CN108051792A - 目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，包含以下步骤：S1、对目标与粗糙面的复合散射几何关系进行分析；S2、对目标与粗糙面的耦合散射源分布形状进行描述；S3、对目标与粗糙面的耦合散射源分布方向进行描述；S4、对目标与粗糙面的近场耦合散射源水平方向位置的偏移进行计算。本发明提供了目标与粗糙面复合散射中耦合散射源的线状展宽及近场位置偏移描述的方法；由于线状展宽分布的线状倾角与入射角近似相同，能够为目标与地海环境复合散射雷达回波信号的快速仿真提供基础与支撑。

Description

目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法
技术领域
本发明涉及一种分布描述方法，具体是指目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，属于目标与环境特性的技术领域。
背景技术
由于目标与粗糙面的电尺寸较大，且多次散射机制较为丰富，其复合电磁散射问题是电磁散射计算的难点，并且一直以来存在计算速度较慢、高频段超电大尺寸难以计算等问题。因此，研究目标与粗糙面耦合散射源的特性，建立其分布模型，可以为目标与背景复合散射雷达回波快速模拟提供有效支撑。
现有技术中所采用的基于四路径模型的运动目标与地面复合散射建模的方法，是利用双站散射方法进行地面背景与目标的复合散射建模，从而获得地面背景与目标之间的复合散射回波。目前，仅平坦背景面上目标的“四路径”模型较为成熟，其对应的镜像点常用于分析与模拟目标与背景的耦合散射回波信号。但是，对于复杂的地海粗糙面，该模型的适用范围非常有限。
现有技术中所采用的基于斜率分布的船海互耦散射预测方法，是通过海面斜率分布加权，将目标与粗糙面的互耦散射等效为目标与规则平面相互作用的结果。但上述方法在计算超电大尺寸目标与粗糙面复合散射问题时，仍然存在速度较慢的问题，且并未涉及目标与粗糙面耦合散射源的分布特性的研究。
现有技术中所采用的基于射线追踪的散射中心来源诊断方法，得到的散射源信息可直接与目标网格相关，虽然结果直观，但该方法仅获取目标散射源，并未包括目标与背景耦合散射源。
基于上述，本发明提供一种目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，解决现有技术中存在的缺点和限制。
发明内容
本发明的目的是提供一种目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，提供了目标与粗糙面复合散射中耦合散射源的线状展宽及近场位置偏移描述的方法；由于线状展宽分布的线状倾角与入射角近似相同，能够为目标与地海环境复合散射雷达回波信号的快速仿真提供基础与支撑。
为实现上述目的，本发明提供一种目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，包含以下步骤：
S1、对目标与粗糙面的复合散射几何关系进行分析；
S2、对目标与粗糙面的耦合散射源分布形状进行描述；
S3、对目标与粗糙面的耦合散射源分布方向进行描述；
S4、对目标与粗糙面的近场耦合散射源水平方向位置的偏移进行计算。
所述的S1中，设入射余角为θ，粗糙面在镜面反射区的倾斜面的局部倾斜角为Δθ，根据已知的二次耦合散射的耦合源处于目标与反射面的垂足处，将目标关于水平面的耦合散射源以及关于局部倾斜面的耦合散射源的位置差分别记为Δx和Δz。
所述的S2中，目标与粗糙面的耦合散射源呈线状展宽分布。
所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、计算目标关于水平面的耦合散射源之间的位置差Δx，以及计算目标关于局部倾斜面的耦合散射源之间的位置差Δz，具体为：
Δz≈H/tanθ×sinΔθ；
Δx≈(H+Δz)sinΔθ≈HsinΔθ；
其中，H为目标至水平面的高度；
S32、计算耦合散射源的分布方向角θ'，具体为：
所述的S3中，耦合散射源的分布方向近似与粗糙面镜面反射区的局部倾斜角无关，且由于耦合散射源呈线状展宽分布，其分布方向与入射方向近似垂直；即线状展宽分布的展布线与水平面间的夹角，与镜面反射区的入射角相同。
所述的S4中，具体包含以下步骤：
S41、在近场有限距离的观测条件下，设定目标的坐标位置为(0,z1)，近距离观测点的坐标位置为(x,z2)，则目标与背景面二次散射耦合源的位置偏移Δx'为：
S42、当近距离观测点与目标的高度接近时，即当z2≈z1＝z时：
所述的S4中，在近场观测情况下，当目标与粗糙面的二次散射耦合源位置在水平方向上向远离近距离观测点的方向偏移时，其偏移量根据S42中的公式计算。
综上所述，本发明所提供的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，基于目标与粗糙面的复合散射几何关系，给出了目标与粗糙面复合散射中耦合散射源的线状展宽及近场位置偏移描述的方法；因线状展宽分布的线状倾角与入射角近似相同，对建立目标与粗糙面耦合散射源统计模型，实现目标与地海环境复合散射雷达回波信号的快速仿真具有重要意义。
附图说明
图1为本发明中的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法的流程图；
图2为本发明中的目标与粗糙面的复合散射几何关系的示意图；
图3为本发明优选实施例中的金属平板与粗糙面复合散射的成像仿真结果示意图。
具体实施方式
以下结合图1～图3，通过优选实施例对本发明的技术内容、构造特征、所达成目的及功效予以详细说明。
如图1所示，为本发明所提供的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，包含以下步骤：
S1、对目标与粗糙面的复合散射几何关系进行分析；
S2、对目标与粗糙面的耦合散射源分布形状进行描述；
S3、对目标与粗糙面的耦合散射源分布方向进行描述；
S4、对目标与粗糙面的近场耦合散射源水平方向位置的偏移进行计算。
所述的S1中，如图2所示，设入射余角为θ，粗糙面在镜面反射区的倾斜面的局部倾斜角为Δθ，根据已知的二次耦合散射的耦合源处于目标与反射面的垂足处，将目标关于水平面的耦合散射源以及关于局部倾斜面的耦合散射源的位置差分别记为Δx和Δz。
所述的S2中，目标与粗糙面的耦合散射源呈线状展宽分布。
所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、计算目标关于水平面的耦合散射源之间的位置差Δx，以及计算目标关于局部倾斜面的耦合散射源之间的位置差Δz，具体为：
Δz≈H/tanθ×sinΔθ；
Δx≈(H+Δz)sinΔθ≈HsinΔθ；
其中，H为目标至水平面的高度；
S32、计算耦合散射源的分布方向角θ'，具体为：
即耦合散射源的分布方向近似与粗糙面镜面反射区的局部倾斜角无关，且由于耦合散射源呈线状展宽分布，其分布方向与入射方向近似垂直，即线状展宽分布的展布线与水平面间的夹角，与镜面反射区的入射角相同。
所述的S4中，具体包含以下步骤：
S41、在近场有限距离的观测条件下，设定目标的坐标位置为(0,z1)，近距离观测点的坐标位置为(x,z2)，则目标与背景面二次散射耦合源的位置偏移Δx'为：
S42、当近距离观测点与目标的高度接近时，即当z2≈z1＝z时：
即在近场观测情况下，当目标与粗糙面的二次散射耦合源位置在水平方向上向远离近距离观测点的方向偏移时，其偏移量可根据S42中的公式计算。
进一步，为了验证本发明提供的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法的正确性，本实施例中，采用多层快速多极子算法(MLFMA)仿真了金属平板(目标)与粗糙面的近场复合散射。其中，金属平板的边长为0.2m，将其距粗糙面3m高度处垂直放置，而粗糙面的尺寸为12m×2m，表面最大起伏为0.045m，起伏均方根为0.0058m。天线(近距离观测点)与目标的水平距离为13m，天线高度的扫描范围为3m～6m，天线频率的扫描范围为5.5GHz～6.5GHz，采用VV极化。
对仿真数据进行SAR成像处理，结果如图3所示。其中，z为3m附近的散射中心对应金属平板的散射贡献，z为0m附近的散射中心对应金属平板与粗糙面的二次耦合散射贡献，该耦合散射中心呈献了线状展宽分布现象，展宽方向与水平面约为71°。天线位置处于中心高度4.5m时入射角约为60°，近似相等。由于近距离观测的原因，耦合散射源的整体向-x轴的方向移动约0.33m，而通过上述S42中的公式计算得到的值为0.35m，误差仅为0.02m。
综上所述，本发明所提供的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，与现有技术相比，具有以下优点和有益效果：基于目标与粗糙面的复合散射几何关系，给出了目标与粗糙面复合散射中耦合散射源的线状展宽及近场位置偏移描述的方法；其中线状展宽分布的线状倾角与入射角近似相同，对建立目标与粗糙面耦合散射源统计模型，实现目标与地海环境复合散射雷达回波信号的快速仿真具有重要意义。
尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (7)

1.一种目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，包含以下步骤：
S1、对目标与粗糙面的复合散射几何关系进行分析；
S2、对目标与粗糙面的耦合散射源分布形状进行描述；
S3、对目标与粗糙面的耦合散射源分布方向进行描述；
S4、对目标与粗糙面的近场耦合散射源水平方向位置的偏移进行计算。
2.如权利要求1所述的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，所述的S1中，设入射余角为θ，粗糙面在镜面反射区的倾斜面的局部倾斜角为Δθ，根据已知的二次耦合散射的耦合源处于目标与反射面的垂足处，将目标关于水平面的耦合散射源以及关于局部倾斜面的耦合散射源的位置差分别记为Δx和Δz。
3.如权利要求2所述的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，所述的S2中，目标与粗糙面的耦合散射源呈线状展宽分布。
4.如权利要求3所述的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，所述的S3中，具体包含以下步骤：
S31、计算目标关于水平面的耦合散射源之间的位置差Δx，以及计算目标关于局部倾斜面的耦合散射源之间的位置差Δz，具体为：
Δz≈H/tanθ×sinΔθ；
Δx≈(H+Δz)sinΔθ≈HsinΔθ；
其中，H为目标至水平面的高度；
S32、计算耦合散射源的分布方向角θ'，具体为：
5.如权利要求4所述的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，所述的S3中，耦合散射源的分布方向近似与粗糙面镜面反射区的局部倾斜角无关，且由于耦合散射源呈线状展宽分布，其分布方向与入射方向近似垂直；即线状展宽分布的展布线与水平面间的夹角，与镜面反射区的入射角相同。
6.如权利要求3所述的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，所述的S4中，具体包含以下步骤：
S41、在近场有限距离的观测条件下，设定目标的坐标位置为(0,z1)，近距离观测点的坐标位置为(x,z2)，则目标与背景面二次散射耦合源的位置偏移Δx'为：
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S42、当近距离观测点与目标的高度接近时，即当z2≈z1＝z时：
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7.如权利要求6所述的目标与粗糙面耦合散射源的分布描述方法，其特征在于，所述的S4中，在近场观测情况下，当目标与粗糙面的二次散射耦合源位置在水平方向上向远离近距离观测点的方向偏移时，其偏移量根据S42中的公式计算。
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