CN106680787A - Rcs测量中提高定标精度的方法与系统 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种RCS测量中提高定标精度的方法及系统，包括：针对多个雷达散射截面RCS理论值已知的定标体，分别测量不同频率下的RCS实测值；根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。本发明能够利用多个定标体相互定标，得到雷达频率响应函数的最小均方误差估计，同时给出每个定标体的定标误差。本发明尤其对特定频率下如低频波段、低信噪比条件下RCS定标测试有比较好的鲁棒性。

Description

RCS测量中提高定标精度的方法与系统

技术领域

本发明涉及雷达散射界面RCS测量领域，尤其涉及一种RCS测量中提高定标精度的方法与系统。

背景技术

室内RCS测量中，主要采用“双定标”技术来估计RCS测量不确定度，该方法利用两个理论RCS值可精确获得的不同类型定标体进行测量。其中的第一定标体用于获取雷达频率响应函数，第二定标体估计定标测量过程中的误差或不确定度。上述方法的不足之处在于第一定标体的选择具有任意性，因为从定义上，第一定标体的误差始终认为是0，而第二定标体的误差是前两次定标测量的综合。但是实际测试过程中并不如此，除非第一定标体无任何干扰，但这实际并不存在。

因此，亟需提出一种新的定标方法解决上述问题。

发明内容

有鉴于此，本发明提供了一种RCS测量中提高定标精度的方法与系统，利用多个定标体相互定标，得到雷达频率响应函数的最小均方误差估计。同时本发明还给出每个定标体的定标误差。本发明尤其对特定频率下如低频波段、低信噪比条件下RCS定标测试有比较好的鲁棒性。

本发明一方面提供一种RCS测量中提高定标精度的方法，包括步骤：

S1.针对多个雷达散射截面RCS理论值已知的定标体，分别测量不同频率下的RCS实测值；

S2.根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。

优选地，在步骤S2之后，所述方法还包括步骤：

S3.根据所述雷达频率响应函数估计值、定标体RCS理论值、定标体RCS实测值获取RCS测量误差。

优选地，RCS测量误差包括RCS偏差及RCS定标误差。

优选地，步骤S2具体为：利用公式1计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值：

其中，为所述雷达频率响应函数估计值，p为定标体序号，P为定标体总数，q为频率序号，t_pq为RCS理论值，m_pq为RCS实测值。

优选地，所述方法还包括：通过公式2计算RCS偏差：

其中，ε_pq为RCS偏差。

优选地，所述方法还包括：通过公式3计算RCS定标误差：

其中，ΔdB_pq为RCS定标误差。

优选地，定标体为三个以上。

优选地，定标体为三个，分别为：第一定标圆柱、第二定标圆柱、定标平板；其中，第一定标圆柱底面半径与第二定标圆柱不同。

本发明另一方面提供一种RCS测量中提高定标精度的系统，包括：

理论值计算单元，用于计算多个定标体的雷达散射截面RCS理论值；

测量单元，用于分别测量所述多个定标体的RCS实测值；

频响计算单元，用于根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。

优选地，所述系统还包括：

误差计算单元，用于根据所述雷达频率响应函数估计值、定标体RCS理论值、定标体RCS实测值计算RCS偏差及RCS定标误差。

由以上技术方案可知，本发明提供的RCS测量中提高定标精度的方法与系统能够准确预估雷达频率响应函数，同时可得到不同定标体的定标误差。本发明与实际测试环境吻合，大大提高了RCS测量中的定标精度。

附图说明

图1是本发明的RCS测量中提高定标精度的方法示意图。

图2是本发明的RCS测量中提高定标精度的系统组成示意图。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下参照附图并举出优选实施例，对本发明进一步详细说明。然而，需要说明的是，说明书中列出的许多细节仅仅是为了使读者对本发明的一个或多个方面有一个透彻的理解，即便没有这些特定的细节也可以实现本发明的这些方面。

本发明的发明人考虑到，RCS精确测量过程中，为了估计RCS测量不确定度，常采用“双定标”技术。这种方法的不足就是第一定标体的选择具有任意性，因为从定义上，第一定标体的误差始终为0，而第二定标体的误差是前两次定标测量的综合。实际测试过程中并不是这样，除非第一定标体无任何干扰(实际并不存在)。

因此，与其选择一个定标体去估计雷达频率响应函数，更合理的做法是利用实际测量中所有定标体的定标数据计算雷达频率响应函数。本发明的发明人提出一种改进的预估雷达频率响应函数，可最小化定标体测量值与理论值间的均方根误差(Mean SquareError，MSE)。同时，该方法对每一定标体的定标误差给出非零估计，与双定标方法相比，本专利方法将有效降低第二定标体的定标误差。

图1示出了本发明的RCS测量中提高定标精度的方法，参见图1，本方法具体按照如下步骤执行：

步骤S1，针对多个RCS理论值已知的定标体，分别测量定标体在不同频率下的RCS实测值。

具体应用中，本发明可以利用2个以上的定标体进行测量。较佳地，采用第一定标圆柱、第二定标圆柱、定标平板这三个定标体，其中的第一定标圆柱底面半径与第二定标圆柱不同。

步骤S2，根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。

具体地，通过以下方法进行上述雷达频率响应函数估计值的计算：

首先，用t_pq表示RCS理论值，m_pq表示RCS实测值，RCS理论值与实测值均为复数值。p为定标体序号，P为定标体总数，q为频率序号，Q为不同频率的总数。忽略测量过程中各种误差，RCS实测值与理论值存在如下关系：

m_pq≈C_qt_pq

其中的C_q为雷达频率响应函数。

之后，建立如下代价函数以最小化雷达定标方程的总体均方误差：

对其求导，可以得到雷达定标方程的最小均方误差估计：

其中的为所述雷达频率响应函数估计值。

上式变形之后可以得到：

这样，就获得了均方误差最小的雷达频率响应函数估计值，与现有的双定标技术相比，上述雷达频率响应函数估计值不是通过一个定标体的定标收据获取，而是考虑了多个定标体的所有数据，因此准确度较高。

在本发明优选实施例中，还可通过步骤S3获得每一定标体的定标误差。

步骤S3，根据上述雷达频率响应函数估计值、定标体RCS理论值、定标体RCS实测值获取RCS测量误差。一般地，上述RCS测量误差包括RCS偏差及RCS定标误差。

RCS偏差及RCS定标误差通过以下方法给出：

首先，利用得到的雷达频率响应函数估计值及定标体RCS实测值通过下式计算相应的理论值用于与此前已知的理论值进行比较：

接着，给出RCS偏差ε_pq的定义为：

RCS定标误差ΔdB_pq的定义为：

通过以上方法，本发明得到了针对任一定标体在不同频率下的RCS偏差及RCS定标误差。从公式2、3中可以看到，RCS偏差对相位误差较为敏感，而RCS定标误差对相位误差不敏感。

下面将本发明与现有的双定标方法进行比较。

在双定标方法中，雷达频率响应函数的估计值为：

其中，为双定标方法中的雷达频率响应函数估计值，m_1q为第一定标体RCS实测值，t_1q为第一定标体RCS理论值。

类似地，其RCS偏差及RCS定标误差ΔdB_pq通过下式给出：

不难发现，第一定标体的RCS偏差及RCS定标误差均为零，而第二定标体的RCS定标误差为：

可见，无论两个定标体中的哪一个被选为第一定标体，定标误差都不会改变。但是实际测量时并非如此，特别是当加性误差占主导因素时，较高的定标体RCS会得到比较低的定标误差。

通过将公式1表达的MMSE(最小化均方误差)雷达频率响应函数估计与公式4表示的双定标雷达频率响应函数估计进行比较，显然，选择多个定标体来估计雷达频率响应函数能够提高定标精度。另外，还可以得到任意定标体的偏差与定标误差。

图2示出了本发明的RCS测量中提高定标精度的系统组成，参见图2，上述系统包括：理论值计算单元11、测量单元12、频响计算单元13。

具体而言，理论值计算单元11用于计算多个定标体的雷达散射截面RCS理论值。测量单元12用于分别测量所述多个定标体的RCS实测值。频响计算单元13用于根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。

在本发明优选实施例中，上述系统还包括误差计算单元14，用于根据上述雷达频率响应函数估计值、定标体RCS理论值、定标体RCS实测值计算RCS偏差及RCS定标误差。

通过数值仿真实验可证明本发明提供的RCS测量中提高定标精度的方法及系统较常规的双定标方法能够更精确的估计雷达频率响应函数，特别在高噪声背景下，本发明能够降低目标定标误差约0.5dB。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分步骤是可以通过程序来指令相关的硬件来完成，该程序可以存储于一计算机可读取存储介质中，如：ROM/RAM、磁碟、光盘等。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种RCS测量中提高定标精度的方法，其特征在于，包括步骤：

S1.针对多个雷达散射截面RCS理论值已知的定标体，分别测量不同频率下的RCS实测值；

S2.根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。

2.如权利要求1所述的方法，在步骤S2之后，还包括步骤：

S3.根据所述雷达频率响应函数估计值、定标体RCS理论值、定标体RCS实测值获取RCS测量误差。

3.如权利要求2所述的方法，RCS测量误差包括RCS偏差及RCS定标误差。

4.如权利要求3所述的方法，步骤S2具体为：利用公式1计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值：

其中，为所述雷达频率响应函数估计值，p为定标体序号，P为定标体总数，q为频率序号，t_pq为RCS理论值，m_pq为RCS实测值。

5.如权利要求4所述的方法，还包括：通过公式2计算RCS偏差：

其中，ε_pq为RCS偏差。

6.如权利要求5所述的方法，还包括：通过公式3计算RCS定标误差：

其中，ΔdB_pq为RCS定标误差。

7.如权利要求1-6任一所述的方法，定标体为三个以上。

8.如权利要求7所述的方法，定标体为三个，分别为：第一定标圆柱、第二定标圆柱、定标平板；其中，第一定标圆柱底面半径与第二定标圆柱不同。

9.一种RCS测量中提高定标精度的系统，其特征在于，包括：

理论值计算单元，用于计算多个定标体的雷达散射截面RCS理论值；

测量单元，用于分别测量所述多个定标体的RCS实测值；

频响计算单元，用于根据所有定标体的RCS理论值与RCS实测值计算均方误差最小的雷达频率响应函数估计值。

10.如权利要求9所述的系统，还包括：

误差计算单元，用于根据所述雷达频率响应函数估计值、定标体RCS理论值、定标体RCS实测值计算RCS偏差及RCS定标误差。