型直線電機，使本實驗平臺能完全模仿實際時變粗糙面的運動效果，使以往難于捕捉重現的一些復雜現象得以反復再現，為開展深入研究提供了很好的實驗條件。2.通過改變小面元上貼敷的電介質貼片，可以模擬不同電氣特性的時變粗糙表面，如海水、有油膜覆蓋的海水、藻類爆發狀態下的海水、特定植被覆蓋的地面等等。小面元表面電介質貼片電氣特性控制可通過電磁縮比關系，在實驗設備各類物理參數可能的范圍內，推算小面元表面電介質貼片的介電常數，或由確定可選的電介質貼片推算設備其它工作參數的配置(如微波收發系統的工作頻率等)。3.在微波暗室I中測量時變粗糙面的散射波強度，推算出所對應條件下的雷達散射截面數據。任意極化發射天線12可發射頻率可變、任意極化的多種波形電磁波，經過面元矩陣2散射后被可任意極化的接收天線9接收，進入微波雷達接收機8后可分析計算雷達散射截面等參量。具體工作頻率由所研究問題的性質以及所模擬的粗糙表面的空間特征尺度來確定，如果面元尺度為IcnT Icm，那么微波雷達的工作波長在IOcm以上較好。
4.實驗平臺的擴展。面元矩陣2可以作為基本單元，設計時可留出可擴展接口，具體就是可以把多塊同樣的單元無縫拼接在一起，構成一個更多小面元構成的擴展實驗平臺，可用于開展尺度更大、過程更為復雜的時變粗糙面散射特征研究。本發明可用來動態模擬多種時變的不同電磁特性的粗糙面，同時用微波照射該粗糙面并接收其散射波，取得與相對應現場實驗觀測相當的縮模實驗結果，從而快捷有效地完成對粗糙電磁散射研究的實驗驗證。本發明還可以通過控制面元矩陣2的運動、任意極化發射天線12的移動、任意極化接收天線9的移動仿真基于運動平臺(如機載或星載平臺)的合成孔徑成像實驗。以上內容是結合最佳實施方案對本發明所做的進一步詳細說明，不能認定本發明的具體實施只限于這些說明。本領域的技術人員應該理解，在不脫離由所附權利要求書限定的情況下，可以在細節上進行各種修改，都應當視為屬于本發明的保護范圍。
權利要求
1.一種用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于包括:微波暗室(I)、面元矩陣(2)、連桿升降機構(3)、面元升降控制電機矩陣(4)、電機矩陣控制系統(5)、控制箱(6)、控制計算機(7)、微波雷達接收機(8)、任意極化接收天線(9)、第一信號線(10)、微波雷達發射機(11 )、任意極化發射天線(12)和第二信號線(13)組成； 所述的面元矩陣(2)通過所述的連桿升降機構(3)與所述的面元升降控制電機矩陣(4)連接； 所述的面元升降控制電機矩陣(4)、電機矩陣控制系統(5)、控制箱(6)、控制計算機(7)通過導線順序串聯連接； 所述的微波雷達接收機(8)通過所述的第一信號線(10)與所述的任意極化接收天線(9)連接； 所述的微波雷達發射機(11)通過所述的第二信號線(13)與所述的任意極化發射天線(12)連接； 所述的面元升降控制電機矩陣(4)安裝在所述的微波暗室(I)內部下底面上； 所述的任意極化接收天線(9)、任意極化發射天線(12)懸掛安裝在所述的微波暗室(I)內部空間中。
2.根據權利要求1所述的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于:所述的面元矩陣(2)由大量可通過所述的電機矩陣控制系統(5)控制升降的小面元排列而成。
3.根據權利要求2所述的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于:所述的小面元上貼敷有電介質貼片。
4.根據權利要求3所述的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于:所述的電介質貼片可以覆蓋有不同介電常數的涂敷材料。
5.根據權利要求2所述的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于:所述的面元升降控制電機矩陣(4)由大量可通過所述的電機矩陣控制系統(5)控制的小電機排列而成。
6.根據權利要求5所述的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于:所述的小電機與所述的小面元通過連桿一一對應連接。
7.根據權利要求5所述的用于時變粗糙面電磁散射研究的實驗平臺，其特征在于:所述的小電機是微型直線電機。
全文摘要
本發明涉及無線電物理學、海洋科學等技術領域，包括微波暗室、面元矩陣、連桿升降機構、面元升降控制電機矩陣、電機矩陣控制系統、控制箱、控制計算機、微波雷達接收機、任意極化接收天線、第一信號線、微波雷達發射機、任意極化發射天線和第二信號線組成；本發明可用來動態模擬多種時變的不同電磁特性的粗糙面，同時用微波照射該粗糙面并接收其散射波，取得與相對應現場實驗觀測相當的縮模實驗結果，從而快捷有效地完成對粗糙電磁散射研究的實驗驗證。
文檔編號G01R29/08GK103197157SQ20131009188
公開日2013年7月10日 申請日期2013年3月21日 優先權日2013年3月21日
發明者吳雄斌, 張蘭, 陳驍鋒, 李倫 申請人:武漢大學