CN103064073A - 一种基于频率捷变改变雷达目标特性的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明提出的一种基于频率捷变改变雷达目标RCS等特性的方法，通过天线照射模型、目标几何建模、目标电磁散射模型、部件间二次散射计算、捷变频下目标RCS仿真、捷变频下目标角闪烁、成像仿真、暗室验证测试以及验模及校模来实现。本发明由于将频率捷变技术应用于目标电磁散射特性研究领域，通过建立的目标电磁散射特性模型，实现了在捷变频下目标的RCS等宽带去相关特性，解决了微波雷达总体设计对目标特性的需要。
Description
技术领域
本发明涉及目标电磁散射特性研究领域，尤其涉及基于频率捷变改变雷达目标RCS等特性的方法。
背景技术
在目标电磁散射特性建模与仿真研究中，当探测器与目标接近过程中，此时目标RCS（雷达散射截面积）起伏、角闪烁等将严重影响到雷达对目标方位、距离等的探测。如果采用传统的计算单一频率目标RCS的话，无法满足微波雷达总体设计需求。
对现有技术（背景技术）进行了国内外数据库的检索，在检索到的国内外公开及有限范围发表的文献中，未见与本项目技术特征完全相同的文献报道。检索到的二篇文献资料。1）赵宜楠，姚剑，李风从. 慢起伏不可分辨目标的单脉冲角估计[J]．系统工程与电子技术，2010，32(10)：P2021-2024。论文介绍了目标RCS起伏特性对单脉冲雷达测向的影响，提出一种基于目标单脉冲角估计统计特征的两个慢起伏不可分辨目标的角度分辨方法，但未见频率捷变改变目标RCS等特性方面研究。2）王晓燕，刘峥，张守宏. 基于频率捷变的单脉冲雷达角闪烁抑制方法[J]．战术导弹技术，2005，2(4)：P18-21。论文介绍了利用频率捷变技术获取目标回波信号多个独立样本来抑制角闪烁的方法，但未见频率捷变改变目标RCS等特性方面研究。
综上所述，现有技术未公开基于频率捷变改变雷达目标RCS等特性的方法。
发明内容
本发明为了提高雷达目标RCS及抑制角闪烁，采用频率捷变技术，可以有效改变目标RCS特性，使慢起伏目标回波去除扫描间的相关性，实现并支撑了微波雷达总体设计优化。
为解决上述技术问题，本发明是提出以下技术方案实现的：
具体的实施步骤如下：
步骤一：建立目标的电磁散射特性模型
先建立目标几何模型，同时引入天线照射模型并考虑目标部件间二次散射贡献，建立目标电磁散射特性模型；
步骤二：计算在捷频变下目标的RCS等特性数据：
在建立的目标电磁散射特性模型基础上，计算在不同频率、不同极化下目标的RCS、角闪烁及成像等特性数据；
步骤三：目标电磁散射特性测量：
为了获得仿真结果的对比验证数据，开展微波暗室中目标的电磁散射特性测量；
步骤四：模型的验证、校模及结果输出：
对建立在捷频变下的目标电磁散射模型进行验模，通过计算的目标RCS、角闪烁及成像与测量结果比对及误差分析，如果仿真计算的精度不满意，则重新修正模型的目标几何数据及电磁计算方法后，再进行仿真计算，直到达到满意的精度要求为止。
其中，在若干个频率点选取对目标RCS仿真计算的结果后，把每一个频率点对应的每一个方位角RCS最大值连起来，画在一张图上；则，比较该图上的RCS最小值大于仿真计算中的RCS最小值时的差值，若差值不符合设定的要求，则重新修正模型再进行仿真计算。
其中，对目标进行角闪烁计算与测试验证时，将仿真获得的角偏差曲线与测试曲线进行比对，若这两个曲线趋势的吻合程度不符合设定的要求，则重新修正模型再进行仿真计算。
其中，对目标进行成像计算与测试验证时，将由仿真和测试分别获得的二维像进行比对，若两者不一致或者与目标的实际尺寸不吻合，则重新修正模型再进行仿真计算。
本发明带来以下有益效果：
本发明提出采用频率捷变技术应用于目标电磁散射特性研究领域，通过建立的目标电磁散射特性模型，实现了在捷变频下目标的RCS等宽带去相关特性，解决了微波雷达总体设计对目标特性的需要。
附图说明
图1是本发明所述频率捷变改变雷达目标RCS等特性的方法框图；
图2a和图2b分别是本发明中N个工作频点所对应的目标RCS整体及局部处理曲线图；图2c是每个工作频点下RCS取最大值时的示意图；
图3是本发明中Ku波段水平方位面角偏差测试与仿真对比图；
图4a和图4b是本发明中某目标在测试和仿真下分别获得的二维像结果图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步的描述。下文中RCS为“雷达反射截面积”的英文缩写，是目标向雷达接收天线方向散射电磁波能力的量度。
如图1所示，本发明提出的一种基于频率捷变改变雷达目标RCS等特性的方法，通过天线照射模型、目标几何建模、目标电磁散射模型、部件间二次散射计算、捷变频下目标RCS仿真、捷变频下目标角闪烁、成像仿真、暗室验证测试以及验模及校模这八个部分来实现。
实施步骤如下：
步骤一：建立目标的电磁散射特性模型
采用三维激光扫描仪获取目标外表面数据，经过专用软件对原始数据处理获取格式化的面元网格模型，建立目标精确的几何模型。同时引入三维天线方向图数据。对于电大尺寸目标（目标尺寸远远大于雷达波长），采用高频近似法进行计算。表面的单次散射采用物理光学计算，棱边边缘绕射采用等效电磁流法计算，各部件间的二次反射采用IPO计算。多次散射计算可近似表示为：
步骤二：计算在捷频变下目标的RCS等特性数据：
在建立的目标电磁散射特性模型基础上，计算在不同频率、不同极化下目标的RCS、角闪烁及成像特性数据。
为了与测试数据进行比对验证，因此在仿真计算过程中，初始参数的设置与测试的相同。如计算目标RCS分布时，取捷变频频率范围为14.06GHz～14.46GHz，频率间隔为0.02GHz，极化分别为垂直和水平极化，仿真计算距离为15km。在目标成像计算，初始参数的设置中，如取中心频率14GHz，旋转角度范围为20°，步进角度间隔为0.1°，步进频率为5MHz，扫频带宽为4GHz，测试距离8.5m。计算角闪烁也类似于计算目标RCS的初始设置。
步骤三：目标电磁散射特性测量：
为了获得仿真结果的对比验证数据，开展微波暗室中目标的电磁散射特性测量。实验系统由以HP8530A微波接收机为核心，采用外混频方式，利用两台HP8360A合成扫频源分别作为发射源和本振源，构成幅相测量系统。
通过目标的方位旋转测试目标散射特性，就可得到某一作用距离R时目标各个方位RCS值。RCS测量应用相对比较法，通过对定标体与待测目标所测得的电压比来推算目标RCS值。
步骤四：模型的验证、校模及结果输出：
对建立在捷频变下的目标电磁散射模型进行验模，通过计算的目标RCS、角闪烁及成像与测量结果比对及误差分析。如果仿真计算的精度不满意，则重新修正模型，包括目标几何数据及电磁计算方法的修正。再进行仿真计算，直到达到满意的精度要求为止。
配合参见图2a，图2b和图2c所示，分别在（n=0，1，2，3，4……）共N个频率点取上对目标RCS仿真计算的结果。图2c中RCS取最大值的含义为，对上述N个频率点（为画图清晰取四个点14GHz，14.02GHz，14.1GHz，14.2GHz为例）分别把每一个频率点对应的每一个方位角RCS最大值连起来，画在一张图上。比较图2a和图2c，在图2a中RCS最小值在-20 dbm2左右 （图2b是图2a在RCS最小值附近的放大图），而图2c中最小值在0 dbm2附近，因此通过频率捷变技术使得目标的RCS最小值提高了20dB，这将大大改善微波雷达对目标的探测跟踪能力。
对某目标进行了角闪烁计算与测试验证。取中心频率14GHz，仿真的角偏差曲线与测试曲线比对如图3所示，图中实线为测试结果，虚线为仿真结果。从图3中可以看出两者趋势非常吻合，测试最大值为8.69°，均值0.71°；仿真最大值8.47°，均值0.77°。
对某目标进行了成像计算与测试验证。仿真与测试参数设置相同，取中心频率14GHz，旋转角度范围为20°，步进角度间隔为0.1°，步进频率为5MHz，扫频带宽为4GHz，测试距离8.5m。图4a为测试获得的二维像，图4b仿真获得的二维像，显然测试获得的二维像与仿真获得的二维像是一致的，且与目标实际的尺寸也是相吻合的。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。
Claims (6)
1.一种基于频率捷变改变雷达目标特性的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤一：建立目标的电磁散射特性模型；
先建立目标几何模型，同时引入天线照射模型并根据目标部件间二次散射计算的结果，来建立目标电磁散射特性模型；
步骤二：计算在捷频变下目标的特性数据；
在建立的目标电磁散射特性模型基础上，计算在不同频率、不同极化下目标的特性数据；
步骤三：目标电磁散射特性测量；
为了获得仿真结果的对比验证数据，开展微波暗室中目标的电磁散射特性测量；
步骤四：模型的验证、校模及结果输出；
对建立在捷频变下的目标电磁散射模型进行验模，通过将计算得到的目标特性数据与测量结果进行比对及误差分析，如果仿真计算的精度不满意，则重新修正模型再进行仿真计算，直到达到满意的精度要求为止。
2.如权利要求1所述基于频率捷变改变雷达目标特性的方法，其特征在于，
所述特性数据包含雷达散射截面积RCS、角闪烁及成像计算。
3.如权利要求2所述基于频率捷变改变雷达目标特性的方法，其特征在于，
步骤四中，在若干个频率点选取对目标RCS仿真计算的结果后，把每一个频率点对应的每一个方位角RCS最大值连起来，画在一张图上；则，比较该图上的RCS最小值大于仿真计算中的RCS最小值时的差值，若差值不符合设定的要求，则重新修正模型再进行仿真计算。
4.如权利要求2所述基于频率捷变改变雷达目标特性的方法，其特征在于，
步骤四中，对目标进行角闪烁计算与测试验证时，将仿真获得的角偏差曲线与测试曲线进行比对，若这两个曲线趋势的吻合程度不符合设定的要求，则重新修正模型再进行仿真计算。
5.如权利要求2所述基于频率捷变改变雷达目标特性的方法，其特征在于，
步骤四中，对目标进行成像计算与测试验证时，将由仿真和测试分别获得的二维像进行比对，若两者不一致或者与目标的实际尺寸不吻合，则重新修正模型再进行仿真计算。
6.如权利要求3~5中任意一项所述基于频率捷变改变雷达目标特性的方法，其特征在于，重新修正模型包括对目标几何数据及电磁计算方法的修正。
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