CN102967853B - 雷达散射截面测试场背景信号获取方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种雷达散射截面测试场背景信号获取方法，该方法通过第一方位旋转测量方法获取第一雷达散射截面测试场背景信号，通过第二方位旋转测量方法获取第二雷达散射截面测试场背景信号；对第一雷达散射截面测试场背景信号和第二雷达散射截面测试场背景信号进行高分辨率处理，以确定第一雷达散射截面测试场背景信号和第二雷达散射截面测试场背景信号是否存在散射差异；若不存在散射差异，则将第一雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号，若存在散射差异，则将第二雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号。该方法能够获取精确的雷达散射截面测试场背景信号。

Description

雷达散射截面测试场背景信号获取方法

技术领域

本发明涉及雷达信号处理技术，尤其涉及一种雷达散射截面（Radar CrossSection，简称：RCS）测试场背景信号获取方法。

背景技术

RCS测量技术是研究目标雷达散射特性的重要手段之一。RCS可根据定标体的精确RCS值、不同距离条件下的定标常数和雷达目标与定标体的回波信号来确定。目前，在测量雷达目标与定标体的回波信号时，通常需要采用金属支架支撑雷达目标与定标体。

现有技术中，RCS测量的步骤为：安放测定标体支架，测量此时的测试场背景回波B_C(f)；安装定标体，测量定标体回波S_C(f)；安放目标支架，测量此时的测试场背景回波B_T(f)；安装目标，测量目标回波S_T(f)；并根据公式（11）计算目标RCSσ_T(f)

${\mathrm{\σ}}_T\left(f\right)=K\·{\left|\frac{S_T\left(f\right)-B_T\left(f\right)}{S_C\left(f\right)-B_C\left(f\right)}\right|}^2{\mathrm{\σ}}_C\left(f\right)---\left(15\right).$

其中，S_T(f)和S_C(f)分别表示被测目标体和测定标体时雷达接收到的回波信号，K为不同距离条件下的定标常数，B_T(f)和B_C(f)分别表示被测目标和测定标体时的背景回波，σ_T为目标RCS，σ_C为定标体的RCS，f为雷达频率。

但是，在现有技术中的测量雷达系统中，由于测试场背景回波B_T(f)的提取不准确，导致S_T(f)与B_T(f)背景相减的差值不准确，使得RCS值不够精确。

发明内容

针对现有技术中的上述缺陷，本发明提供一种雷达散射截面测试场背景信号获取方法。

本发明提供一种雷达散射截面测试场背景信号获取方法，包括：

通过第一方位旋转测量方法获取第一雷达散射截面测试场背景信号，通过第二方位旋转测量方法获取第二雷达散射截面测试场背景信号；

对所述第一雷达散射截面测试场背景信号和所述第二雷达散射截面测试场背景信号进行高分辨率处理，以确定所述第一雷达散射截面测试场背景信号和所述第二雷达散射截面测试场背景信号是否存在散射差异；

若不存在散射差异，则将所述第一雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号，若存在散射差异，则将所述第二雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号。

进一步地，所述通过第一方位旋转测量方法获取第一雷达散射截面测试场背景信号，包括：

确定被测目标体的旋转中心不存在重要散射中心，对所述被测目标体进行第一方位旋转测量，根据公式（1）（2）（3）获取第一雷达散射截面测试场背景信号：

V₁(f,θ)=S₁(f,θ)+B₁(f)        （1）

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_1(f,\mathrm{\θ})\right]=\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_1(f,\mathrm{\θ})\right]+B_1\left(f\right)=g_1\left(\mathrm{0,0}\right)+B_1\left(f\right)---\left(3\right)$

其中，所述被测目标体在被测目标体支架转顶旋转，所述被测目标体支架固定不动，所述被测目标体的旋转中心不存在重要散射中心，则在所述被测目标体的旋转中心处，所述g₁(0,0)=0，所述第一雷达散射截面测试场背景信号为 $\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_1(f,\mathrm{\θ})\right]=B_1\left(f\right);$

公式（1）（2）（3）各参量是在以所述被测目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，所述g₁(0,0)为所述被测目标体的二维散射函数在旋转中心处的取值，V₁(f,θ)为雷达接收的第一回波信号，S₁(f,θ)为所述被测目标体的回波信号，B₁(f)为第一雷达散射截面测试场背景信号，为雷达接收的第一回波信号随方位转角变化的数学期望，f为雷达发射信号的频率，θ为所述被测目标体旋转时的方位转角，j代表虚部。

进一步地，所述通过第二方位旋转测量方法获取第二雷达散射截面测试场背景信号，包括：

采用辅助测量目标体，所述辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心，对所述辅助测量目标体进行第二方位旋转测量，根据公式（4）（5）（6）获取第二雷达散射截面测试场背景信号：

V₂(f,θ)=S₂(f,θ)+B₂(f)    （4）

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_2(f,\mathrm{\θ})\right]=\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_2(f,\mathrm{\θ})\right]+B_2\left(f\right)=g_2\left(\mathrm{0,0}\right)+B_2\left(f\right)---\left(6\right)$

其中，所述辅助测量目标体在被测目标体支架转顶旋转，所述被测目标体支架固定不动，所述辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心，则在所述辅助测量目标体的旋转中心处，所述g₂(0,0)=0，所述第二雷达散射截面测试场背景信号为 $\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_2(f,\mathrm{\θ})\right]=B_2\left(f\right);$

公式（4）（5）（6）各参量是在以所述辅助测量目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，所述g₂(0,0)为所述辅助测量目标体的二维散射函数在旋转中心处的取值，V₂(f,θ)为雷达接收的第二回波信号，S₂(f,θ)为所述辅助测量目标体的回波信号，B₂(f)为第一雷达散射截面测试场背景信号，为雷达接收的第二回波信号随方位转角变化的数学期望，f为雷达发射信号的频率，θ为所述辅助测量目标体旋转时的方位转角，j代表虚部。

进一步地，所述公式（2）采用公式（7）确定：

所述由公式（8）确定：

所述由公式（9）确定：

所述公式（7）采用公式（10）确定：

其中，公式（7）（8）（9）（10）各参量是在以所述被测目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，为所述被测目标体的二维散射函数，r为所述被测目标体上任意一点的极径，为所述被测目标体上任意一点的极角，c为光电波传播速度，R₀为所述被测目标体旋转中心到雷达的距离，R为所述被测目标体上任意一散射点到雷达的距离，j代表虚部，θ为所述被测目标体旋转时的方位转角。

进一步地，所述公式（5）采用公式（11）确定：

所述由公式（12）确定：

所述由公式（13）确定：

所述公式（11）采用公式（14）确定：

其中，公式（11）（12）（13）（14）各参量是在以所述辅助测量目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，为所述辅助测量目标体的二维散射函数，r为所述辅助测量目标体上任意一点的极径，为所述辅助测量目标体上任意一点的极角，c为光电波传播速度，R₀为所述辅助测量目标体旋转中心到雷达的距离，R为所述辅助测量目标体上任意一散射点到雷达的距离，j代表虚部，θ为所述辅助测量目标体旋转时的方位转角。

本发明提供的雷达散射截面测试场背景信号获取方法，在能够准确判断被测目标体的旋转中心存在重要散射中心时，优选第一方位旋转测量方法获得雷达散射截面测试场背景信号。在无法准确判断被测目标体的旋转中心是否存在重要散射中心时，可进行第一方位旋转测量方法和第二方位旋转测量方法，以验证第一方位旋转测量方法测得的背景信号是否准确，当第一方位旋转测量方法测得的背景信号准确时，选择第一方位旋转测量方法的测量结果，当第一方位旋转测量方法测得的背景信号不准确时，选择第二方位旋转测量方法的测量结果，最终获取准确的雷达散射截面测试场背景信号。

附图说明

图1为本发明雷达散射截面测试场背景信号获取方法实施例一的流程图；

图2为图1所示方法实施例中雷达散射截面测试场的装置图；

图3a为本发明实施例辅助测量目标体的形状示意图；

图3b为本发明实施例辅助测量目标体与被测目标体支架的形状示意图；

图4为本发明实施例被测目标体支架的RCS随频率变化特性图；

图5a为本发明实施例低散射端帽RCS随频率变化特性图；

图5b为本发明实施例低散射端帽RCS随方位变化特性图；

图6a为本发明实施例低散射端帽与被测目标体支架组合RCS随频率变化特性图；

图6b为本发明实施例低散射端帽与被测目标体支架组合RCS随方位变化特性图；

图7为本发明实施例低散射端帽在鼻锥向±40°方位范围内I、Q通道信号平均电平随频率变化特性图；

图8为本发明实施例低散射端帽与被测目标体支架组合在鼻锥向±40°方位范围内I、Q通道信号的平均电平随频率变化特性图；

图9为本发明实施例提取的被测目标体支架RCS随频率变化特性图；

图10a为本发明实施例提取的低散射端帽在方位转角70°时的RCS随频率的变化特性图；

图10b为本发明实施例提取的低散射端帽在方位转角90°时的RCS随频率的变化特性图。

具体实施方式

图1为本发明雷达散射截面测试场背景信号获取方法实施例一的流程图，图2为图1所示方法实施例中雷达散射截面测试场的装置图。如图1所示，本发明提供的雷达散射截面测试场背景信号获取方法包括：

S101：通过第一方位旋转测量方法获取第一雷达散射截面测试场背景信号，通过第二方位旋转测量方法获取第二雷达散射截面测试场背景信号；

S102：对所述第一雷达散射截面测试场背景信号和所述第二雷达散射截面测试场背景信号进行高分辨率处理，以确定所述第一雷达散射截面测试场背景信号和所述第二雷达散射截面测试场背景信号是否存在散射差异；

S103：若不存在散射差异，则将所述第一雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号，若存在散射差异，则将所述第二雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号。

请同时结合图2，如图2所示，雷达散射截面测试场的装置包括定标体1、定标体支架2、被测目标体3、被测目标体支架4以及雷达5。其中，测试场背景信号主要取决于定标体支架2以及被测目标体支架4的散射，对于定标体支架2产生的背景信号，现有技术已经可以精确获得，本发明实施例在此不再赘述。因此，本发明实施例中测试场背景信号的获取主要为获取被测目标体支架4产生的背景信号。但本领域技术人员可以理解，本发明提供的雷达散射截面测试场背景信号获取方法不仅可以应用到获取被测目标体支架4产生的背景信号，其也可以应用到获取定标体支架2产生的背景信号。

在S101中，可通过第一方位旋转测量方法获取第一雷达散射截面测试场背景信号。具体地，可先判断被测目标体3的旋转中心不存在重要散射中心，将被测目标体3置于被测目标体支架4的转顶进行方位旋转测量，在测量过程中，被测目标体支架4固定不动，只有被测目标体3随方位角转动。

在测量结束后，根据公式（1）获取雷达接收回波信号：

V₁(f,θ)=S₁(f,θ)+B₁(f)    （1）

其中，V₁(f,θ)为雷达接收的第一回波信号，S₁(f,θ)为被测目标体的回波信号，B₁(f)为第一雷达散射截面测试场背景信号，即被测目标体支架产生的背景信号，f为雷达发射信号的频率，θ为所述被测目标体旋转时的方位转角。被测目标体支架不随转顶旋转而转动，故B₁(f)与方位转角θ无关。

在测试过程中，频率f与θ为可变的，在测试结束后，可得到二维散射函数关于f与θ的一系列值。在二维散射函数的一系列值中，在确定频率f，方位转角θ可变的情况下，可获得随方位转角变化的雷达接收的第一回波信号V₁(f,θ)。

假设被测目标体在极坐标下的二维散射函数为坐标原点为被测目标体的旋转中心，r为被测目标体上任意一点的极径，为被测目标体上任意一点的极角。当对被测目标体进行旋转测量时，公式（1）中的随方位转角变化的被测目标体的回波信号S₁(f,θ)的表达式如式（10）所示：

式中c为光电波传播速度，R₀为被测目标体旋转中心到雷达的距离，R为被测目标体上任意一散射点到雷达的距离，可表示为：

在远场条件下，有

由式（10）和式（17），可得公式（7）

由公式（8）确定：

由公式（9）确定：

其中，和为I₁、Q₁通道的回波信号，分别代表了被测目标体回波信号的实部和虚部，根据和可获取被测目标体回波信号的幅度和相位。

可证明，在给定的雷达频率f下对I₁通道和Q₁通道的回波信号随方位的变化求数学期望，可得

对于任意被测目标体，当该任意被测目标体在旋转中心处存在散射中心时，即g(0,0)≠0时，根据公式（2）有

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_1(f,\mathrm{\θ})\right]=g_1\left(\mathrm{0,0}\right)---\left(18\right)$

对于任意被测目标体，当该任意被测目标体在旋转中心处不存在散射中心时，即g₁(0,0)=0时，根据公式（2）有

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_1(f,\mathrm{\θ})\right]=g_1\left(\mathrm{0,0}\right)=0---\left(19\right)$

即，当被测目标体在旋转中心不存在重要散射中心时，在被测目标体的旋转中心处，g₁(0,0)=0，根据公式（3）

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_1(f,\mathrm{\θ})\right]=\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_1(f,\mathrm{\θ})\right]+B_1\left(f\right)=g_1\left(\mathrm{0,0}\right)+B_1\left(f\right)---\left(3\right)$

可得第一雷达散射截面测试场背景信号为

综上可知，对随方位转角变化的被测目标体的回波信号求期望时，其期望值为g₁(0,0)，当被测目标体的旋转中心不存在重要散射中心时，g₁(0,0)=0。而被测目标体支架固定不动，因此被测目标体支架的回波信号，即第一雷达散射截面测试场背景信号不会随着方位转角θ的变化而变化，对B₁(f)求数学期望，还是B₁(f)本身的值。因此，在被测目标体的旋转中心不存在重要散射中心时，对随方位转角变化的雷达接收的第一回波信号求数学期望，即得到即随方位转角变化的雷达接收的第一回波信号的数学期望值即为第一雷达散射截面测试场背景信号。

本领域技术人员可以理解，当被测目标体不存在重要散射中心时，可以通过第一方位旋转测量方法获取最终的雷达散射截面测试场背景信号。同时，在此过程中，不仅可以获得被测目标体支架产生的雷达散射截面测试场背景信号，还可同时获得被测目标体的真实回波信号。根据背景相减技术，可从的差值获取被测目标体的回波信号S₁(f,θ)，该S₁(f,θ)回波信号为被测目标体的真实回波信号。通过该背景相减技术获得的被测目标体的真实回波信号，由于雷达接收的第一回波信号和背景信号在同次测量中获得，测量结果不会受到系统或场地随时间漂移的影响，从而可以提高雷达散射截面测量的精度。

在S101中，可通过第二方位旋转测量方法获取第二雷达散射截面测试场背景信号。具体地，可将第一方位旋转测量方法中的被测目标体替换为辅助测量目标体，其中，辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心，辅助测量目标体的形状可以为偏心圆柱或者低散射端帽等，本领域技术人员可以理解，在旋转中心不存在重要散射中心的任意形状，都可以作为本实施例中的辅助测量目标体。图3a为本发明实施例辅助测量目标体的形状示意图，图3b为本发明实施例辅助测量目标体与被测目标体支架的形状示意图。如图3a所示，本实施例提供的辅助测量目标体为低散射端帽，特别地，低散射端帽设计使得当其安装在被测目标体支架顶部时，可以完全把用于对低散射端帽进行方位旋转的转顶完全罩住，使得转顶不会对雷达回波形成任何实质性贡献，同时又可对低散射端帽做方位旋转测量，这与真实RCS测试场的设置完全一致。

在具体测量过程中，被测目标支架固定不动，只有辅助测量目标体随方位角转动。

在测量结束后，根据公式（4）获取雷达接收回波信号：

V₂(f,θ)=S₂f,θ)+B₂(f)    （4）

其中，V₂(f,θ)为雷达接收的第二回波信号，S₂(f,θ)为辅助测量目标体的回波信号，B₂(f)为第二雷达散射截面测试场背景信号，即被测目标体支架产生的背景信号，f为雷达发射信号的频率，θ为辅助测量目标体旋转时的方位转角。被测目标体支架不随转顶旋转而转动，故B₂(f)与方位转角θ无关。

在测试过程中，频率f与θ为可变的，在给定频率f，方位转角θ可变的情况下，根据采样定理，可获得随方位转角变化的雷达接收的第二回波信号V₂(f,θ)。

由于第二方位旋转测量方法在第一方位旋转测量的基础上，将被测目标体换为辅助测量目标体，因此，根据与第一方位旋转测量方法类似的演算过程，具体的演算过程可参见上述实施例，本实施例在此不再赘述，可证明，在给定的雷达频率f下对I₂通道和Q₂通道的回波信号随方位的变化求数学期望，可得

对于辅助测量目标体，其在旋转中心处不存在散射中心，即g₂(0,0)=0，根据公式（5）有

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_2(f,\mathrm{\θ})\right]=g_2\left(\mathrm{0,0}\right)=0---\left(20\right)$

即，当辅助测量目标体在旋转中心不存在重要散射中心，在辅助测量目标体的旋转中心处，g₂(0,0)=0，根据公式（6）

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_2(f,\mathrm{\θ})\right]=\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_2(f,\mathrm{\θ})\right]+B_2\left(f\right)=g_2\left(\mathrm{0,0}\right)+B_2\left(f\right)---\left(6\right)$

可得第二雷达散射截面测试场背景信号为

综上可知，对随方位转角变化的辅助测量目标体的回波信号求期望时，其期望值为g₂(0,0)，且辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心，g₂(0,0)＝0。而被测目标体支架固定不动，因此被测目标体支架的回波信号，即第二雷达散射截面测试场背景信号不会随着方位转角θ的变化而变化，对B₂(f)求数学期望，还是B₂(f)本身的值。因此，对于辅助测量目标体，对随方位转角变化的雷达接收的第二回波信号求数学期望，即得到即随方位转角变化的雷达接收的第二回波信号的数学期望值即为第二雷达散射截面测试场背景信号。

在第二方位旋转测量方法中，雷达接收的第二回波信号为目标测量辅助体和背景信号之和，而非被测目标体和背景信号之和，因此，在背景相减技术中，可选用第一方位旋转测量方法中的雷达接收的第一回波信号，可根据的差值获取被测目标体的回波信号S₂(f,θ)，该S₂(f,θ)回波信号为被测目标体的真实回波信号。

通过第二方位旋转测量方法获得的第二雷达散射截面测试场背景信号，良好的辅助测量目标体可以直接保证满足g₂(0,0)＝0的条件，因而不必预先判断目标在旋转中心处是否存在重要散射中心，可获得准确的雷达散射截面测试场背景信号。

由上可知，通过第一方位旋转测量方法和第二方位旋转测量方法，测得的雷达散射截面测试场背景信号分别为B₁(f)和B₂(f)，均是被测目标体支架的散射产生的背景信号，因此，若两种方法均测试的准确，则B₁(f)和B₂(f)应基本一致。

因此，在S102中，对第一雷达散射截面测试场背景信号B₁(f)和第二雷达散射截面测试场背景信号B₂(f)进行高分辨率处理和分析，通过高分辨率分析，确定第一雷达散射截面测试场背景信号B₁(f)和第二雷达散射截面测试场背景信号B₂(f)是否存在显著散射差异。当二者存在显著散射差异时，说明被测目标体存在重要散射中心，在第一旋转测量方法中，判断被测目标体的旋转中心是否存在重要散射中心时，判断不准确。当二者不存在显著差异时，说明被测目标体不存在重要散射中心，在第一旋转测量方法中，判断被测目标体的旋转中心是否存在重要散射中心时，判断准确。本领域技术人员可以理解，在误差范围内的散射差异时可以允许的。

在S103中，当确定第一雷达散射截面测试场背景信号B₁(f)和第二雷达散射截面测试场背景信号B₂(f)不存在显著散射差异时，即被测目标体不存在重要散射中心，则将第一雷达散射截面测试场背景信号确定为最终的雷达散射截面测试场背景信号。当确定第一雷达散射截面测试场背景信号B₁(f)和第二雷达散射截面测试场背景信号B₂(f)存在显著散射差异时，即被测目标体存在重要散射中心，将第二雷达散射截面测试场背景信号确定为最终的雷达散射截面测试场背景信号。

综上可知，在能够准确判断被测目标体的旋转中心存在重要散射中心时，优选第一方位旋转测量方法获得雷达散射截面测试场背景信号，并进行背景相减技术。在无法准确判断被测目标体的旋转中心是否存在重要散射中心时，可进行第一方位旋转测量方法和第二方位旋转测量方法，以验证第一方位旋转测量方法测得的背景信号是否准确，当第一方位旋转测量方法测得的背景信号准确时，选择第一方位旋转测量方法的测量结果，当第一方位旋转测量方法测得的背景信号不准确时，选择第二方位旋转测量方法的测量结果，最终获取准确的雷达散射截面测试场背景信号，并得到精确的RCS值。

下面，采用具体实施例，对本方法做详细说明。

采用低散射端帽作为辅助目标测量体，用于提取被测目标体支架的背景，同时还可把该低散射端帽本身作为被测目标体，研究采用本方法所提出的雷达散射截面测试场背景信号获取方法的有效性。其中，低散射端帽的几何构型已在图3a中示出，低散射端帽+被测目标体支架的组合示意图在图3b中示出。特别地，低散射端帽设计使得当其安装在被测目标体支架转顶时，可以完全把用于对被测目标体进行方位旋转的转顶完全罩住，使得转顶不会对雷达回波形成任何实质性贡献。

图4为本发明实施例被测目标体支架的RCS随频率变化特性图。图4是通过矩量法仿真计算得到的，也即需要从测量中提取的雷达散射截面测试场背景信号，在图4中，横坐标代表频率（Frequency），单位为GHz；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。

图5a为本发明实施例低散射端帽RCS随频率变化特性图，图5b为本发明实施例低散射端帽RCS随方位变化特性图。在图5a中，横坐标代表频率（Frequency），单位为GHz；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。在图5b中，为频率在2GHz条件下，低散射端帽RCS随方位变化特性图。横坐标代表方位转角（Azimuth Angle），单位为deg；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。由于被测目标体支架在测量中是固定而不作方位转动的，因此将图5a和图5b与图4对比可见，低散射端帽的鼻锥向（方位0°）RCS电平显著小于支架的RCS电平，而在侧向（方位±90°），其RCS电平则显著大于支架RCS电平。

图6a为本发明实施例低散射端帽与被测目标体支架组合RCS随频率变化特性图，图6b为本发明实施例低散射端帽与被测目标体支架组合RCS随方位变化特性图。在图6a中，横坐标代表频率（Frequency），单位为GHz；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。在图6b中，为频率在2GHz条件下，低散射端帽与被测目标体支架组合RCS随方位变化特性图，横坐标代表方位转角（Azimuth Angle），单位为deg；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。图6a和图6b示出了“被测目标体支架+低散射端帽”组合的RCS随频率和随方位角的变化特性，也即雷达测量得到的“目标+背景”信号。

图7为本发明实施例低散射端帽在鼻锥向±40°方位范围内I、Q通道信号平均电平随频率变化特性图。图8为本发明实施例低散射端帽与被测目标体支架组合在鼻锥向±40°方位范围内I、Q通道信号的平均电平随频率变化特性图。在图7和图8中，横坐标代表频率（Frequency），单位为GHz；纵坐标代表I、Q通道信号值，单位为dBsm。由图7和图8可见，由于所设计的低散射端帽在转顶中心处不存在重要散射中心，当频率高于300MHz时，其I、Q通道信号随方位变化的平均电平均在-45dBsm以下。对应地，低散射端帽与被测目标体支架组合的I、Q通道平均电平则基本上与被测目标体支架背景的RCS电平相当。

图9为本发明实施例提取的被测目标体支架RCS随频率变化特性图。在图9中，横坐标代表频率（Frequency），单位为GHz；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。图9还同时示出了被测目标体支架真实RCS电平的变化特性。Ture代表由矩量法计算得到的被测目标体支架真实RCS电平的变化特性，Extracted根据本实施例的第一方位旋转测量方法或第二方位旋转测量方法得到的被测目标体支架RCS电平的变化特性，由图9可见，被测目标体支架的RCS背景信号得到几近完美的提取。本领域技术人员，根据图8所示图中的I、Q通道及公式的值获得图9所示的曲线。本领域技术人员可以理解，图9中每个频率点对应的RSC值，是通过本发明实施例提供的第一方位旋转测量方法或第二方位旋转测量方法得到。

图10a为本发明实施例提取的低散射端帽在方位转角70°时的RCS随频率的变化特性图，图10b为本发明实施例提取的低散射端帽在方位转角90°时的RCS随频率的变化特性图，作为对比，图中同时给出了其对于的真实RCS值。在图10a和图10b中，为采用背景相减技术获得的被测目标体的RCS值，横坐标代表频率（Frequency），单位为GHz；纵坐标代表雷达散射截面RSC，单位为dBsm。Ture代表由矩量法计算得到的被测目标体支架真实RCS电平的变化特性，Extracted根据本实施例的第一方位旋转测量方法或第二方位旋转测量方法得到的被测目标体支架RCS电平的变化特性，当被测目标体RCS电平与被测目标体支架背景电平相当时（图10a）,本发明的方法可以以较高的精度提取出目标信号；当被测目标体RCS电平显著高于被测目标体支架背景电平时（图10b）,本发明的方法可以以很高的精度提取出目标信号。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。

Claims (5)

1.一种雷达散射截面测试场背景信号获取方法，其特征在于，包括：

通过第一方位旋转测量获得雷达接收的第一回波信号，随方位转角变化的雷达接收的所述第一回波信号的数学期望值为第一雷达散射截面测试场背景信号；

通过第二方位旋转测量获得雷达接收的第二回波信号，随方位转角变化的雷达接收的所述第二回波信号的数学期望值为第二雷达散射截面测试场背景信号；

对所述第一雷达散射截面测试场背景信号和所述第二雷达散射截面测试场背景信号进行高分辨率处理，以确定所述第一雷达散射截面测试场背景信号和所述第二雷达散射截面测试场背景信号是否存在散射差异；

若不存在散射差异，则将所述第一雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号，若存在散射差异，则将所述第二雷达散射截面测试场背景信号确定为雷达散射截面测试场背景信号；

其中，所述第一方位旋转测量包括对被测目标体的方位旋转测量；

其中，所述第二方位旋转测量包括对辅助测量目标体的方位旋转测量，并且，所述辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过第一方位旋转测量获得雷达接收的第一回波信号，随方位转角变化的雷达接收的所述第一回波信号的数学期望值为第一雷达散射截面测试场背景信号，包括：

确定被测目标体的旋转中心不存在重要散射中心，对所述被测目标体进行第一方位旋转测量，根据公式(1)(2)(3)获取第一雷达散射截面测试场背景信号：

V₁(f,θ)＝S₁(f,θ)+B₁(f)   (1)

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_1(f,\mathrm{\θ})\right]=\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_1(f,\mathrm{\θ})\right]+B_1\left(f\right)=g_1\left(\mathrm{0,0}\right)+B_1\left(f\right)---\left(3\right)$

其中，所述被测目标体在被测目标体支架转顶旋转，所述被测目标体支架固定不动，所述被测目标体的旋转中心不存在重要散射中心，则在所述被测目标体的旋转中心处，所述g₁(0,0)＝0，所述第一雷达散射截面测试场背景信号为 $\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_1(f,\mathrm{\θ})\right]=B_1\left(f\right);$

公式(1)(2)(3)各参量是在以所述被测目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，所述g₁(0,0)为所述被测目标体的二维散射函数在旋转中心处的取值，V₁(f,θ)为雷达接收的第一回波信号，S₁(f,θ)为所述被测目标体的回波信号，B₁(f)为第一雷达散射截面测试场背景信号，为雷达接收的第一回波信号随方位转角变化的数学期望，f为雷达发射信号的频率，θ为所述被测目标体旋转时的方位转角，j代表虚部，S_I1(f,θ)和S_Q1(f,θ)分别代表被测目标体回波信号S₁(f,θ)的实部和虚部。

3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述通过第二方位旋转测量获得雷达接收的第二回波信号，随方位转角变化的雷达接收的所述第二回波信号的数学期望值为第二雷达散射截面测试场背景信号，包括：

采用辅助测量目标体，所述辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心，对所述辅助测量目标体进行第二方位旋转测量，根据公式(4)(5)(6)获取第二雷达散射截面测试场背景信号：

V₂(f,θ)＝S₂(f,θ)+B₂(f)   (4)

$\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_2(f,\mathrm{\θ})\right]=\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[S_2(f,\mathrm{\θ})\right]+B_2\left(f\right)=g_2\left(\mathrm{0,0}\right)+B_2\left(f\right)---\left(6\right)$

其中，所述辅助测量目标体在被测目标体支架转顶旋转，所述被测目标体支架固定不动，所述辅助测量目标体的旋转中心不存在重要散射中心，则在所述辅助测量目标体的旋转中心处，所述g₂(0,0)＝0，所述第二雷达散射截面测试场背景信号为 $\underset{\mathrm{\θ}\∈\left[\mathrm{0,2}\mathrm{\π}\right)}{E}\left[V_2(f,\mathrm{\θ})\right]=B_2\left(f\right);$

公式(4)(5)(6)各参量是在以所述辅助测量目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，所述g₂(0,0)为所述辅助测量目标体的二维散射函数在旋转中心处的取值，V₂(f,θ)为雷达接收的第二回波信号，S₂(f,θ)为所述辅助测量目标体的回波信号，B₂(f)为第二雷达散射截面测试场背景信号，为雷达接收的第二回波信号随方位转角变化的数学期望，f为雷达发射信号的频率，θ为所述辅助测量目标体旋转时的方位转角，j代表虚部，S_I2(f,θ)和S_Q2(f,θ)分别代表被测目标体回波信号S₂(f,θ)的实部和虚部。

4.根据权利要求2所述的方法，所述公式(2)采用公式(7)确定：

所述S_I1(f,θ)由公式(8)确定：

所述S_Q1(f,θ)由公式(9)确定：

所述公式(7)采用公式(10)确定：

其中，公式(7)(8)(9)(10)各参量是在以所述被测目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，为所述被测目标体的二维散射函数，r为所述被测目标体上任意一点的极径，为所述被测目标体上任意一点的极角，c为光电波传播速度，R₀为所述被测目标体旋转中心到雷达的距离，R为所述被测目标体上任意一散射点到雷达的距离，j代表虚部，θ为所述被测目标体旋转时的方位转角。

5.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述公式(5)采用公式(11)确定：

所述S_I2(f,θ)由公式(12)确定：

所述S_Q2(f,θ)由公式(13)确定：

所述公式(11)采用公式(14)确定：

其中，公式(11)(12)(13)(14)各参量是在以所述辅助测量目标体的旋转中心为原点所在的极坐标下测得，为所述辅助测量目标体的二维散射函数，r为所述辅助测量目标体上任意一点的极径，为所述辅助测量目标体上任意一点的极角，c为光电波传播速度，R₀为所述辅助测量目标体旋转中心到雷达的距离，R为所述辅助测量目标体上任意一散射点到雷达的距离，j代表虚部，θ为所述辅助测量目标体旋转时的方位转角。