王晨露等：基于高炉料线的RCS测量及SAR成像验证 .985· 0.5 0 065 0 0.5 方位向m (a) 0.5 中国用 0 0. 0.5 0.5 方位向m (b) 图138~12GHz频段高炉料线缩比模型目标图片及SAR成像结果.(a)烧结矿：(b)焦炭 Fig.13 Pictures of scaled model of blast furnace stock line and its SAR images with 8-12 GHz:(a)sinter;(b)coke 比较严重，原因有两点：第一，焦炭和烧结矿颗粒表 寸同图8. 面凹凸不平，颗粒之间的空隙率较大，导致信号在目 图17(a)为8~12GHz频段成像图，图17(b)为 标内部的传播路径曲折，被目标吸收的可能性远大 23~27GHz频段成像图.在两个频段均可得到7个 于天线接收到的部分：第二，漏斗部分大大增加了信 清晰可见的点目标，但频段提高之后，点目标之间更 号在目标表面的折射和散射，导致极少部分甚至基 加分明，成像分辨率大大提高 本没有散射信号被天线接收. 从表4可知，8~12GHz时方位向长度为44.87 经过探索实验证明，提高测试频段可以改善漏 cm,绝对误差为-0.29%.23~27GHz时方位向长 斗部分严重缺失的情况.如图14所示，测试频段为 度为45.95cm,绝对误差为2.41%.总体而言，暗室 23~27GHz,方位向采样间隔为0.0025m,方位向采 内标准球模拟料线成像方位向误差不超过±0.01 样点数为361点.可见，整个高炉料线缩比模型轮 m.直观对比如图18所示，与理想模拟料线相比，测 廓勾勒清晰，漏斗部分也非常明显 量所得到的模拟料线方位向点坐标绝对误差为- 图15和图16是两堆尺寸相同的焦炭和烧结矿 1.15%,距离向点坐标绝对误差为5.77%.由此可 的成像图，图15左边是焦炭堆，右边是烧结矿堆，图 见，该算法下高炉料线缩比模型成像精度高，可以用 16可见，相同条件下，经过归一化之后的焦炭的散 来验证RCS测量结果. 射强度比烧结矿要高出大约7.5dB,这从成像角度 4结论 解释了工业现场布焦时的回波信号强度比布矿时要 大得多的原因，与RCS的测量结果一致 本文利用小型微波暗室搭建了针对高炉料面目 3.4误差分析 标散射特性测量的专用RCS测量系统，实现了高炉 为了分析高炉料线缩比模型的成像误差，选择 料线缩比模型测量的数据采集自动化和数据存储自 表面光滑的规则标准球进行模拟实验，标准球直径 动化.研究了工业现场的焦炭、烧结矿实际散装介 20mm.测试参数设置同3.3.2小节.图17用7个 质的RCS散射特性，通过比较法测量获得10GHz处 标准球模拟平台加漏斗形状料线，从1号标准球的 焦炭、烧结矿颗粒的RCS典型值分布曲线以及高炉 球心到7号标准球的球心左右长度为45cm,具体尺 料线的散射方向性图，测量动态范围为-10~15dB.王晨露等: 基于高炉料线的 RCS 测量及 SAR 成像验证 图 13 8 ~ 12 GHz 频段高炉料线缩比模型目标图片及 SAR 成像结果. (a) 烧结矿; (b) 焦炭 Fig. 13 Pictures of scaled model of blast furnace stock line and its SAR images with 8鄄鄄12 GHz: (a) sinter; (b) coke 比较严重,原因有两点:第一,焦炭和烧结矿颗粒表 面凹凸不平,颗粒之间的空隙率较大,导致信号在目 标内部的传播路径曲折,被目标吸收的可能性远大 于天线接收到的部分;第二,漏斗部分大大增加了信 号在目标表面的折射和散射,导致极少部分甚至基 本没有散射信号被天线接收. 经过探索实验证明,提高测试频段可以改善漏 斗部分严重缺失的情况. 如图 14 所示,测试频段为 23 ~ 27 GHz,方位向采样间隔为 0郾 0025 m,方位向采 样点数为 361 点. 可见,整个高炉料线缩比模型轮 廓勾勒清晰,漏斗部分也非常明显. 图 15 和图 16 是两堆尺寸相同的焦炭和烧结矿 的成像图,图 15 左边是焦炭堆,右边是烧结矿堆,图 16 可见,相同条件下,经过归一化之后的焦炭的散 射强度比烧结矿要高出大约 7郾 5 dB,这从成像角度 解释了工业现场布焦时的回波信号强度比布矿时要 大得多的原因,与 RCS 的测量结果一致. 3郾 4 误差分析 为了分析高炉料线缩比模型的成像误差,选择 表面光滑的规则标准球进行模拟实验,标准球直径 20 mm. 测试参数设置同 3郾 3郾 2 小节. 图 17 用 7 个 标准球模拟平台加漏斗形状料线,从 1 号标准球的 球心到 7 号标准球的球心左右长度为 45 cm,具体尺 寸同图 8. 图 17(a)为8 ~ 12 GHz 频段成像图,图17(b)为 23 ~ 27 GHz 频段成像图. 在两个频段均可得到 7 个 清晰可见的点目标,但频段提高之后,点目标之间更 加分明,成像分辨率大大提高. 从表 4 可知,8 ~ 12 GHz 时方位向长度为 44郾 87 cm,绝对误差为 - 0郾 29% . 23 ~ 27 GHz 时方位向长 度为 45郾 95 cm,绝对误差为 2郾 41% . 总体而言,暗室 内标准球模拟料线成像方位向误差不超过 依 0郾 01 m. 直观对比如图 18 所示,与理想模拟料线相比,测 量所得到的模拟料线方位向点坐标绝对误差为 - 1郾 15% ,距离向点坐标绝对误差为 5郾 77% . 由此可 见,该算法下高炉料线缩比模型成像精度高,可以用 来验证 RCS 测量结果. 4 结论 本文利用小型微波暗室搭建了针对高炉料面目 标散射特性测量的专用 RCS 测量系统,实现了高炉 料线缩比模型测量的数据采集自动化和数据存储自 动化. 研究了工业现场的焦炭、烧结矿实际散装介 质的 RCS 散射特性,通过比较法测量获得10 GHz 处 焦炭、烧结矿颗粒的 RCS 典型值分布曲线以及高炉 料线的散射方向性图,测量动态范围为 -10 ~15 dB. ·985·