CN103197296A - 动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法，主要解决现有技术动、静态雷达散射截面测量数据的可比度和一致性不高的问题。其实现步骤包括：(1)载入任意测量目标的测量数据；(2)使用单角度合并方式，得到目标的动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据；(3)对单角度测量数据进行平滑处理；(4)选择直角坐标将平滑处理后的动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据以三维图形方式绘制出来；(5)在同一三维图像中以均匀球形形式绘制指标；(6)在同一三维图像中绘制目标静态雷达散射截面的测量数据图像。本发明对动、静态雷达散射截面数据处理直观、准确，提高了测量数据的可比度和一致性，数据处理步骤简单快捷。

Description

动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法

技术领域

本发明属于电磁场技术，特别涉及动、静态雷达散射截面测量数据的处理，将动、静态雷达散射截面测量数据同时以三维图形方式显示出来，用于飞行器的外形设计。

背景技术

目标的雷达散射截面测量从测试方法上可分为动态测量和静态测量两种。静态测量中由于可以精确控制目标姿态，且一般测量中随目标姿态角旋转连续采样，因而其测量结果通常较为规整，每个姿态角取值平稳。而动态测量中由于无法精确控制目标姿态，导致取样姿态较为随机，而且由于目标飞行过程中自身的抖动、鸭翼的摆动等不确定因素的影响，测试结果动态范围通常较大。并且由于动态测量中采样频率较高，所以测量结果中单个角度下会有多个测量结果，且测试结果数据量通常都很大。

对于动态雷达散射截面测量结果的统计来说，当目标在飞行过程中，由于姿态的变化而使得在某一小的方位或俯仰角度变化下雷达散射截面动态测量结果变化很剧烈，这就是姿态敏感性，而如果采用均值滤波，或者中值滤波，就有可能把这种小角度的改变引起的雷达散射截面剧烈抖动的现象给抹除，使结果的客观性和可比性更高。

在统计雷达散射截面测量结果时，一般要给出其概率密度和累积概率分布，离散数据统计模型建立的基础就是研究其概率密度分布和累积概率分布的规律。概率密度函数p(σ)在数学上描述了目标截面积σ的概率密度分布，累积概率函数CDF定义为雷达散射截面低于或等于某个σ值的概率，它是由概率密度函数p(σ)曲线积分而得。低于σ的数据出现的概率为：

$\mathrm{CDF}\left(\mathrm{\σ}\right)=\underset{-\∞}{\overset{\mathrm{\σ}}{\∫}}p\left(\mathrm{\σ}\right)\mathrm{d\σ}$

它是从-∞到σ区间上概率密度曲线下的面积，概率密度曲线下面的总面积为1。在实际计算雷达散射截面的概率密度和累积概率分布时需对上面两个公式进行离散化处理。

动态雷达散射截面测量过程中，雷达以极坐标形式给出目标点迹每一时刻在雷达坐标系中的位置，在数据处理时应用坐标转换方法，将雷达坐标系中随时间变化的雷达散射截面序列转换为目标坐标系中雷达视线随时间变化的雷达散射截面序列进行研究。伴随目标姿态角的变化，产生雷达散射截面值随时间的起伏，为分析和评估目标雷达散射截面起伏对雷达检测性能的影响，人们建立了各种各样的统计模型，如非起伏模型、瑞利分布、χ²分布、对数正态模型及后来发展的一些非参数方法。这些分布模型与累积概率分布和概率密度分布曲线比较后可得到雷达散射截面测量数据的统计特性，以此反馈给雷达系统或飞行器设计系统。

目前的测量结果一般在时域上给出待测物体的动态雷达散射截面的统计值，即概率密度曲线和累积概率分布，或单独绘制动、静态雷达散射截面随方位或俯仰角变化的二维图像，这种方法的可比度和一致性都不高，且不能直观反映雷达散射截面的测量结果。

发明内容

本发明的目的针对上述已有技术的不足，提出一种动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法，以提高目标动、静态雷达散射截面测量数据的可比度和一致性，直观反映雷达散射截面测量结果。

实现本发明的技术方案为：结合空间坐标信息提取测量数据，选择不同的数据统计方式，通过均值或者中值滤波对数据进行平滑或者非平滑处理，得到信息全面完整的图像，并将其载入指标要求数据，绘出所需的三维图像。具体实现步骤如下：

(1)将测试方所给的目标动、静态雷达散射截面两组测量数据载入至电脑中，这两组数据中皆包含俯仰角θ，方位角

及其所对应的雷达散射截面的测量数据；

(2)使用单角度合并方式，得到动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据；

(3)使用中值滤波方法，对动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据进行平滑处理；

(4)选择直角坐标系，将平滑处理后的动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据以三维图形方式绘制出来，得到三维动态雷达散射截面测量数据图像；

(5)根据需要将雷达系统或者飞行器设计系统给定的雷达散射截面指标转化为均匀的三维球形指标数据，以同样空间坐标绘制在三维动态雷达散射截面测量数据图像中；

(6)将已经载入电脑的静态雷达散射截面的测量数据，根据空间俯仰角θ和方位角的对应关系绘制到三维动态雷达散射截面测量数据图像中，得到动、静态雷达散射截面测量数据的综合图像。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

(1)区别于时域统计方法，本发明给出了动态雷达散射截面测量数据的三维空间分布，立体直观，为飞行器外形设计提供可靠意见。

(2)本发明将动、静态雷达散射截面测量数据及设计指标绘制在同一幅三维图像中，提高了测量数据的可比性及一致性，便于对动、静态雷达散射截面测量数据的对比验证，且可以方便得知测量结果是否符合指标要求。

(3)数据处理步骤简单快捷，易于操作。

附图说明

图1是本发明的实现流程图；

图2是本发明中数据平滑窗口和步长选取示意图；

图3是用本发明对某飞机动、静态雷达散射截面测量数据的综合显示实例图像。

具体实施方式

本发明中动、静态雷达散射截面测量数据综合显示，以某飞机动、静态雷达散射截面测量数据的综合显示为实例。

参照图1，本发明某飞机中动、静态雷达散射截面测量数据综合显示，其实现步骤如下：

步骤1，载入测量目标的测量数据。

首先，需要获得飞机的动、静态雷达散射截面两组测量数据，这些数据一般由测试方或直接给出，且这些测量数据皆需要含有相应的空间信息，即含有俯仰角θ和方位角的具体取值。

然后，将这两组含有空间信息的雷达散射截面测量数据载入至电脑中。

步骤2，对某飞机动态雷达散射截面测量数据进行处理。

飞机的动态雷达散射截面测量数据在一个角度，即俯仰角θ和方位角

确定的情况下会有很多数值，画图时不能全部反映在图像上，需要对这些数据进行处理。本发明使用选择统计方式中的单角度合并方法，将某一角度内的数值进行整体加和然后求平均值作为该角度的测量值。

步骤3，单角度测量数据的平滑处理。

为了使得绘制出的图像平滑过渡，不会出现毛刺，单角度测量数据需要经过如下平滑处理。

3a)设计如图2的平滑窗口及步长，图2中的1为0°～5°的平滑窗口，2为1°～6°平滑窗口，平滑窗口及步长保证每次共用一部分前面使用过的测量数据，平滑窗口选取5°，由于需要绘制三维图像，所以平滑窗口实际上是一个俯仰角θ和方位角

皆为5°的区域；

3b)先选取1°的方位角作为平滑窗口的步长，即图2中1，2平滑窗口的相对移动距离为1°，使平滑窗口在方位角

所在的轴上进行滑动，平滑窗口在方位角

所在的轴上滑动到底后，再取1°的俯仰角θ作为平滑窗口的步长，使平滑窗口在在俯仰角θ所在的轴上继续滑动；

3c)中值滤波处理，即首先通过从动态雷达散射截面测量数据中的某个采样窗口取出奇数个数据进行排序，再用排序后的中值取代要处理的数据。

中值滤波，是一种使边缘模糊较轻的非线性平滑技术，它将每一坐标的值设置为该点邻域平滑窗口内的所有点值的中间值，中值滤波可以很好的保护边缘信息，是经典的平滑噪声的方法。

步骤4，选择直角坐标绘制某飞机三维动态雷达散射截面测量数据图像。

由于飞机动态雷达散射截面测量数据的数据量庞大，直接绘制三维图形的时候测量数据矩阵溢出，无法完成图像绘制，所以需要采用以下方式进行处理：

4a)将得到的动态雷达散射截面的测量数据按照空间象限的分布，分割成八个区域；

4b)在同一幅图像中，利用循环，对该八个区域的数据分别进行绘图，得到完整的动态雷达散射截面的测量数据三维图像。

某飞机动态雷达散射截面测量数据绘制结果如图3中不规则梭型区域所示，由图3可知飞机背部的动态雷达散射面积较大。

步骤5，指标绘制。

飞机雷达散射截面的指标一般由雷达系统单位或者飞行器设计单位给出，为了方便进行对比，可将其转化为均匀的三维球形指标数据，以同样空间坐标绘制在三维动态雷达散射截面测量数据图像中，如图3中的均匀球体所示。

步骤6，绘制飞机静态雷达散射截面的测量数据图像。

将已经载入电脑的某飞机静态雷达散射截面的测量数据，根据空间俯仰角θ和方位角

的对应关系绘制到三维动态雷达散射截面测量数据图像中，某飞机静态雷达散射截面测量数据绘制结果如图3中水平面上黑色的锯齿状曲线所示。最后得到的某飞机动、静态雷达散射截面测量数据的综合图像即图3。由图3可知，该飞机的动、静态雷达散射截面测量数据吻合良好，且基本符合设计指标要求。

以上仅为本发明的一个具体实例，并不构成对本发明的任何限制，本发明的方法可用于任何物体动、静态雷达散射截面数据的处理。

Claims (3)

1.一种动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法，包括如下步骤：

(1)将测试方所给的测量的目标动、静态雷达散射截面两组测量数据载入至电脑中，这两组数据中皆包含俯仰角θ，方位角及其所对应的雷达散射截面的测量数据；

(2)使用单角度合并方式，得到动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据；

(3)使用中值滤波方法，对动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据进行平滑处理；

(4)选择直角坐标系，将平滑处理后的动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据以三维图形方式绘制出来，得到三维动态雷达散射截面测量数据图像；

(5)根据需要将雷达系统或者飞行器设计系统给定的雷达散射截面指标转化为均匀的三维球形指标数据，以同样空间坐标绘制在三维动态雷达散射截面测量数据图像中；

(6)将已经载入电脑的静态雷达散射截面的测量数据，根据空间俯仰角θ和方位角

的对应关系绘制到三维动态雷达散射截面测量数据图像中，得到动、静态雷达散射截面测量数据的综合图像。

2.根据权利要求1所述的动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法，其特征在于步骤(3)所述的使用中值滤波方法，对动态雷达散射截面测量数据的单角度测量数据进行平滑处理，按如下步骤进行：

(3a)取三维空间上一个俯仰角θ和方位角

皆为5°的区域作为平滑窗口；

(3b)先选取1°的方位角

作为平滑窗口的步长，使平滑窗口在方位角

所在的轴上进行滑动，平滑窗口在方位角

所在的轴上滑动到底后，再取1°的俯仰角θ作为平滑窗口的步长，使平滑窗口在在俯仰角θ所在的轴上继续滑动；

(3c)将每一坐标点的动态雷达散射截面数据设置为该点邻域平滑窗口内所有点数据的中间值即中值滤波，完成平滑处理。

3.根据权利要求1所述的动、静态雷达散射截面测量数据综合可视化方法，其特征在于步骤(4)所述的绘制三维动态雷达散射截面测量数据图像，按如下步骤进行：

(4a)将动态雷达散射截面的测量数据按照空间象限的分布，分割成八个区域；

(4b)在同一幅图像中，利用循环，对该八个区域的数据分别进行绘图，得到完整的动态雷达散射截面的测量数据三维图像。

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