CN106526547B - 基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法 - Google Patents

Abstract

公开了基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，涉及电磁散射测量、信号特征控制技术领域。本发明的方法包括：分别在两个高度条件下对目标进行直线扫描，获取目标的两个二维像；根据两次直线扫描的高度差和两个二维像的相位差，确定目标的每个散射源的高度；基于目标的每个散射源的高度，在高度向对目标进行滤波，将滤波后的散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS。利用InSAR技术对目标进行直线扫描近场，能够快速高效地获取回波数据；通过利用在两个高度采集数据的相位信息进行干涉处理，能够实现在一定高度范围内的相位解缠，从而唯一的确定散射源高度。本发明能够进行竖向空间滤波从而实现抑制场地杂散回波、提高测试精度的目的。

Description

基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法

技术领域

本发明涉及电磁散射测量、信号特征控制技术，特别涉及基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发明的现有技术。

进行外场RCS测试时，需要对场地背景杂散回波进行控制以提高测试精度。由于场地、设备等方面因素的制约，一般无法通过矢量背景对消的方法达到抑制场地杂散回波的目的，而采取软/硬件距离门的方法降低背景。其基本原理都是基于先验的目标空间分布信息进行空间滤波提高接收信号的信噪比。通过三维成像获取目标的三维空间散射分布之后，可以对目标区之外的杂散波源进行抑制。但这种方法的测试的时间成本极高而在实际应用中限制较大。因此，目前主要利用距离向或横向信息进行空间滤波。

发明内容

本发明的目的在于提出基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，能够进行竖向空间滤波，从而实现抑制场地杂散回波、提高测试精度的目的。

本发明基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，包括如下步骤：

S1、分别在两个高度条件下对目标进行直线扫描，获取目标的两个二维像；

S2、根据两次直线扫描的高度差Δh和两个二维像的相位差Δφ，确定目标的每个散射源的高度；

S3、基于目标的每个散射源的高度，在高度向对目标进行滤波，将滤波后的散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS；

其中，Δφ小于360°。

优选地，两次直线扫描的高度差Δh满足如下关系：

式中，Δh为两次直线扫描的高度差，λ为入射电磁波波长，R₀为扫描天线沿其指向方向距离目标的距离，D_h为目标在高度方向的最大尺寸，单位为m。

优选地，步骤S2之前进一步包括：按照如下方法确定两次直线扫描的高度和两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

根据扫描天线的位置以及目标的空间分布，分别确定两次直线扫描的高度与散射源的高度之间的关系：

分别确定两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

式中，h₁、h₂分别为两次直线扫描的高度，φ₁、φ₂分别为两个二维像的相位，r₁、r₂分别为两次直线扫描时天线与散射源的距离，(x₀，y₀，z₀)为散射源的坐标，λ为入射电磁波波长，(p，-R₀，h₁)为高度h₁条件下天线在扫描坐标系的坐标，(p，-R₀，h₂)为高度h₂条件下天线在扫描坐标系的坐标，单位为m；扫描坐标系以目标所在位置为坐标原点，以扫描移动方向X轴、以天线指向为Y轴、以目标的高度方向为Z轴。

优选地，扫描天线沿其指向方向到目标的距离R₀不小于目标最大几何尺寸的10倍。

优选地，将公式2和公式3分别转化为：

步骤S2中按照如下关系确定散射源的高度：

式中，Δh为两次直线扫描的高度差，Δφ为散射源在两个二维像的相位差，单位为m；Δh＝h₁-h₂、Δφ＝φ₁-φ₂，或者Δh＝h₂-h₁、Δφ＝φ₂-φ₁。

优选地，步骤S3包括：

将散射源高度与目标实际高度之间的差值不大于预设阈值的散射源标记为有效散射源、散射源高度与目标实际高度之间的差值大于预设阈值的散射源标记为杂波；

滤除所述杂波，并以所述有效散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS。

本发明基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法包括：分别在两个高度条件下对目标进行直线扫描，获取目标的两个二维像；根据两次直线扫描的高度差和两个二维像的相位差，确定目标的每个散射源的高度；基于目标的每个散射源的高度，在高度向对目标进行滤波，将滤波后的散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS。利用InSAR技术对目标进行直线扫描近场，能够快速高效地获取回波数据；通过利用在两个高度采集数据的相位信息进行干涉处理，能够实现在一定高度范围内的相位解缠，从而唯一的确定散射源高度。本发明能够进行竖向空间滤波从而实现抑制场地杂散回波、提高测试精度的目的。

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是本发明基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法的流程图；

图2是本发明基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法的示意图。

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。

如图1所示，本发明基于InSAR技术的直线扫描近场雷达散射截面(Radar Cross-Section，RCS)测试杂波抑制方法，包括如下步骤：

S1、分别在两个高度条件下对目标进行直线扫描，获取目标的两个二维像；

S2、根据两次直线扫描的高度差Δh和两个二维像的相位差Δφ，确定目标的每个散射源的高度；

S3、基于目标的每个散射源的高度，在高度向对目标进行滤波，将滤波后的散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS。

回波数据的二维像信息中包含了散射的幅度和相位信息，相位信息与雷达系统的工作频率、目标相对雷达的纵向距离和高度差有关。在实际RCS测试中，由于二维像的幅度和相位信息均为已知，因此可以反推出散射源的高度信息。但由于相位的周期性变化，一个幅度值对应多个相位信息，因此按照上述方式所得到的高度信息并不唯一，即出现相位缠绕现象。例如，在某一高度下扫描得到的回波数据，其相位值可能是a1，也有可能是a1+n×360°，其中n为整数。本发明基于合成孔径雷达干涉(Synthetic Aperture RadarInterferometry,InSAR)技术进行直线扫描，通过利用不同高度上采集数据的相位信息进行干涉处理，实现在一定的高度范围内的相位解缠，从而能够唯一的确定散射源高度。

在图2示出的实施例中，以目标所在位置为坐标原点O，以扫描移动方向X轴、以天线指向为Y轴、以目标的高度方向为Z轴建立扫描坐标系，图中点A(x₀,y₀,z₀)代表目标上的任意一个散射源，h₁、h₂分别为两次直线扫描的高度，r₁、r₂分别为两次直线扫描时天线与散射源的距离，(x₀，y₀，z₀)为散射源的坐标，(p，-R₀，h₁)为高度h₁条件下天线在扫描坐标系的坐标，(p，-R₀，h₂)为高度h₂条件下天线在扫描坐标系的坐标。在对目标进行直线扫描时，天线沿着X轴指向的方向对目标进行扫描。

当两次直线扫描得到的两个二维像的相位差大于等于360°时，基于该两次扫描的回波数据计算得到的散射源的高度仍然不是唯一的，导致相位缠绕。为此，本发明在两个高度条件下对目标进行直线扫描时，要求两个二维像的相位差Δφ小于360°。在实际测试过程中，可以依次获取多个高度条件下的扫描回波数据，并从中选择相位差Δφ小于360°的一组回波数据计算散射源的高度。当然，为了减小扫描次数、提高测试效率，本领域技术人员也可以设计合适的扫描高度，使得所得回波数据的相位差Δφ小于360°。

当两次直线扫描的高度差越大，所得回波数据的相位差越大。当两次所得回波数据的相位差大于等于360°时，仍然会出现上述的相位缠绕现象。为了避免相位缠绕，在本发明的一些实施例中，两次直线扫描的高度差Δh满足如下关系：

式中，Δh为两次直线扫描的高度差，λ为入射电磁波波长，R₀为扫描天线沿其指向方向距离目标的距离，D_h为目标在高度方向的最大尺寸，单位为m。

为了便于测试和计算，本领域技术人员可以根据实际条件选择合适的同恒等条件进而建立相位信息与扫描高度差之间的对应关系，本发明基于相位信息与扫描高度差之间的对应关系即可反推出散射源的高度信息，对该对应关系的建立方式、以及具体函数形式不做具体限定。在一些实施例中，步骤S2之前进一步包括：按照如下方法确定两次直线扫描的高度和两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

根据扫描天线的位置以及目标的空间分布，分别确定两次直线扫描的高度与散射中心的高度之间的关系：

分别确定两个二维像的相位与散射中心的高度之间的关系：

两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

式中，h₁、h₂分别为两次直线扫描的高度，φ₁、φ₂分别为两个二维像的相位，r₁、r₂分别为两次直线扫描时天线与散射中心的距离，(x₀，y₀，z₀)为散射中心的坐标，λ为入射电磁波波长，(p，-R₀，h₁)为高度h₁条件下天线在扫描坐标系的坐标，(p，-R₀，h₂)为高度h₂条件下天线在扫描坐标系的坐标，单位为m；扫描坐标系以目标所在位置为坐标原点，以扫描移动方向X轴、以天线指向为Y轴、以目标的高度方向为Z轴。

由于散射源天线在扫描坐标系的横坐标和纵坐标、天线天线在扫描坐标系的坐标均为已知，因此根据两个二维像的相位、结合上述公式6即可唯一确定散射源的高度。

当扫描天线沿其指向方向到目标的距离R₀远大于散射中心到目标的距离时，例如扫描天线沿其指向方向到目标的距离R₀不小于目标最大几何尺寸的10倍时，可以将公式2和公式3分别转化为公式7和公式8。本发明中的几何尺寸是指目标沿任意一个方向的长度，最大几何尺寸是指目标沿着各个方向的长度的最大值。

因此，步骤S2中可以按照如下关系确定散射源的高度：

式中，Δh为两次直线扫描的高度差，Δφ为散射源在两个二维像的相位差，单位为m；Δh＝h₁-h₂、Δφ＝φ₁-φ₂，或者Δh＝h₂-h₁、Δφ＝φ₂-φ₁。

本发明中，确定散射源的高度之后，可以根据散射源的高度与目标的实际高度进行竖向空间滤波以实现杂波抑制的目的。优选地，步骤S3包括：

将散射源高度与目标实际高度之间的差值不大于预设阈值的散射源标记为有效散射源、散射源高度与目标实际高度之间的差值大于预设阈值的散射源标记为杂波；

滤除所述杂波，并以所述有效散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS。

与现有技术相比，本发明能够唯一确定散射源的高度，抑制高度向上与目标存在明显差异的散射源，从而降低场地背景回波，达到杂波抑制的目的。测试速度快速、效率高效、准确性和精确性好。

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 (5)

1.基于InSAR技术的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，其特征在于包括如下步骤：

S1、分别在两个高度条件下对目标进行直线扫描，获取目标的两个二维像；

S2、根据两次直线扫描的高度差Δh和两个二维像的相位差Δφ，确定目标的每个散射源的高度；

S3、基于目标的每个散射源的高度，在高度向对目标进行滤波，将滤波后的散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS；

其中，Δφ小于360°；

在步骤S2之前，按照如下方法确定两次直线扫描的高度和两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

根据扫描天线的位置以及目标的空间分布，分别确定两次直线扫描的高度与散射源的高度之间的关系：

分别确定两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

两个二维像的相位与散射源的高度之间的关系：

式中，h₁、h₂分别为两次直线扫描的高度，φ₁、φ₂分别为两个二维像的相位，r₁、r₂分别为两次直线扫描时天线与散射源的距离，(x₀，y₀，z₀)为散射源的坐标，λ为入射电磁波波长，(p，-R₀，h₁)为高度h₁条件下天线在扫描坐标系的坐标，(p，-R₀，h₂)为高度h₂条件下天线在扫描坐标系的坐标，单位为m；扫描坐标系以目标所在位置为坐标原点，以扫描移动方向为X轴、以天线指向为Y轴、以目标的高度方向为Z轴。

2.如权利要求1所述的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，其特征在于，两次直线扫描的高度差Δh满足如下关系：

式中，Δh为两次直线扫描的高度差，λ为入射电磁波波长，R₀为扫描天线沿其指向方向距离目标的距离，D_h为目标在高度方向的最大尺寸，单位为m。

3.如权利要求1所述的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，其特征在于，扫描天线沿其指向方向到目标的距离R₀不小于目标最大几何尺寸的10倍。

4.如权利要求3所述的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，其特征在于，将公式2和公式3分别转化为：

步骤S2中按照如下关系确定散射源的高度：

式中，Δh为两次直线扫描的高度差，Δφ为散射源在两个二维像的相位差，单位为m；Δh＝h₁-h₂、Δφ＝φ₁-φ₂，或者Δh＝h₂-h₁、Δφ＝φ₂-φ₁。

5.如权利要求1所述的直线扫描近场RCS测试杂波抑制方法，其特征在于，步骤S3包括：

将散射源高度与目标实际高度之间的差值不大于预设阈值的散射源标记为有效散射源、散射源高度与目标实际高度之间的差值大于预设阈值的散射源标记为杂波；

滤除所述杂波，并以所述有效散射源进行重构得到杂波抑制后的目标RCS。