CN103777185A - 基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法及装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法及装置。本发明中，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列并进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息并进行软件时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。应用本发明，可以降低定标所需的资源开销、减少定标所需的时间。

Description

基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法及装置

技术领域

本发明涉及雷达仿真技术，尤其涉及一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面（RCS，Radar Cross Section）的方法及装置。

背景技术

目标体雷达散射截面（RCS）是定量表征目标体对雷达照射波产生的散射强弱的物理量，目标体RCS可根据预先精确确定的定标体RCS、不同距离条件下的定标常数和雷达与定标体的回波信号来确定。随着电子战的迅猛发展，由于隐身技术能够有效减小雷达发现目标体的距离，提升目标体的隐身性能，而目标体的隐身性能主要取决于目标体RCS的大小。因而，以各种方法缩减目标体雷达散射截面，成为隐身技术研究的主要目的。

随着隐身技术的发展，各种隐身装备（目标体）的RCS数值呈现出数量级下降趋势，这样，给贯穿隐身装备研制、生产和试验过程中的RCS测试定标技术提出了新的挑战。为了满足RCS数值数量级下降对测试定标高精度的要求，要求对RCS进行测试定标时，需要具有更小的RCS测试能力、更高的测量精度和准确度。也就是说，雷达散射截面的定标是影响RCS测试精度和准确度的一个重要因素。

现有技术中，在静态（准动态）RCS测试中，一般采用基于暗室扫频的方法对目标体雷达散射截面进行定标，即采用相对定标法获取目标体雷达散射截面。相对定标法以一已知散射体（定标体）雷达散射截面为标准，对待测散射体（目标体）RCS进行标定。其中，已知散射体雷达散射截面的标准值可通过理论计算和实际测量相结合的方法得到。

相对标定法的基础是雷达方程，雷达方程可以表示为目标体RCS与定标体RCS的比值，公式如下：

$\frac{\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\σ}}_s}={\left(\frac{R}{R_s}\right)}^4\left(\frac{G_s}{G}\right){\left(\frac{f}{f_s}\right)}^2\frac{P_{\mathrm{st}}}{P_t}\frac{P_r}{P_{\mathrm{sr}}}---\left(1\right)$

式中，σ为目标体雷达散射截面（dBm²）；

σ_s为定标体雷达散射截面（dBm²）；

R为目标体距离雷达的距离（m）；

R_s为定标体距离雷达的距离（m）；

G为雷达对目标体的天线增益；

G_s为雷达对定标体的天线增益；

f为雷达对目标体的频率（Hz）；

f_s为雷达对定标体的频率（Hz）；

P_t为雷达对目标体的发射功率（W）；

P_st为雷达对定标体的发射功率（W）；

P_r为雷达对目标体的接收功率（W）；

P_sr为雷达对定标体的接收功率（W）。

通过RCS测试定标目标体RCS的流程中，一般地，G=G_s，但由于雷达天线（馈源）的指向误差，允许G≠G_s。

在微波暗室的目标体RCS定标测试中，通常采用金属支架支撑目标体与定标体。定标体与目标体一般摆放于同一位置，例如，将定标体与目标体依次摆放于固定的泡沫转台或金属支架上，这样，R=R_s；忽略雷达天线（馈源）的指向误差，则G=G_s；利用矢量网络仪，例如，Agilent-N5244A进行逐频点测量，则不存在频飘，也就是f=f_s；为有效减小定标误差，单次测试中，雷达对定标体和目标体的发射功率采用同一发射功率并保持不变，则P_st=P_t。这样，式（1）中，待定标的目标体雷达散射截面仅与定标体雷达散射截面σ_s、雷达对目标体的接收功率P_r以及雷达对定标体的接收功率P_sr相关。

实际应用中，对于式（1），由于雷达对目标体的接收功率与馈源处的电场强度

的平方成正比，即：

$P_r\∝{\left|{\stackrel{\→}{E}}_r\right|}^2$

馈源通过将接收的空间电磁信号转换为目标体有效回波信号复量u^v，目标体有效回波信号复量u^v与电场强度

成正比，即：

$\left|u^v\right|\∝\left|{\stackrel{\→}{E}}_r\right|$

考虑信号传输过程中的相位延迟，则式（1）可简化为,

$\frac{\mathrm{\σ}}{{\mathrm{\σ}}_s}={\left|\frac{u^v}{u_s^v}\right|}^2\·\exp (j\·\arg \left(\frac{u^v}{u_s^v}\right))---\left(2\right)$

式中，arg(·)为求相位运算；

u^v为目标体有效回波信号复量；

为定标体有效回波信号复量。

其中，目标体有效回波信号复量以及定标体有效回波信号复量可以通过如下公式获取：

u^v=u-u_e   (3)

$u_s^v=u_s-u_e---\left(4\right)$

式中，u为目标体回波信号复量；

u_e为空室回波信号复量；

u_s为定标体回波信号复量。

实际定标测试中，暗室目标区以外的其它杂波与定标体（金属球）的耦合会影响对目标体有效回波信号的提取，例如，在紧缩场定标测试环境下，雷达接收到时域分布的主要回波包括：收发泄漏信号、反射面回波信号、馈源回波信号、目标体回波信号等，其中，只有目标体回波信号为有效信号，其它信号为杂波信号。因而，一般需要采用加距离门的方法，即通过引入软件时域门的方法来消除杂波信号对目标体有效回波信号复量提取的影响，从而抑制来自目标区外的其它杂波与目标体或定标体之间的耦合，提高目标体RCS定标测试的准确度。

软件时域门是一种带通式的时间滤波器，可用于观察时域响应中的一部分回波信号复量，而屏蔽其余部分的回波信号复量，因而，能够有效去除在距离上分开的一些干扰杂波信号。其原理是利用扫频进行连续波测试，通过获取一定频带宽度下频域回波信号复量的幅度和相位数据，再进行逆傅立叶变换（IFT，Inverse Fourier Transform），可以得到回波信号复量的时域曲线，从而可以对该时域曲线进行加窗（时域软件门）处理。这样，通过在时域上对回波信号复量乘上一个窗函数，可以实现将时域上希望得到回波信号复量之外的其它回波信号复量进行截断，只保留软件时域门内部，即位于窗函数内的回波信号复量；之后，对经窗函数处理的时域回波信号复量再进行傅里叶变换，从而得到目标体RCS，实现对目标体RCS的定标。

由上述可见，现有基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，在时域、频域变换过程中，由于采用软件时域门，通过数学运算的方法实现时域回波信号复量（数据）的人为截取，虽然具有较好的时域分辨率，但该方法造成数据截断以及能量泄露，使得变换后得到的目标体RCS（频域数据）在频带两端部分产生剧烈起伏，往往会导致变换后频域两端的数据失效，有时甚至会严重偏离真值，降低了对目标体RCS的定标精度。

为了降低软件时域门对数据的截断而导致的能量泄露，对频域数据定标精度的影响，考虑到对于软件时域门技术，其时域分辨率仅同扫频带宽成正比。因而，现有技术中，一般通过增加扫频带宽来提高时域分辨率，使之具有较好的时域分辨效果，可用于去除距离目标体较近的各种干扰杂波信号。但该方法由于增加了扫频频点，扩展了扫频带宽，因而，增大了对原始数据的采集量，例如，目标体回波信号复量、空室回波信号复量以及定标体回波信号复量的采集量，降低了测试的速度，使得对雷达散射截面定标所需的资源开销大、定标时间长。

发明内容

本发明的实施例提供一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，降低定标所需的资源开销、减少定标所需的时间。

本发明的实施例还提供一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的装置，降低定标所需的资源开销、减少定标所需的时间。

为达到上述目的，本发明实施例提供的一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，该方法包括：

在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列，所述各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息相同；

对构造的单位目标点雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息，对生成的单位目标点雷达散射截面时域信息进行时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；

对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；

依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。

其中，利用下述公式对所述获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息进行修正：

X_final(f)=FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}.FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

式中，X_final(f)为定标的目标体雷达散射截面；

X(f)为目标体雷达散射截面频域信息序列；

X₀(f)为单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

Gate(·)为时域门中的门函数。

其中，所述在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位点目标雷达散射截面频域信息序列包括：

在空室内仅摆放0dBsm金属球，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集每一扫频频点对应的所述0dB金属球的金属球回波信号复量；

由各扫频频点对应的金属球回波信号复量组成单位点目标雷达散射截面频域信息序列。

其中，获取所述目标体雷达散射截面滤波频域信息包括：

在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量；

将采集的每一扫描频点对应的目标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第一计算公式，得到目标体有效回波信号复量序列，将采集的每一扫描频点对应的定标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第二计算公式，得到定标体有效回波信号复量序列；

将得到的目标体有效回波信号复量序列以及定标体有效回波信号复量序列应用于预先设置的相位延迟计算公式，获取目标体雷达散射截面频域信息序列；

对获取的目标体雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成目标体雷达散射截面时域信息，对生成的目标体雷达散射截面时域信息进行时域门处理，形成目标体雷达散射截面滤波时域信息；

对形成的目标体雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取目标体雷达散射截面滤波频域信息。

其中，所述在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量具体包括：

利用矢量网络仪，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集仅具有空室的空室回波信号复量、在空室内仅摆放定标体的定标体回波信号复量、以及，在空室内仅摆放目标体的目标体回波信号复量，每一扫频频点对应一所述空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量。

其中，所述第一计算公式为：

u^v(f_i)=u(f_i)-u_e(f_i)

式中，u^v(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体有效回波信号复量，i为扫频频点编号，为自然数；

u(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体回波信号复量；

u_e(f_i)为扫频频点为f_i时的空室回波信号复量。

其中，所述第二计算公式为：

$u_s^v\left(f_i\right)=u_s\left(f_i\right)-u_e\left(f_i\right)$

式中，

为扫频频点为f_i时的定标体有效回波信号复量，i为扫频频点编号，为自然数；

u_s(f_i)为扫频频点为f_i时的定标体回波信号复量。

其中，所述相位延迟计算公式为：

$\frac{X\left(f\right)i}{{\mathrm{\σ}}_s\left(f_i\right)}={\left|\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right|}^2\·\exp (j\·\arg \left(\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right))$

式中，σ_s(f_i)为预先设置的扫频频点为f_i时的定标体雷达散射截面频域信息，i为扫频频点编号，为自然数；

X(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体雷达散射截面频域信息；

arg(·)为求相位运算；

X₀(f)=(X₀(f₁)，X₀(f₂)，…,X₀(f_n))，其中，X₀(f₁)，X₀(f₂)为单位目标点雷达散射截面频域信息，X₀(f₁)=X₀(f₂)=…=X₀(f_n)，n为扫频频点数；

X(f)=(X(f₁)，X(f₂)，…,X(f_n))。

一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的装置，该装置包括：单位目标点构造模块、加窗处理模块、时频域变换模块以及修正模块；

单位目标点构造模块，用于在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列，所述各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息相同；

加窗处理模块，用于对构造的单位目标点雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息，对生成的单位目标点雷达散射截面时域信息进行时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；

时频域变换模块，用于对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；

修正模块，用于依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。

较佳地，所述修正模块利用下述公式对所述获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息进行修正：

X_final(f)=FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}.FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

式中，X_final(f)为定标的目标体雷达散射截面；

X(f)为目标体雷达散射截面频域信息序列；

X₀(f)为单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

Gate(·)为时域门中的门函数。

由上述技术方案可见，本发明实施例提供的一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法及装置，依据预先设置的频率范围以及扫频频点，构造包含各扫频频点的单位点目标雷达散射截面频域信息序列，用以模拟时域滤波的过程，并计算由于软件时域门处理对频域数据造成的畸变值，从而利用计算的畸变值修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。这样，由于对单位点目标雷达散射截面频域信息序列的加窗处理所需的资源量较少，在保证较好的时域分辨效果的情形下，运算所需的资源量大为减少，可大大缩短定标所需的时间。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，以下将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍。显而易见地，以下描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员而言，还可以根据这些附图所示实施例得到其它的实施例及其附图。

图1为本发明实施例基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法流程示意图。

图2为本发明实施例构造的0dB金属球时域门变换效果示意图。

图3为本发明实施例变换前后的频域数据对比示意图。

图4为本发明实施例方法与现有技术分别定标的目标体雷达散射截面对比示意图。

图5为本发明实施例基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的装置结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图对本发明各实施例的技术方案进行清楚、完整的描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所得到的所有其它实施例，都属于本发明所保护的范围。

现有基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，通过增加扫频带宽以及采用软件时域门加窗处理，实现去除距离目标体较近的各种干扰杂波信号、提高定标精度的目的。但该方法增大了原始数据的采集量，降低了测试的速度，使得对目标体雷达散射截面定标所需的资源开销大、定标时间长。

本发明实施例中，考虑到采用软件时域门加窗处理采集的原始数据时，会对原始数据通过数学运算的方法进行截取，造成数据截断及能量泄露，使得将软件时域门加窗处理后的时域数据再进行频域变换后，导致变换后频域两端的数据失效或偏离真值；而如果预先构建一与原始数据频率范围相同的单位点目标数据，该单位点目标数据具有与原始数据相对应的频点数据，则对该单位点目标数据采用软件时域门加窗处理后时，即对单位点目标数据通过数学运算的方法进行截取，同样会造成数据截断及能量泄露，且该单位点目标数据的截断和能量泄露对该单位点目标数据失效或偏离的畸变，与原始数据的截断和能量泄露对该原始数据失效或偏离的误差具有相同的畸变机理。因而，可以利用单位点目标数据的加窗处理导致的畸变值，来补偿原始数据的加窗处理导致的畸变值，实现对目标体RCS的定标，从而使得原始数据具有较好的时域分辨效果，且由于对单位点目标数据的加窗处理所需的资源量，相对于通过增加扫频带宽来提高时域分辨率的技术方案，运算所需的资源量大为减少，可大大缩短定标所需的时间。

基于上述考虑及分析，本发明实施例提出一种新的基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，即时域滤波数据标定方法，通过预先构造一单位点目标数据，用以模拟时域滤波的过程，计算由于软件时域门处理对频域数据造成的畸变值，利用计算的畸变值修正定标体数据经软件时域门处理造成的畸变。

图1为本发明实施例基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法流程示意图。参见图1，该流程包括：

步骤101，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量，依据所述预先设置的频率范围以及扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

本步骤中，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量具体包括：

利用矢量网络仪，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集仅具有空室的空室回波信号复量、在空室内仅摆放定标体的定标体回波信号复量、以及，在空室内仅摆放目标体的目标体回波信号复量，每一扫频频点对应一所述空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量。

本步骤中，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别进行空室、定标体、目标体的回波信号测量和采集，得到相应的回波信号复量。其中，回波信号复量为频域数据。

本发明实施例中，利用矢量网络仪，例如，利用型号为Agilent-N5244A的矢量网络仪分别采集仅空室、仅摆放定标体、仅摆放目标体时的随频率变化的S11参数，即空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量。其中，采集到的S11参数数据等同于回波电压信号，幅度反映接收信号与参考信号的比值，相位反映接收信号相对于参考信号的时间延迟。

关于采集回波信号复量为公知技术，在此略去详述。

依据所述预先设置的频率范围以及扫频频点，构造包含各扫频频点的单位点目标雷达散射截面频域信息序列包括：

在空室内仅摆放0dBsm金属球，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集所述0dB金属球的金属球回波信号复量；

由各扫频频点对应的金属球回波信号复量组成单位点目标雷达散射截面频域信息序列。

本步骤中，选用0dB金属球的考虑是取一个单位回波大小的单位点目标便于处理，0dB对应1m²，即一单位点目标。其中，单位点目标的RCS不随频率变化，为一恒定值。单位点目标雷达散射截面频域信息序列的序列长度预先设置的扫频频点数。

步骤102，将采集的每一扫描频点对应的目标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第一计算公式，得到目标体有效回波信号复量序列，将采集的每一扫描频点对应的定标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第二计算公式，得到定标体有效回波信号复量序列；

本步骤中，对于每一扫频频点对应的空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量，按照第一计算公式和第二计算公式进行计算。

第一计算公式为：

u^v(f_i)=u(f_i)-u_e(f_i)

式中，u^v(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体有效回波信号复量。本发明实施例中，f_i为变量，i为扫频频点编号，为自然数。

u(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体回波信号复量，即在空室内仅摆放目标体时通过雷达测量得到的目标体回波信号复量；

u_e(f_i)为扫频频点为f_i时的空室回波信号复量，即仅具有空室时通过雷达测量得到的空室回波信号复量。

目标体有效回波信号复量序列可以表示为：

u^v(f)=(u^v(f₁),u^v(f₂),…,u^v(f_n))

式中，u^v(f)为目标体有效回波信号复量序列；

n为预先设置的频率范围内包含的扫频频点数，为自然数。

第二计算公式为：

$u_s^v\left(f_i\right)=u_s\left(f_i\right)-u_e\left(f_i\right)$

式中，为扫频频点为f_i时的定标体有效回波信号复量；

u_s(f_i)为扫频频点为f_i时的定标体回波信号复量，即在空室内仅摆放定标体时通过雷达测量得到的定标体回波信号复量。

定标体有效回波信号复量序列可以表示为：

$u_s^v\left(f\right)=(u_s^v\left(f_1\right),u_s^v\left(f_2\right),...,u_s^v\left(f_n\right))$

式中，

为定标体有效回波信号复量序列。

也就是说，本发明实施例中，空室回波信号复量对应式（3）以及式（4）中的u_e，仅摆放定标体时的定标体回波信号复量对应式（4）中的u_s，仅摆放目标体时的目标体回波信号复量对应式（3）中的u。

各扫描频点对应的目标体有效回波信号复量构成目标体有效回波信号复量序列，各扫描频点对应的定标体有效回波信号复量构成目标体有效回波信号复量序列。目标体有效回波信号复量序列、目标体有效回波信号复量序列以及单位点目标雷达散射截面频域信息序列长度相等。

当然，实际应用中，第一计算公式和第二计算公式也可以采用其它的计算方法，本发明实施例对此不作具体限定。

步骤103，将得到的目标体有效回波信号复量序列以及定标体有效回波信号复量序列应用于预先设置的相位延迟计算公式，获取目标体雷达散射截面频域信息序列；

本步骤中，相位延迟计算公式为：

$\frac{X\left(f\right)i}{{\mathrm{\σ}}_s\left(f_i\right)}={\left|\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right|}^2\·\exp (j\·\arg \left(\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right))$

式中，σ_s(f_i)为预先设置的扫频频点为f_i时的定标体雷达散射截面频域信息，单位为dBm²。本发明实施例中，σ_s(f_i)为已知量。

X(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体雷达散射截面频域信息，单位为dBm²。各扫频频点对应的目标体雷达散射截面频域信息构成目标体雷达散射截面频域信息序列。

本发明实施例中，暗室扫频RCS定标测试采用逐频点RCS标定，对于每一扫频频点对应的空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量，进行计算，分别得到每一扫频频点对应的目标体有效回波信号复量以及定标体有效回波信号复量，即u^v(f_i)、

代入相位延迟计算公式，即式（2）中，可以得到测试频率范围内每一扫频频点对应的目标体雷达散射截面频域信息，各扫频频点对应的目标体雷达散射截面频域信息X(f_i)，构成目标体RCS频域信息序列。

目标体RCS频域信息序列可以表示为：

$\frac{X\left(f\right)i}{{\mathrm{\σ}}_s\left(f_i\right)}={\left|\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right|}^2\·\exp (j\·\arg \left(\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right))$

式中，X(f)为目标体雷达散射截面频域信息序列，单位为dBm²；

σ_s(f)为定标体雷达散射截面频域信息序列，单位为dBm²。

单位目标点雷达散射截面频域信息序列可以表示为：

X₀(f)=(X₀(f₁)，X₀(f₂)，…,X₀(f_n))

式中，X₀(f)为单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

X₀(f₁)，X₀(f₂)为单位目标点雷达散射截面频域信息，X₀(f₁)=X₀(f₂)=…=X₀(f_n)。

步骤104，对获取的目标体雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成目标体雷达散射截面时域信息，对生成的目标体雷达散射截面时域信息进行软件时域门处理，形成目标体雷达散射截面滤波时域信息；

对构造的单位目标点雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息，对生成的单位目标点雷达散射截面时域信息进行软件时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；

本步骤中，对目标体雷达散射截面频域信息X(f)序列进行傅里叶逆变换，可以生成X(f)对应的目标体雷达散射截面时域信息，即IFFT(X(f))；然后，对IFFT(X(f))进行软件时域门滤波处理，形成目标体雷达散射截面滤波时域信息。其中，软件时域门采用门函数Gate(·)，这样，目标体雷达散射截面滤波时域信息可表示为：

IFFT(X(f))·Gate(·)

较佳地，门函数Gate(·)采用矩形窗函数，矩形窗函数的长度以覆盖目标体长度3～5倍长度区域为宜。当然，实际应用中，也可以采用其它窗函数，例如，指数窗函数、汉宁窗函数等。

本发明实施例中，软件时域门在时域中完成滤出目标体雷达散射截面滤波时域信息的过程，即将原始的频域数据进行傅里叶逆变换后，再进行加窗处理。

按照与X(f)相同的处理方式，对X₀(f)进行处理，可以得到单位目标点雷达散射截面滤波时域信息，表示为：

IFFT(X₀(f))·Gate(·)

所应说明的是，本发明实施例中，也可以采用硬件时域门逻辑电路进行加窗处理。

步骤105，对形成的目标体雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取目标体雷达散射截面滤波频域信息；

对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；

本步骤中，进行傅里叶变换后，获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息可表示为：

FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}

单位目标点雷达散射截面滤波频域信息可表示为：

FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

实际应用中，暗室中目标体回波信号与杂波或噪声之间主要是加性关系，对应于式（3）和式（4），软件时域门的滤波处理也就是对消处理，即从目标体或定标体中减去杂散的贡献。对应于式（2），标定指得是利用已知RCS的定标体来标定出目标体RCS大小的过程。

本发明实施例中，对消、标定都是在频域中完成。

步骤106，依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。

本步骤中，修正公式，即得到定标的目标体雷达散射截面的计算公式为：

X_final(f)=FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}.FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

式中，X_final(f)为定标的目标体雷达散射截面。

当然，实际应用中，修正公式也可以是其它的计算公式，本发明实施例对此不作具体限定。

进一步地，为了验证本发明实施例基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法的效果，设计了测试实例如下：

Φ300mm金属球定标测试Φ114.3mmX H53.34mm的扁平金属圆柱。测试频率（频率范围）：9～11GHz；测试点数（扫频频点数）：201；测试极化方式：水平极化（HH）。

图2为本发明实施例构造的0dB金属球时域门变换效果示意图。图中，横坐标为变换点数，纵坐标为幅度。

图3为本发明实施例变换前后的频域数据对比示意图。图中，横坐标为变换点数，纵坐标为RCS。其中，实曲线为原始数据，虚曲线为对原始数据进行傅里叶逆变换后，执行软件时域门加窗处理，再将加窗处理的信息进行傅里叶变换后得到的曲线。

图4为本发明实施例方法与现有技术分别定标的目标体雷达散射截面对比示意图。图中，横坐标为变换点数，纵坐标为RCS。其中，实曲线为采用现有扩展频段结合加窗处理定标的目标体雷达散射截面，虚曲线为采用本发明实施例的构造单位点目标方法结合加窗处理定标的目标体雷达散射截面。两者结果十分吻合，而本发明实施例方法所需的计算资源少，定标所需的时间短。

由上述可见，本发明实施例基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，依据预先设置的频率范围以及扫频频点，构造包含各扫频频点的单位点目标雷达散射截面频域信息序列，对构造的单位点目标雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位点目标雷达散射截面时域信息，对生成的单位点目标雷达散射截面时域信息进行软件时域门处理，形成单位点目标雷达散射截面滤波时域信息，对形成的单位点目标雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，得到单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，根据得到的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息去修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。这样，可以有效对定标体数据经软件时域门处理造成的畸变进行修正，具有较好的时域分辨效果，且由于对单位点目标数据的加窗处理所需的资源量，相对于通过增加扫频带宽来提高时域分辨率的技术方案，运算所需的资源量大为减少，可大大缩短定标所需的时间。从而在采集数据量不变的条件下，消除或者减弱RCS扫频测试中由于软件时域门对测试数据造成的畸变。具体来说，本发明实施例的有益效果如下：

一、减弱数据在频率两端的起伏，数据可用率提高。

本发明实施例的微波暗室RCS扫频测试中，采取对时域数据执行软件时域门的办法，来滤除目标体以外的其它杂波信号。由于在加门过程中，原始数据被截断，导致能量泄露，从而使得变换域出现吉布斯现象，表现为频段两端的数据出现起伏，如图2所示。因而，本发明实施例，通过计算软件时域门变换对数据造成的畸变，利用预先构造的单位点目标模拟时域滤波的过程，增大的原始数据的采集量较少，可有效补偿软件时域门变换对数据造成的畸变影响，保证变换后的频域数据在整个测试区间的有效性；同时，由于无需通过增加扫频带宽来提高时域分辨率，提升了测试的速度，使得对雷达散射截面定标所需的资源开销小、定标时间短。

二、有效地抑制了背景噪声。

本发明实施例中，通过单位点目标模拟时域滤波结合软件时域门处理技术，利用软件时域门处理技术，保证了测试数据在整个测试频带内的有效性；同时，可以滤除除目标体以外的其它杂散信号，保证了目标信号的纯洁性，更好地抑制了背景噪声。而利用单位点目标模拟时域滤波技术，可以有效补偿软件时域门变换对数据造成的畸变影响。

图5为本发明实施例基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的装置结构示意图。参见图5，该装置包括：单位目标点构造模块、加窗处理模块、时频域变换模块以及修正模块。

单位目标点构造模块，用于在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列，所述各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息相同；

加窗处理模块，用于对构造的单位目标点雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息，对生成的单位目标点雷达散射截面时域信息进行软件时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；

时频域变换模块，用于对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；

修正模块，用于依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。

较佳地，修正模块利用下述公式对所述获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息进行修正：

X_final(f)=FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}.FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

式中，X_final(f)为定标的目标体雷达散射截面；

X(f)为目标体雷达散射截面频域信息序列；

X₀(f)为单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

Gate(·)为软件时域门中的门函数。

本发明实施例中，单位目标点构造模块包括：单位目标点构造单元、采集单元以及序列组成单元（图中未示出）。

单位目标点构造单元，用于在空室内仅摆放0dBsm金属球；

采集单元，用于在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集每一扫频频点对应的所述0dB金属球的金属球回波信号复量；

序列组成单元，用于由各扫频频点对应的金属球回波信号复量组成单位点目标雷达散射截面频域信息序列，所述各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息相同。

作为可选实施例，该装置还可以进一步包括：采集模块、有效回波信号复量序列模块、相位延迟处理模块、目标体雷达散射截面滤波时域信息获取模块以及目标体雷达散射截面滤波频域信息获取模块（图中未示出）。

采集模块，用于在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量；

本发明实施例中，利用矢量网络仪，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集仅具有空室的空室回波信号复量、在空室内仅摆放定标体的定标体回波信号复量、以及，在空室内仅摆放目标体的目标体回波信号复量，每一扫频频点对应一所述空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量。

有效回波信号复量序列模块，用于将采集的每一扫描频点对应的目标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第一计算公式，得到目标体有效回波信号复量序列，将采集的每一扫描频点对应的定标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第二计算公式，得到定标体有效回波信号复量序列；

本发明实施例中，述第一计算公式为：

u^v(f_i)=u(f_i)-u_e(f_i)

式中，u^v(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体有效回波信号复量；

u(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体回波信号复量；

u_e(f_i)为扫频频点为f_i时的空室回波信号复量。

第二计算公式为：

$u_s^v\left(f_i\right)=u_s\left(f_i\right)-u_e\left(f_i\right)$

式中，

为扫频频点为f_i时的定标体有效回波信号复量；

u_s(f_i)为扫频频点为f_i时的定标体回波信号复量。

相位延迟处理模块，用于将得到的目标体有效回波信号复量序列以及定标体有效回波信号复量序列应用于预先设置的相位延迟计算公式，获取目标体雷达散射截面频域信息序列；

本发明实施例中，相位延迟计算公式为：

$\frac{X\left(f\right)i}{{\mathrm{\σ}}_s\left(f_i\right)}={\left|\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right|}^2\·\exp (j\·\arg \left(\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right))$

式中，σ_s(f_i)为预先设置的扫频频点为f_i时的定标体雷达散射截面频域信息；

X(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体雷达散射截面频域信息；

arg(·)为求相位运算；

X₀(f)=(X₀(f₁)，X₀(f₂)，…,X₀(f_n))，其中，X₀(f₁)，X₀(f₂)为单位目标点雷达散射截面频域信息，X₀(f₁)=X₀(f₂)=…=X₀(f_n)，n为扫频频点数；

X(f)=(X(f₁)，X(f₂)，…,X(f_n))。

目标体雷达散射截面滤波时域信息获取模块，用于对获取的目标体雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成目标体雷达散射截面时域信息，对生成的目标体雷达散射截面时域信息进行软件时域门处理，形成目标体雷达散射截面滤波时域信息；

目标体雷达散射截面滤波频域信息获取模块，用于对形成的目标体雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取目标体雷达散射截面滤波频域信息。

本发明实施例中，软件时域门采用门函数，包括：矩形窗函数、指数窗函数以及汉宁窗函数等。

显然，本领域技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若对本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的方法，该方法包括：

在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列，所述各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息相同；

对构造的单位目标点雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息，对生成的单位目标点雷达散射截面时域信息进行时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；

对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；

依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，利用下述公式对所述获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息进行修正：

X_final(f)=FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}.FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

式中，X_final(f)为定标的目标体雷达散射截面；

X(f)为目标体雷达散射截面频域信息序列；

X₀(f)为单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

Gate(·)为时域门中的门函数。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，所述在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位点目标雷达散射截面频域信息序列包括：

在空室内仅摆放0dBsm金属球，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集每一扫频频点对应的所述0dB金属球的金属球回波信号复量；

由各扫频频点对应的金属球回波信号复量组成单位点目标雷达散射截面频域信息序列。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，获取所述目标体雷达散射截面滤波频域信息包括：

在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量；

将采集的每一扫描频点对应的目标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第一计算公式，得到目标体有效回波信号复量序列，将采集的每一扫描频点对应的定标体回波信号复量与空室回波信号复量应用于预先设置的第二计算公式，得到定标体有效回波信号复量序列；

将得到的目标体有效回波信号复量序列以及定标体有效回波信号复量序列应用于预先设置的相位延迟计算公式，获取目标体雷达散射截面频域信息序列；

对获取的目标体雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成目标体雷达散射截面时域信息，对生成的目标体雷达散射截面时域信息进行时域门处理，形成目标体雷达散射截面滤波时域信息；

对形成的目标体雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取目标体雷达散射截面滤波频域信息。

5.根据权利要求4所述的方法，其中，所述在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量具体包括：

利用矢量网络仪，在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，分别采集仅具有空室的空室回波信号复量、在空室内仅摆放定标体的定标体回波信号复量、以及，在空室内仅摆放目标体的目标体回波信号复量，每一扫频频点对应一所述空室回波信号复量、定标体回波信号复量以及目标体回波信号复量。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述第一计算公式为：

u^v(f_i)=u(f_i)-u_e(f_i)

式中，u^v(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体有效回波信号复量，i为扫频频点编号，为自然数；

u(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体回波信号复量；

u_e(f_i)为扫频频点为f_i时的空室回波信号复量。

7.根据权利要求6所述的方法，其中，所述第二计算公式为：

$u_s^v\left(f_i\right)=u_s\left(f_i\right)-u_e\left(f_i\right)$

式中，

为扫频频点为f_i时的定标体有效回波信号复量，i为扫频频点编号，为自然数；

u_s(f_i)为扫频频点为f_i时的定标体回波信号复量。

8.根据权利要求7所述的方法，其中，所述相位延迟计算公式为：

$\frac{X\left(f\right)i}{{\mathrm{\σ}}_s\left(f_i\right)}={\left|\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right|}^2\·\exp (j\·\arg \left(\frac{u^v\left(f_i\right)}{u_s^v\left(f_i\right)}\right))$

式中，σ_s(f_i)为预先设置的扫频频点为f_i时的定标体雷达散射截面频域信息，i为扫频频点编号，为自然数；

X(f_i)为扫频频点为f_i时的目标体雷达散射截面频域信息；

arg(·)为求相位运算；

X₀(f)=(X₀(f₁)，X₀(f₂)，…,X₀(f_n))，其中，X₀(f₁)，X₀(f₂)为单位目标点雷达散射截面频域信息，X₀(f₁)=X₀(f₂)=…=X₀(f_n)，n为扫频频点数；

X(f)=(X(f₁)，X(f₂)，…,X(f_n))。

9.一种基于暗室扫频获取目标体雷达散射截面的装置，其特征在于，该装置包括：单位目标点构造模块、加窗处理模块、时频域变换模块以及修正模块；

单位目标点构造模块，用于在预先设置的频率范围内，按照预先设置的扫频频点，构造包含各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息序列，所述各扫频频点的单位目标点雷达散射截面频域信息相同；

加窗处理模块，用于对构造的单位目标点雷达散射截面频域信息序列进行傅里叶逆变换，生成单位目标点雷达散射截面时域信息，对生成的单位目标点雷达散射截面时域信息进行时域门处理，形成单位目标点雷达散射截面滤波时域信息；

时频域变换模块，用于对形成的单位目标点雷达散射截面滤波时域信息进行傅里叶变换，获取单位目标点雷达散射截面滤波频域信息；

修正模块，用于依据获取的单位点目标雷达散射截面滤波频域信息，修正预先获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息，得到定标的目标体雷达散射截面。

10.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述修正模块利用下述公式对所述获取的目标体雷达散射截面滤波频域信息进行修正：

X_final(f)=FFT{IFFT(X(f))·Gate(·)}.FFT{IFFT(X₀(f))·Gate(·)}

式中，X_final(f)为定标的目标体雷达散射截面；

X(f)为目标体雷达散射截面频域信息序列；

X₀(f)为单位目标点雷达散射截面频域信息序列；

Gate(·)为时域门中的门函数。

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