CN105891795A - 一种双站rcs测量定标方法 - Google Patents

Abstract

公开了一种双站RCS测量定标方法，包括：在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号S₁(f)，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)；计算定标球的双站RCS理论值S₃(f)，从S₃(f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)；根据S_{1_m}(f)、S_{3_m}(f)计算复修正系数C；根据C对待测目标的实测散射回波信号S₂(f)进行定标。本发明通过从定标球的散射回波信号实测值，以及定标球的RCS理论值中提取镜面散射分量用于定标计算，极大提高了定标结果对定标球位置、双站角等因素的容错性，不仅提高了测量精度，而且提高了测试效率。

Description

一种双站RCS测量定标方法

技术领域

本发明涉及电磁散射测量领域，尤其涉及一种双站RCS测量定标方法。

背景技术

在测量目标的RCS(雷达散射截面)时，需要对测试系统进行定标，以将测试系统采集的目标回波信号(功率或电压)与目标的RCS测量值关联起来。目前，在微波暗室内进行RCS测量时，一般使用相对定标法对测量数据进行定标。

在RCS测量定标过程中，定标体的选取对定标精度至关重要。在单站RCS测量定标中，由于金属球具有三维旋转对称性、对摆放姿态精度要求低等优点，使得金属球成为最重要的定标体之一。然而，在双站RCS测量定标中，尤其是在入射波水平极化(HH)入射、大双站角情况下，金属球的爬行波效应显著。进一步的，由于爬行波与镜面散射回波的干涉，导致金属球的RCS值在频域、双站角域均呈现明显的振荡特性。因此，如果采用传统的相对定标法，即在双站RCS测量中直接利用金属球的实测回波信号、以及金属球的RCS理论值进行定标，即便定标体位置或双站角存在很小偏差，也会在最终的结果中引入很大的定标误差。

因此，针对金属球在双站RCS测量中定标效果不理想的情况，亟需一种新的双站RCS测量定标方法，以提高定标效果对定标球位置、双站角等因素的容错性。

发明内容

本发明的目的在于提出一种双站RCS测量定标方法，以提高定标结果对定标球位置、双站角等因素的容错性，进而提高测量精度与测试效率。

本发明提供的双站RCS测量定标方法，包括：

S1、在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号S₁(f)，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)；

S2、计算所述定标球的双站RCS理论值S₃(f)，从S₃(f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)；

S3、计算复修正系数C；

S4、在所述测量系统中测量待测目标的散射回波信号S₂(f)，并对S₂(f)进行定标；

S₄(f)＝C*S₂(f) 公式2

其中，S₄(f)为定标后待测目标的RCS值。

优选的，在步骤S1中，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)具体包括：

S11、对S₁(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S₁(f)变换为时域信号S₁(t)；

S12、对S₁(t)进行时域滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{1_m}(t)；

S13、对S_{1_m}(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)。

优选的，步骤S12具体为：在S₁(t)中确定镜面散射回波波峰位置L₁、爬行波波峰位置L₂；构造以L₁为中心、宽度为Δw₁的窗函数F₁；将所述窗函数F₁与S₁(t)相乘，以提取镜面散射分量S_{1_m}(t)。

优选的，所述窗函数F₁的宽度Δw₁满足：

0.3|L₁-L₂|≤Δw₁≤0.8|L₁-L₂|；

式中，|L₁-L₂|为L₁与L₂的间距。

优选的，步骤S2包括：

S21、基于MIE级数计算定标球的双站RCS理论值S₃(f)；

S22、对S₃(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S₃(f)变换为时域信号S₃(t)；

S23、对S₃(t)进行滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{3_m}(t)；

S24、对S_{3_m}(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)。

优选的，步骤S23具体为：在S₃(t)中确定镜面散射回波波峰位置L₃、爬行波波峰位置L₄；构造以L₃为中心、宽度为Δw₂的窗函数F₂；将所述窗函数F₂与S₃(t)相乘，以提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{3_m}(t)。

优选的，所述窗函数F₂的宽度Δw₂满足：

0.3|L₃-L₄|≤Δw₂≤0.8|L₃-L₄|；

式中，|L₃-L₄|为L₃与L₄的间距。

优选的，在步骤S4之前，所述方法还包括：对待测目标的实测散射回波信号S₂(f)进行背景对消、杂波抑制处理。

优选的，所述测量系统满足：

式中，B为测量系统的最小测试带宽，C₀为真空中的光速，R为定标球的半径，θ为以弧度单位表示的双站角。

优选的，S₁(f)、S₂(f)、S₃(f)均为功率信号，或者，S₁(f)、S₂(f)、S₃(f)均为电压信号。

在本发明的技术方案中，通过测量获取定标球的散射回波信号S₁(f)，通过计算获取定标球的双站RCS理论值S₃(f)；并且，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)、从S₃(f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)；根据S_{1_m}(f)、S_{3_m}(f)计算复修正系数C；根据C对待测目标的实测散射回波信号S₂(f)进行定标。本发明通过从定标球的散射回波信号实测值，以及定标球的RCS理论值中提取镜面散射分量用于定标计算，从而降低了双站RCS定标效果对定标体位置、双站角等因素的敏感度，大幅提高了测量精度与测试效率。

附图说明

通过以下参照附图而提供的具体实施方式部分，本发明的特征和优点将变得更加容易理解，在附图中：

图1是定标球的RCS与镜面散射分量RCS对比示意图；

图2是实施例中的双站RCS测量定标方法流程示意图；

图3是定标球的实测回波信号与滤波后的回波信号对比图；

图4a是目标的RCS理论值与采用相对定标法获取的目标RCS测量值曲线；

图4b是目标的RCS理论值与采用本实施例的定标方法获取的目标RCS测量值曲线。

具体实施方式

下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。

在双站RCS测量中，若选用金属球作为标准定标体、并采用传统的相对定标法进行定标，则定标结果对定标体位置、双站角等因素的变化的敏感度高，进而导致测量精度与测试效率较低。

针对上述技术问题，本申请的发明人对金属球的RCS、以及与镜面散射分量对应的RCS进行了研究。图1为定标球的RCS与镜面散射分量RCS对比示意图。其中，图1所用定标球的半径为250mm，双站角为150°。从图1可见，尽管金属球的双站RCS理论值振荡特性显著，但是其镜面散射分量对应的RCS的变化较平缓。鉴于此发现，本申请的发明人创造性地提出了一种新的RCS测量定标方法。本发明的主要思路是，从定标球的实测回波信号与RCS理论计算值中分别提取镜面散射分量，并基于镜面散射分量进行定标。本发明的方法提高了定标结果对定标球位置、双站角等因素的容错性，进而大幅提高了测量精度与测试效率。

下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行详细说明。

图2给出了本发明实施例中的双站RCS测量定标方法流程示意图。从图2可见，该方法具体包括：

步骤S1、在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号S₁(f)，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)。

具体地，在双站RCS测量系统中，我们可以通过宽带扫频获取定标球的实测回波信号S₁(f)。其中，S₁(f)通常为雷达测得的回波功率值或电压值。在获取S₁(f)之后，我们需要对S₁(f)进行处理，以提取镜面散射分量对S₁(f)的贡献部分，即S_{1_m}(f)。

其中，从S₁(f)中提取S_{1_m}(f)具体包括步骤S11、S12、S13。

S11、对S₁(f)进行IFFT(快速傅里叶逆变换)，以将信号从频域变换为时域，进而获取时域信号S₁(t)。

S12、对S₁(t)进行时域滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{1_m}(t)。

在步骤S12中，我们可以通过软件距离门技术进行时域滤波。软件距离门技术实质上就是在时域信号上乘上一个窗函数，以保留软件门内部的信号，而将门外的其他信号截断。在本发明实施例中，通过软件距离门技术进行时域滤波具体为：首先，在时域信号S₁(t)中确定镜面散射回波的波峰位置L₁、爬行波的波峰位置L₂。然后，构造以L₁为中心、宽度为Δw₁的窗函数F₁。最后，将所述窗函数F₁与S₁(t)相乘，以提取镜面散射分量对应的时域信号S_{1_m}(t)。在具体实施时，宽度Δw₁的一个优选取值范围为：0.3|L₁-L₂|≤Δw₁≤0.8|L₁-L₂|。其中，|L₁-L₂|为镜面散射回波波峰位置L₁与爬行波波峰位置L₂之间的距离。当宽度Δw₁位于上述取值区间时，窗函数F₁的滤波效果更好。

图3给出了定标球的回波信号与滤波后的回波信号对比图。其中，图3所用定标球的半径为250mm。从图3可见，在滤波之前，定标球的回波信号中包括：镜面散射波、爬行波、收发天线泄露波、以及其他背景杂波。经过滤波，我们从回波信号中有效滤除了爬行波、收发天线泄露波、以及其他背景杂波，从而提取出镜面散射回波分量对应的时域信号S_{1_m}(t)。

S13、对S_{1_m}(t)进行FFT(快速傅里叶变换)，以将信号从时域变换为频域，进而获取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)。

在本发明实施例中，为了在时域上较好的区分出镜面散射回波与爬行波，测试系统具备的最小测试带宽需满足：

$\begin{array}{cc}B>\frac{C_0}{R(\mathrm{\π}-\mathrm{\θ}-2cos(\frac{\mathrm{\θ}}{2}\left)\right)}& GHz\end{array}$

其中，B为测量系统的最小测试带宽，C₀为真空中的光速，R为定标球的半径，θ为双站角。

步骤S2、计算所述定标球的双站RCS理论值S₃(f)，从S₃(f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)。

具体地，在步骤S2中，我们可基于Mie级数计算定标球的双站RCS理论值S₃(f)。在获取S₃(f)之后，我们需要对S₃(f)进行处理，以提取镜面散射分量对S₃(f)的贡献部分，即S_{3_m}(f)。其中，从S₃(f)中提取S_{3_m}(f)具体包括：对S₃(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S₃(f)变换为时域信号S₃(t)；接下来，对S₃(t)进行滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{3_m}(t)；最后，对S_{3_m}(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)。

其中，在步骤S2中，我们也可通过软件距离门技术进行时域滤波。在本发明实施例中，通过软件距离门技术对S₃(t)进行滤波具体为：首先，在S₃(t)中确定镜面散射波回波峰位置L₃、爬行波波峰位置L₄；然后，构造以L₃为中心、宽度为Δw₂的窗函数F₂；最后，将窗函数F₂与S₃(t)相乘，以提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{3_m}(t)。为了获得较好的滤波效果，宽度Δw₂的一个优选取值范围为：0.3|L₃-L₄|≤Δw₂≤0.8|L₃-L₄|。其中，|L₃-L₄|为L₃与L₄的间距。

通过步骤S1、S2，我们获取了定标球的实测回波信号S₁(f)以及定标球的RCS理论值S₃(f)。并且，我们通过软件距离门技术分别从S₁(f)、S₃(f)中提取了镜面散射回波分量。需要指出的是，在具体实施时，步骤S1、S2的顺序可进行调整。比如，可先进行步骤S2、后进行步骤S1，或者，步骤S1、S2同时进行。

步骤S3、根据S_{3_m}(f)、S_{1_m}(f)计算复修正系数C。具体地，计算复修正系数C的公式为：

$C=\frac{S_{3\_m}\left(f\right)}{S_{1\_m}\left(f\right)}.$

步骤S4、在所述测量系统中测量待测目标的散射回波信号S₂(f)，并根据复修正系数C对待测目标的散射回波信号S₂(f)进行定标。其中，定标公式具体为：S₄(f)＝C*S₂(f)。式中，S₄(f)为定标后待测目标的RCS值。需要指出的是，在具体实施时，定标体与待测目标需在相同的测试条件下进行测试。较佳的，在对目标的散射回波信号S₂(f)进行定标前，需要对S₂(f)进行预处理。所述预处理包括：对待测目标的散射回波信号S₂(f)进行背景对消、杂波抑制处理。

在本发明实施例中，通过步骤S1测取了定标球的散射回波信号S₁(f)、并从S₁(f)中提取了镜面散射分量S_{1_m}(f)；通过步骤S2计算得到定标球的RCS理论值S₃(f)；然后，根据S_{1_m}(f)、确定了复修正系数C，并通过复修正系数C进行测量定标。需要指出的是，在具体实施时，S₁(f)、S₂(f)、S₃(f)可以为功率信号，或者，S₁(f)、S₂(f)、S₃(f)可以为电压信号。本发明实施例通过提取镜面散射回波分量用于定标计算，降低了双站RCS定标效果对定标体位置、双站角等因素的敏感度，大幅提高了测量精度与测试效率。

下面结合图4a、图4b对本发明实施例的定标方法的技术效果进行详细说明。图4a为目标的RCS理论值与采用相对定标法获取的目标RCS测量值。图4b为目标的RCS理论值与采用本实施例的定标法获取的目标RCS测量值。其中，图4a、图4b中选用的测试目标为半径为150mm的金属球，图4a、图4b选用的定标球为半径为250mm的金属球。从图4a、图4b可见，在双站RCS测量中，本实施例提供的定标方法的定标效果远远优于传统的相对定标法。

虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限于文中详细描述和示出的具体实施方式，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。

Claims (10)

1.一种双站RCS测量定标方法，其特征在于，所述方法包括：

S1、在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号S₁(f)，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)；

S2、计算所述定标球的双站RCS理论值S₃(f)，从S₃(f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)；

S3、计算复修正系数C；

S4、在所述测量系统中测量待测目标的散射回波信号S₂(f)，并对S₂(f)进行定标；

S₄(f)＝C*S₂(f) 公式2

其中，S₄(f)为定标后待测目标的RCS值。

2.如权利要求1所述的方法，其中，在步骤S1中，从S₁(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)具体包括：

S11、对S₁(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S₁(f)变换为时域信号S₁(t)；

S12、对S₁(t)进行时域滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{1_m}(t)；

S13、对S_{1_m}(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的实测值S_{1_m}(f)。

3.如权利要求2所述的方法，其中，步骤S12具体为：

在S₁(t)中确定镜面散射回波波峰位置L₁、爬行波波峰位置L₂；构造以L₁为中心、宽度为Δw₁的窗函数F₁；将所述窗函数F₁与S₁(t)相乘，以提取镜面散射分量S_{1_m}(t)。

4.如权利要求3所述的方法，其中，所述窗函数F₁的宽度Δw₁满足：

0.3|L₁-L₂|≤Δw₁≤0.8|L₁-L₂|；

式中，|L₁-L₂|为L₁与L₂的间距。

5.如权利要求1所述的方法，其中，步骤S2包括：

S21、基于MIE级数计算定标球的双站RCS理论值S₃(f)；

S22、对S₃(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S₃(f)变换为时域信号S₃(t)；

S23、对S₃(t)进行滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{3_m}(t)；

S24、对S_{3_m}(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S_{3_m}(f)。

6.如权利要求5所述的方法，其中，步骤S23具体为：

在S₃(t)中确定镜面散射回波波峰位置L₃、爬行波波峰位置L₄；构造以L₃为中心、宽度为Δw₂的窗函数F₂；将所述窗函数F₂与S₃(t)相乘，以提取镜面散射回波分量对应的时域信号S_{3_m}(t)。

7.如权利要求6所述的方法，其中，所述窗函数F₂的宽度Δw₂满足：

0.3|L₃-L₄|≤Δw₂≤0.8|L₃-L₄|；

式中，|L₃-L₄|为L₃与L₄的间距。

8.如权利要求1-7任一所述的方法，其中，在步骤S4之前，所述方法还包括：

对待测目标的实测散射回波信号S₂(f)进行背景对消、杂波抑制处理。

9.如权利要求8所述的方法，其中，所述测量系统满足：

式中，B为测量系统的最小测试带宽，C₀为真空中的光速，R为定标球的半径，θ为以弧度单位表示的双站角。

10.如权利要求9所述的方法，其中，S₁(f)、S₂(f)、S₃(f)均为功率信号，或者，S₁(f)、S₂(f)、S₃(f)均为电压信号。