CN105572652B - 一种利用外推获得具有多次散射目标远场rcs的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种基于近场完备双站信息的近场散射外推方法。该方法首先在获取目标全角域的近场双站散射信息后，对各角度下采集的近场散射数据进行外推处理，然后根据互易定理，将外推后的数据等效为“远场发射、近场接收”数据。接下来对该数据再进行一次外推，使其满足“远场发射、远场接收”的条件，最后取出对角线上的元素获得各角度的远场RCS。

Description

一种利用外推获得具有多次散射目标远场RCS的方法

技术领域

本发明涉及一种近场-远场雷达散射截面(RCS)外推方法，特别是针对具有多次散射目标体的近远场变换处理方法，属于散射测量领域。

背景技术

文献“An improved image-based circular near-field to far-fieldtransformation,IEEE Transactions on antennas and propagation,2013,61(2),p989-993”公开了一种基于合成孔径成像的RCS(Radar Cross Section)外推技术原理，该技术是假设目标的空间反射率分布函数不受照射条件变化的影响，是目标本身的客观特性。基于此近似处理，外推技术可应用于近似不需要双站信息的场合，通过ISAR成像获知目标散射率分布，从而确定目标散射，此过程使用了散射中心模型，即忽略了各散射中心的多次耦合。文献所述方法仅根据单站近场散射数据去推算远场的单站RCS，所有的双站信息都没有被采用，这样使得对具有多次散射目标的外推结果误差较大。在理论上，根据近远场散射之间的链条关系，从近场信息评估远场RCS时需要完备的双站散射信息。

发明内容

要解决的技术问题

为了克服针对孤立点散射中心模型所提出的外推方法，在计算复杂耦合目标时性能下降，带来较大误差的问题。本发明提出一种基于多次散射目标的近远场外推方法。

技术方案

本发明提出一种基于近场完备双站信息的近场散射外推方法。该方法首先在获取目标全角域的近场双站散射信息后，对各角度下采集的近场散射数据进行外推处理，然后根据互易定理，将外推后的数据等效为“远场发射、近场接收”数据。接下来对该数据再进行一次外推，使其满足“远场发射、远场接收”的条件，最后取出对角线上的元素获得各角度的远场RCS。

一种基于多次散射目标的近远场外推方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在测量半径满足近场条件R＜2D²/λ的空间内，对待测目标进行散射测量得到完备的近场双站散射数据E^NN(θ_tN,θ_rN)，E^NN(θ_tN,θ_rN)采用矩阵形式表示；其中，上标NN表示近场发射、近场接收；θ_tN表示各发射角度，范围为-180°～180°，间隔为1°，t＝1,2,……,361；θ_rN表示各接收角度，范围为-180°～180°，间隔为1°，r＝1,2,……,361；

步骤2：采用基于合成孔径成像的外推算法，将E^NN(θ_tN,θ_rN)的每一行作外推计算得到E^NF(θ_tN,θ_rF)；其中，上标NF表示近场发射、远场接收；

步骤3：根据互易定理，将步骤2得到的外推数据EN^F(θ_tN,θ_rF)等效为E^FN(θ_rN,θ_tF)；其中，上标FN表示远场发射、近场接收；

步骤4：采用基于合成孔径成像的外推算法，将E^FN(θ_rN,θ_tF)的每一列作外推计算得到E^FF(θ_rF,θ_tF)；其中，上标FF表示远场发射、远场接收；

步骤5：提取E^FF(θ_rF,θ_tF)矩阵对角线数据，即为各角度下的后向单站RCS。

有益效果

本发明提出的一种基于多次散射目标的近远场外推方法，由于采用了目标近场完备的双站信息，考虑到散射体其它方向散射场的波谱对某个方向散射总场的贡献，提出“多发多收”模式下的外推方法。用电磁仿真软件FEKO对二面角和腔体目标结构进行仿真，并通过Matlab软件进行外推计算，结果表明外推远场RCS与远场RCS吻合良好，在耦合区均值误差均小于0.5dB。在工程应用中对于具有多次散射的复杂目标RCS计算具有较高的精度。

附图说明

图1：本发明的处理流程图

图2：(a)二面角的几何模型；(b)二面角的矩形直腔

图3：二面角结构外推远场RCS及远场RCS比较

图4：矩形直腔外推远场RCS及远场RCS比较

具体实施方式

现结合实施例、附图对本发明作进一步描述：

本发明解决其技术问题所采用的技术方案：一种基于多次散射目标的近远场外推方法，其特点是包括下述步骤：

步骤1、在距离满足近场条件R＜2D²/λ的空间测量得到待测目标完备的近场双站散射数据E^NN(θ_tN,θ_rN)。其中，上标NN表示“近场接收，近场发射”，θ_tN表示各发射角度，θ_rN表示各接收角度。

步骤2、采用基于成像的外推算法，将每一次“单发多收”得到的近场数据E^NN(θ_tN,θ_rN)作外推处理，t＝1,2,……n。

步骤3、将所有角度下的外推远场数据进行整理，作为-180°～180°全角域下“近场发射、远场接收”的结果E^NF(θ_tN,θ_rF)，以矩阵形式来表示，其中每一行代表“单发多收”情况下的外推结果。

步骤4、根据互易定理，将步骤3中的外推结果等效为“近场接收、远场发射”的数据，记为E^FN(θ_rN,θ_tF)。提取出矩阵的每一列，即某一角度下的“近场接收、远场发射”的数据E^FN(θ_rN,θ_tF)，t＝1，2，...,n，并对其进行外推处理。

步骤5、再次将所有角度下外推得到的“远场发射、远场接收”数据进行整理。从而获得-180°～180°全角域下“远场发射、远场接收”的RCS数据E^FF(θ_rF,θ_tF)。最后，提取矩阵对角线分布数据，即为各角度下的后向单站RCS。

实例1：

参照图2-a选择一个边长为0.5m的直二面角结构模型，测试频率为1.645GHz，波长为0.1824m。根据近场测量条件R≤2D²/λ＝5.5m，其中为目标最大尺寸，因此仿真时近场距离选取R＝2m。具体步骤如下：

1)利用电磁仿真软件FEKO对直二面角模型进行建模仿真，在距离待测目标R＝2m的方位面上进行近场双站散射数据采集。天线在某一点处进行发射，同时在距离目标R远的圆周上间隔1°进行接收。以此类推，天线在圆周上逐点轮流进行“单发多收”采集，从而得到完备的近场双站数据，记为E^NN(θ_tN,θ_rN)。

2)将1)中得到的每一次“单发多收”近场数据按照公式：

进行近远场外推转换。

3)将2)中所有角度下的外推远场数据整理，得到361×361的矩阵。

4)提取出3)中矩阵的每一列，重复步骤2)、3)。经过两次外推处理，得到“远场发射、远场接收”的数据，再提取出矩阵的对角线元素，最终得到二面角目标的远场RCS。

得到的外推结果参照图3，与FEKO中采用矩量法(MOM)计算的二面角远场RCS进行对比，可以看出，两者吻合良好，在耦合区的平均误差为0.42dB。

实例2：

参照图2-b选择一个长0.68m，宽0.61m，高0.44m的直腔体结构模型，测试频率为1.5GHz，波长为0.2m。根据近场测量条件R≤2D²/λ＝4.6m，其中D＝0.68m为目标最大尺寸，仿真时近场距离选取R＝2m。按照实例1中同样的步骤进行仿真，得到的外推结果参照图4，与腔体的远场RCS进行对比，两者重合度也很高，在耦合区的平均误差为0.38dB。验证了该方法的有效性。

Claims (1)

1.一种基于多次散射目标的近远场外推方法，其特征在于步骤如下：

步骤1：在测量半径满足近场条件R＜2D²/λ的空间内，对待测目标进行散射测量得到完备的近场双站散射数据E^NN(θ_tN,θ_rN)，E^NN(θ_tN,θ_rN)采用矩阵形式表示；其中，上标NN表示近场发射、近场接收；θ_tN表示各发射角度，范围为-180°～180°，间隔为1°，t＝1,2,……,361；θ_rN表示各接收角度，范围为-180°～180°，间隔为1°，r＝1,2,……,361，D为目标最大尺寸；

步骤2：采用基于合成孔径成像的外推算法，将E^NN(θ_tN,θ_rN)的每一行作外推计算得到E^NF(θ_tN,θ_rF)；其中，上标NF表示近场发射、远场接收；

步骤3：根据互易定理，将步骤2得到的外推数据E^NF(θ_tN,θ_rF)等效为E^FN(θ_rN,θ_tF)；其中，上标FN表示远场发射、近场接收；

步骤4：采用基于合成孔径成像的外推算法，将E^FN(θ_rN,θ_tF)的每一列作外推计算得到E^FF(θ_rF,θ_tF)；其中，上标FF表示远场发射、远场接收；

步骤5：提取E^FF(θ_rF,θ_tF)矩阵对角线数据，即为各角度下的后向单站远场RCS。