CN106872972B - 基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法 - Google Patents

基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法 Download PDF

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Abstract

公开了基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法，包括：根据目标电磁散射数据的各个影响因素之间的相互关联性，将所述各个影响因素分成若干组；基于每组影响因素对目标电磁散射数据的影响大小，将所述若干组按照升序排序；针对每一个待插值组，将所述待插值组以外的组作为一个整体胞元，依次对升序排列后的每组影响因素进行插值，获取目标电磁散射数据。本发明通过将各个影响因素分成若干组、并分别对每组待插值数据进行插值处理，能够对影响目标电磁散射数据的多维数据进行降维，在现有建模仿真计算条件不足的情况下，近似获取临近空间目标任意状态下的电磁散射数据。

Description

基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法
技术领域
本发明涉及雷达目标电磁特性及数据处理技术领域，尤其涉及基于六维插值的临近空间目标数据获取方法。
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。
临近空间是指海平面以上20km～100km高度的空间区域，主要包括平流层、中间层和部分电离层，具有空气稀薄、环境温度变化复杂和环境压力低等特点。近年来，随着技术的不断发展，临近空间正逐步成为军事应用的热点区域和新的作战走廊，高超声速飞行器将成为二十一世纪重要的空天军事手段。临近空间高超声速飞行器目标的电磁特性，是指飞行器在临近空间高超声速飞行过程中与大气相互作用所产生的、能够被雷达传感器所感知的固有物理和化学属性，这些特性是客观存在的，是预警、探测和识别目标的依据。
获取临近空间目标电磁散射数据是分析其电磁特性的基础，相对于一般目标的仿真计算除了考虑方位角、俯仰角和频率以外，临近空间高超声速飞行目标还要考虑其飞行高度、飞行速度和攻角。因此在仿真获取临近空间高超声速飞行目标电磁散射数据过程中有六个变量，而现有的建模仿真条件还不能仿真计算任意状态的电磁散射数据，现有的数据处理方法中也没有针对临近空间目标六维数据的近似获取方法，本文引入六维插值的方法获取临近空间目标任意状态的电磁散射数据。
发明内容
本发明的目的在于提出基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法，能够获取多维数据任意状态下的目标电磁散射数据。
本发明基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法，包括：
S1、根据目标电磁散射数据的各个影响因素之间的相互关联性，将所述各个影响因素分成若干组；
S2、基于每组影响因素对目标电磁散射数据的影响大小，将所述若干组按照升序排序；
S3、针对每一个待插值组，将所述待插值组以外的组作为一个整体胞元，依次对升序排列后的每组影响因素进行插值，获取目标电磁散射数据；
其中，各个影响因素包括如下因素中的任意一种或其组合：方位角、俯仰角、高度、速度、频率、攻角。
优选地，步骤S1中所述各个影响因素是指影响目标电磁散射数据的所有影响因素；或者步骤S1中所述各个影响因素是指对目标电磁散射数据的影响超过设定阈值的每个影响因素。
优选地，步骤S1中，若任意两个或更多个影响因素对目标电磁散射数据的影响类型相同，则将其划分为一组；或者，若任意两个或更多个影响因素的相关系数超过设定阈值，则将其划分为一组。
优选地，将表征雷达波入射方向的影响因素划分为一组；将表征临近空间目标包覆等离子体信息的影响因素划分为一组；将与其他影响因素之间的相关系数不超过设定阈值的影响因素单独划分为一组。
优选地，若待插值组中包含两个影响因素，采用二元全区间插值法获取任意插值点的目标电磁散射数据。
优选地，设给定矩形上n×m个节点在两个方向上的坐标分别为x0<x1<…<xn-1，y0<y1<…<ym-1；相应的函数值为：zij＝z(xi,yj)；
选取最靠近插值点(u,v)的64个节点，其两个方向上的坐标分别为：xp<xp+1<…<xp+7，yq<yq+1<…<yq+7；
用如下的二元全区间插值公式计算插值点(u,v)处的函数近似值：
优选地，若待插值组包含一个影响因素，对于给定n个不等距点x(i)的函数值y(i)＝f(x(i))，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的目标电磁散射数据，即插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
优选地，对于给定的n个不等距点，若插值点t位于所述n个不等距点的中间，则从n个点中任意选择8个点，即：xk<xk+1<xk+2<xk+3<t<xk+4<xk+5<xk+6<xk+7；
利用如下拉格朗日插值公式计算插值点处的函数近似值z＝f(t)，即：
优选地，对于给定的n个不等距点x1<x2<…<xn，若插值点t<x1或者t>xn，即插值点t即位于包含n个不等距点的区间外，则选取所述区间任一端的四个点，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
优选地，对于给定的n个不等距点x1<x2<…<xn，若插值点x1<t<xn、且插值点t不位于所述n个不等距点的中间，则从n个点中任意选择靠近插值点t的不多于8个点，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
本发明通过将各个影响因素分成若干组、并分别对每组待插值数据进行插值处理，能够对影响目标电磁散射数据的多维数据进行降维，在现有建模仿真计算条件不足的情况下，近似获取临近空间目标任意状态下的电磁散射数据。
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是示出本发明优选实施例中基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法流程图。
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。
在仿真获取临近空间目标电磁散射数据过程中往往要同时考虑多个变量，例如方位角、俯仰角、频率、飞行高度、飞行速度和攻角等。现有的建模仿真条件无法同时模拟多维数据，因此不能仿真计算任意状态的目标电磁散射数据。本发明通过对目标电磁散射数据的多个影响因素进行降维，能够把多维数据降维到低维数据，从而获取多维数据任意状态的目标电磁散射数据。
为了实现降维，本发明在步骤S1中首先根据目标电磁散射数据的各个影响因素之间的相互关联性，将该各个影响因素分成若干组。此处提及的各个影响因素，可以是影响目标电磁散射数据的所有影响因素，也可以是对目标电磁散射数据的影响超过设定阈值的每个影响因素。根据实际仿真条件和需求，可以选择需要分组插值的影响因素种类及个数。所述各个影响因素包括如下因素中的任意一种或其组合：方位角、俯仰角、高度、速度、频率、攻角。在图1示出的优选实施例中，所述各个影响因素包括：方位角、俯仰角、高度、速度、频率、攻角。
在分组时，将相互关联性强的影响因素分为一组，而和其它影响因素关联不强的单独分为一组。一般来说，每组中影响因素的个数越多，插值处理越复杂，当某一组中影响因素太多时，容易出现前述提及的数据维数较多难以插值处理的情况。本领域技术人员可以实际仿真情况设置每组中影响因素的上限个数，只要能够对每组中的若干个影响因素进行插值处理即可。
理论上，若每组数据都只包含一个影响因素，逐一进行插值处理，仍然能够获得任意状态下目标的电磁散射数据，此时是一维插值。一维插值即曲线插值，相当于在曲线上选若干个点(例如8个)进行插值；二维插值即曲面插值，相当于在曲面上选若干个点(例如64个)进行插值。当两个因素关联性强，且其微小变化对要解决的问题影响较大时，采用一次二维插值比采用两次一维插值精度高。
在一些实施例中，可以按照现有技术确定各个影响因素之间的关联性，例如若任意两个或更多个影响因素的相关系数超过设定阈值，则将其划分为一组。当然，本领域技术人员也可以根据影响因素的类型进行分组，若任意两个或更多个影响因素对目标电磁散射数据的影响类型相同，即其对目标电磁散射数据的影响主要是通过对某一方面数据的影响实现的，则将其划分为一组。例如，将表征雷达波入射方向的影响因素划分为一组；将表征临近空间目标包覆等离子体信息的影响因素划分为一组；将与其他影响因素之间的相关系数不超过设定阈值的影响因素单独划分为一组。
方位角和俯仰角表征雷达波入射方向，是相互关联性强的一对影响因素；飞行高度和飞行速度表征临近空间目标包覆等离子体信息，是相互关联性强的一对影响因素；频率和攻角之间的相互关联性不强，与其它因素的关联性也不强，可以分别单独分组，如图1所示。把六维数据降维到一维或者二维数据后即可用现有的插值方法，获取六维数据任意状态的结果。
S2、基于每组影响因素对目标电磁散射数据的影响大小，将所述若干组按照升序排序。
对目标电磁散射数据影响大的因素，即使发生微小的变化也会较大的改变目标电磁散射数据。本发明按照影响由大及小的顺序对各组进行插值处理，能够减小插值误差，提高仿真结果的准确性。本领域技术人员可以根据公知常识确定各组影响大小的排序，也可以通过相关分析法分析不同组对目标电磁散射数据的影响大小。在图1示出的优选实施例中，对临近空间目标散射数据影响最大的因素为俯仰角和方位角，其次为频率，再次为攻角，影响最小的因素为高度和速度。
S3、针对每一个待插值组，将所述待插值组以外的组作为一个整体胞元，依次对升序排列后的每组影响因素进行插值，获取目标电磁散射数据。
若待插值组中包含两个影响因素，可以采用二元全区间插值法获取任意插值点的目标电磁散射数据。例如，设给定矩形上n×m个节点在两个方向上的坐标分别为x0<x1<…<xn-1，y0<y1<…<ym-1；相应的函数值为：zij＝z(xi,yj)；
选取最靠近插值点(u,v)的64个节点，其两个方向上的坐标分别为：xp<xp+1<…<xp+7，yq<yq+1<…<yq+7；
用如下的二元全区间插值公式计算插值点(u,v)处的函数近似值：
若待插值组中包含一个影响因素，对于给定n个不等距点x(i)的函数值y(i)＝f(x(i))，可以用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的目标电磁散射数据，即插值点处t的函数近似值z＝f(t)。例如，对于给定的n个不等距点，若插值点t位于所述n个不等距点的中间，则从n个点中任意选择8个点，即：xk<xk+1<xk+2<xk+3<t<xk+4<xk+5<xk+6<xk+7；
利用如下拉格朗日插值公式计算插值点处的函数近似值z＝f(t)，即：
若待插值组中包含一个影响因素，对于给定的n个不等距点x1<x2<…<xn，若插值点t<x1或者t>xn，即插值点t即位于包含n个不等距点的区间外，也可以选取所述区间任一端的四个点，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
若待插值组中包含一个影响因素，对于给定的n个不等距点x1<x2<…<xn，若插值点x1<t<xn、且插值点t不位于所述n个不等距点的中间，可以从n个点中任意选择靠近插值点t的不多于8个点，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
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.基于六维插值的临近空间目标电磁散射数据获取方法，其特征在于包括：
S1、根据目标电磁散射数据的各个影响因素之间的相互关联性，将所述各个影响因素分成若干组；
S2、基于每组影响因素对目标电磁散射数据的影响大小，将所述若干组按照升序排序；
S3、针对每一个待插值组，将所述待插值组以外的组作为一个整体胞元，依次对升序排列后的每组影响因素进行插值，获取目标电磁散射数据；
其中，各个影响因素包括：方位角、俯仰角、高度、速度、频率、攻角。
2.如权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤S1中所述各个影响因素是指影响目标电磁散射数据的所有影响因素；或者步骤S1中所述各个影响因素是指对目标电磁散射数据的影响超过设定阈值的每个影响因素。
3.如权利要求2所述的方法，其特征在于，步骤S1中，若任意两个或更多个影响因素对目标电磁散射数据的影响类型相同，则将其划分为一组；或者，若任意两个或更多个影响因素的相关系数超过设定阈值，则将其划分为一组。
4.如权利要求3所述的方法，其特征在于，将表征雷达波入射方向的影响因素划分为一组；将表征临近空间目标包覆等离子体信息的影响因素划分为一组；将与其他影响因素之间的相关系数不超过设定阈值的影响因素单独划分为一组。
5.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，若待插值组中包含两个影响因素，采用二元全区间插值法获取任意插值点的目标电磁散射数据。
6.如权利要求5所述的方法，其特征在于，设给定矩形上n×m个节点在两个方向上的坐标分别为x0<x1<…<xn-1，y0<y1<…<ym-1；相应的函数值为：zij＝z(xi,yj)；
选取最靠近插值点(u,v)的64个节点，其两个方向上的坐标分别为：xp<xp+1<…<xp+7，yq<yq+1<…<yq+7；
用如下的二元全区间插值公式计算插值点(u,v)处的函数近似值：
7.如权利要求1-4任一所述的方法，其特征在于，若待插值组中包含一个影响因素，对于给定n个不等距点x(i)的函数值y(i)＝f(x(i))，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的目标电磁散射数据，即插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于给定的n个不等距点，若插值点t位于所述n个不等距点的中间，则从n个点中任意选择8个点，即：xk<xk+1<xk+2<xk+3<t<xk+4<xk+5<xk+6<xk+7；
利用如下拉格朗日插值公式计算插值点处的函数近似值z＝f(t)，即：
9.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于给定的n个不等距点x1<x2<…<xn，若插值点t<x1或者t>xn，即插值点t即位于包含n个不等距点的区间外，则选取所述区间任一端的四个点，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
10.如权利要求7所述的方法，其特征在于，对于给定的n个不等距点x1<x2<…<xn，若插值点x1<t<xn、且插值点t不位于所述n个不等距点的中间，则从n个点中任意选择靠近插值点t的不多于8个点，用拉格朗日插值法获取任意插值点处t的函数近似值z＝f(t)。
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