CN105572640B - 低散射体次强散射源定位方法、低散射体赋形设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，包括以下步骤：S01：分别采用特征基函数方法和高频渐近方法对目标散射体进行电磁特性分析，获取目标散射体在关注姿态及频率下的RCS数据；S02：将两种分析方法得到的数据结果进行比较，找出差异确定次强散射源的位置。本发明还公开了基于上述定位方法的低散射体赋形设计方法。本发明的定位方法，能够对大多数次强散射源进行定位并确定其量级，作为低散射体赋形优化的重要依据，可避免主观臆断造成的盲目优化尝试，大大提高低散射体赋形设计效率，具有较广的适用范围。本发明的基于上述定位方法的低散射体赋形设计方法流程清晰明确，便于实施。

Description

低散射体次强散射源定位方法、低散射体赋形设计方法

技术领域

本发明涉及信号特征控制技术领域，尤其涉及一种基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，本发明还涉及基于该定位方法的低散射体赋形设计方法。

背景技术

在进行目标电磁特性研究时，由于环境中必然存在被测目标之外的其他物体，例如用于承载被测目标的支架、载体等，这些物体必然存在电磁散射，为了尽量减小这些物体的电磁散射对被测目标电磁特性研究的影响，在设计时应尽量降低其电磁散射强度，即将这些被测目标之外的物体设计成电磁散射尽量小的低散射体。在实际的设计中，根据测试需求设计的具有一定几何形状的这类低散射体，很多时候会在某个姿态范围存在次强散射源，从而造成整体散射强度偏高，因此需要调整几何形状或优化几何参数以将次强散射源消除。目前，在进行外形调整优化时，没有合适的方法能定位到次强散射源所在姿态范围，通常当检测到上述低散射体的整体散射强度偏高时，只能盲目的进行几何调整，从而造成这类低散射体的赋形设计效率低、周期长，影响研究进度。

发明内容

本发明解决的技术问题是现有技术中没有能够定位次强散射源所在姿态范围的方法造成低散射体赋形设计效率低、周期长的问题，进而提供一种低散射体次强散射源的定位方法。

针对上述技术问题，本发明采用的技术方案如下：

本发明的基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，包括以下步骤：

S01：分别采用特征基函数方法和高频渐近方法(也称为高频近似方法)对目标散射体进行电磁特性分析，获取目标散射体在关注姿态及频率下的RCS(Radar Cross-section，雷达散射截面)数据；

S02：将两种分析方法得到的数据结果进行比较，找出差异确定次强散射源的位置。

优选地，步骤S02具体包括以下步骤：

逐一求取关注姿态范围内同一方位角下两种分析方法得到的RCS数据之间的差值，如果在超过第一阈值的方位角范围内RCS数据在各方位角下的差值均超过第二阈值，则该方位角范围即为次强散射源所在姿态范围。

优选地，步骤S02还包括以下步骤：

将两种分析方法获取的关注姿态及频率下的RCS数据绘制成以RCS数据为纵坐标以方位角为横坐标的两条曲线。

优选地，所述第一阈值设为5°。

优选地，所述第二阈值设为3dB。

本发明还提供了一种基于上述定位方法的低散射体赋形设计方法，包括以下步骤：

S11：确定初始几何外形方案：在不需考虑电磁特性指标的情况下，根据应用需求确定目标散射体的初始几何外形方案；

S12：散射机理诊断：按照所述定位方法找到所述目标散射体的次强散射源所在姿态范围，分析该姿态范围内各姿态下所述目标散射体的外形特征，确认次强散射源的类型；

S13：针对性的赋形优化：针对上一步骤中的诊断结果，对所述目标散射体进行相应的几何外形调整与设计以消除次强散射源，或对所述目标散射体的几何参数进行调整以期在多轮迭代优化过程中找到最优值；

S14：精确建模分析：按照对所述目标散射体的散射特性指标要求，进行全面精确建模分析，获取当前迭代状态下该目标散射体的电磁散射特性数据；

S15：验证指标：将上一步的结果与所述目标散射体的散射特性指标要求进行对比验证，以确定是否完成优化过程，如达到散射特性指标要求则完成迭代，否则转步骤S12继续迭代优化。

优选地，在步骤S14中采用特征基函数方法进行全面精确建模分析。

本发明的有益效果如下：

本发明的基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，能够对大多数次强散射源进行定位并确定其量级，作为低散射体赋形优化的重要依据，可避免主观臆断造成的盲目优化尝试，大大提高低散射体赋形设计效率，具有较广的适用范围。本发明的基于上述定位方法的低散射体赋形设计方法流程清晰明确，便于实施。

附图说明

图1为本发明的基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法的流程图；

图2为本发明的低散射体赋形设计方法的流程图；

图3为本发明采用两种分析方法得到的目标散射体的RCS数据的曲线图，其中图3(a)是3GHz下的分析结果，图3(b)是10GHz下的分析结果；

图4为本发明的赋形设计方法中外形优化示意图；

图5为采用本发明的赋形设计方法优化前后目标散射体的RCS数据的曲线对比图，其中图5(a)是VV极化下的对比图，图5(b)是HH极化下的对比图。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明的技术方案和有益效果进一步进行说明。

参见附图1，本发明的基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，包括以下步骤：

S01：分别采用特征基函数方法和高频渐近方法对目标散射体进行电磁特性分析，获取目标散射体在关注姿态及频率下的RCS数据；

S02：将两种分析方法得到的数据结果进行比较，找出差异确定次强散射源的位置。

具体的，步骤S02可以通过如下步骤实现：

逐一求取关注姿态范围内同一方位角下两种分析方法得到的RCS数据之间的差值，如果在超过第一阈值的方位角范围内RCS数据在各方位角下的差值均超过第二阈值，例如，在超过5°的方位角范围(例如0°±2.5°)内RCS数据在各方位角下的差值均超过3dB，则该方位角范围(即0°±2.5°的角度范围)即为次强散射源所在姿态范围。

第一阈值、第一阈值可以根据目标散射体的外形、大小确定，一般情况下，将第一阈值设为5°、第二阈值设为3dB能够定位到次强散射源所在的姿态范围，第一阈值可以设为10°，第二阈值可以设为5dB、10dB，阈值设定的越大，分析获得的次强散射源的姿态范围的误差就会越小。

为了能够让设计者直观的看到两种方法的对比结果，可以将两种分析方法获取的关注姿态及频率下的RCS数据绘制成以RCS数据为纵坐标以方位角为横坐标的两条曲线。

参见附图2，本发明还提供基于上述定位方法的低散射体赋形设计方法，包括以下步骤：

S11：确定初始几何外形方案：在不需考虑电磁特性指标的情况下，根据应用需求确定目标散射体的初始几何外形方案；

S12：散射机理诊断：按照所述定位方法找到所述目标散射体的次强散射源所在姿态范围，分析该姿态范围内各姿态下所述目标散射体的外形特征，确认次强散射源的类型；

S13：针对性的赋形优化：针对上一步骤中的诊断结果，对所述目标散射体进行相应的几何外形调整与设计以消除次强散射源，或对所述目标散射体的几何参数进行调整以期在多轮迭代优化过程中找到最优值；

S14：精确建模分析：按照对所述目标散射体的散射特性指标要求，进行全面精确建模分析，获取当前迭代状态下该目标散射体的电磁散射特性数据；

S15：验证指标：将上一步的结果与散射特性指标要求进行对比验证，以确定是否完成优化过程，如达到散射特性指标要求则完成迭代，否则转步骤S12继续迭代优化。

其中，在步骤S14中可以采用特征基函数方法进行全面精确建模分析，当然，也不限于这一种方法，本领域的技术人员可以根据公知技术选择步骤S14进行精确建模分析的方法，只要能够精确分析目标散射体的电磁散射特性即可。

本发明的定位方法将特征基函数方法(CBFM)和高频渐进方法联合使用，能够精确定位到次强散射源的位置，其原理分析如下：

特征基函数方法是利用域分解技术压缩矩量法(MoM)阻抗矩阵的一种直接求解方法，在保持MoM的高精度和直接求解特性的同时，可有效降低传统MoM的存储量和计算量需求，是一种高效精确的电磁建模方法，但是当其计算结果显示目标散射体的散射特性超标时，并不能指示次强散射源的位置，如果单独采用这种方法，则只能盲目地对目标散射体的外形进行调整，这种调整往往解决了老问题又会带来新问题，例如，针对VV极化(垂直极化)下的电磁特性的调整往往影响HH极化下的电磁特性，针对HH极化(水平极化)的电磁特性调整又会影响VV极化下的电磁特性，从而造成低散射体的赋形设计效率很低、周期很长；

高频渐近方法是一种应用广泛的电磁建模方法，其本身具有明确的电磁散射机理解释，但是由于其对于低散射体目标，因未考虑次强散射源而不能准确计算散射贡献；

本发明将特征基函数方法(CBFM)和高频渐进方法联合使用，并将两种方法的计算结果进行误差比对，由于特征基函数方法(CBFM)的精确性和高频渐进方法对次强散射源的忽略，从而两者对比相差较大之处即为次强散射源的位置，本发明将特征基函数方法和高频渐进方法联合使用，使它们各自单独使用时的缺点联合起来恰恰成为优势所在。在定位到次强散射源的位置后，可以在赋形设计时结合目标电磁散射机理，分析次强散射源所在姿态范围内各姿态下所述目标散射体的外形特征，对目标散射特性进行解释，辨别次强散射源的类型。

下面结合具体的定位及赋形设计实例，进一步说明本的技术方案：

首先，根据应用需求确定目标散射体的初始几何外形方案，这时先不需考虑电磁特性指标，例如初始几何方案可以是如图4所示的凸面载体；

然后，分别采用特征基函数方法和高频渐近方法对目标散射体进行电磁特性分析，获取目标散射体在关注姿态及频率下的RCS数据，将两种分析方法获取的关注姿态及频率下的RCS数据绘制成以RCS数据为纵坐标以方位角为横坐标的两条曲线，如图3所示，其中图3(a)是在VV极化3GHz下的测试结果，图3(b)是在VV极化10GHz下的测试结果，从图中可以明显看到在方位角0°±10°的范围内两种方法计算的RCS数据在各点的差值均超过了5dB，因此该方位角范围即为次强散射源所在姿态范围；由图3给出的两个相距甚远的频点的测试结果，也可以看出，本发明的定位方法与频率无关，可在不同的频率段应用；图中PO(物理光学法)即高频渐进方法中的一种，当然也可以采用其它的高频渐进方法。

之后，分析该姿态范围内各姿态下所述目标散射体的外形特征，确认次强散射源的类型(这一分析过程本领域的技术人员可以根据本领域的有关散射类型的公知常识进行)，例如，如图3所示，如果通过分析认为是凸面载体的尖角角度(即几何参数)造成的散射数据超标，则通过调整尖角角度既可对目标散射体的电磁散射特性进行修正。如图5所示，图5(a)即是采用特征基函数方法分析得到的10GHz下目标散射体的修正过的电磁特性曲线和修正前的电磁特性曲线的对比图，可以看到的目标散射体在0°±10°的范围内的散射特性得到了修正，而从图5(b)可以看出该修正并没有影响HH极化下的电磁特性。

本发明定位方法及赋形设计方法引入精确建模技术进行次强散射源对比诊断，可对大多数次强散射源进行定位，不仅适用于支架、载体等提到的低散射体的赋形设计，对应其他需要隐形的目标的赋形设计同样适用。

Claims (7)

1.基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，其特征在于，包括以下步骤：

S01：分别采用特征基函数方法和高频渐近方法对目标散射体进行电磁特性分析，获取目标散射体在关注姿态及频率下的RCS数据；

S02：将两种分析方法得到的数据结果进行比较，找出差异确定次强散射源的位置。

2.如权利要求1所述基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，其特征在于，步骤S02具体包括以下步骤：

逐一求取关注姿态范围内同一方位角下两种分析方法得到的RCS数据之间的差值，如果在超过第一阈值的方位角范围内RCS数据在各方位角下的差值均超过第二阈值，则该方位角范围即为次强散射源所在姿态范围。

3.如权利要求2所述基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，其特征在于，步骤S02还包括以下步骤：

将两种分析方法获取的关注姿态及频率下的RCS数据绘制成以RCS数据为纵坐标以方位角为横坐标的两条曲线。

4.如权利要求3所述基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，其特征在于：所述第一阈值设为5°。

5.如权利要求2至4中任一项所述基于散射机理诊断的低散射体次强散射源的定位方法，其特征在于：所述第二阈值设为3dB。

6.一种基于如权利要求1至5中任一项所述定位方法的低散射体赋形设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

S11：确定初始几何外形方案：在不需考虑电磁特性指标的情况下，根据应用需求确定目标散射体的初始几何外形方案；

S12：散射机理诊断：按照所述定位方法找到所述目标散射体的次强散射源所在姿态范围，分析该姿态范围内各姿态下所述目标散射体的外形特征，确认次强散射源的类型；

S13：针对性的赋形优化：针对上一步骤中的诊断结果，对所述目标散射体进行相应的几何外形调整与设计以消除次强散射源，或对所述目标散射体的几何参数进行调整以期在多轮迭代优化过程中找到最优值；

S14：精确建模分析：按照对所述目标散射体的散射特性指标要求，进行全面精确建模分析，获取当前迭代状态下该目标散射体的电磁散射特性数据；

S15：验证指标：将上一步的结果与所述目标散射体的散射特性指标要求进行对比验证，以确定是否完成优化过程，如达到该散射特性指标要求则完成迭代，否则转步骤S12继续迭代优化。

7.如权利要求6所述低散射体赋形设计方法，其特征在于：在步骤S14中采用特征基函数方法进行全面精确建模分析。