CN110703219B - 一种多发多收近场直线阵列获取目标远场rcs的方法 - Google Patents

一种多发多收近场直线阵列获取目标远场rcs的方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法。构建了多发多收近场直线天线阵列，阵列中的每个天线依次发射信号，所有天线均接收目标散射回波信号。首先，利用多发多收近场直线天线阵列采集被测目标的散射回波信号；然后，将每个天线接收到的回波信号分别进行修正，补偿到圆弧线上，得到圆弧线上的多发多收近场数据，最后，对近场数据进行两次外推获得目标的远场RCS。该方法可以获得静止目标的远场RCS，并且被测目标的尺寸不受限制。

Description

一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法
技术领域
本发明属微波技术领域，具体涉及一种通过近场直线阵列数据获取目标远场雷达散射截面(RCS)的方法，特别是采用多发多收近场直线阵列数据外推后得到目标远场RCS的方法。
背景技术
文献“基于耦合目标的近场双站散射测试方法，系统工程与电子技术，2019，Vol41(4)，p759-764”公开了一种利用一发多收结合转台旋转的近场数据获取多次散射目标远场RCS的方法。该方法构建了一种弧线阵列，将发射信号天线和接收信号天线布置在弧形阵列上，目标放置在转台上，转台每转动到一个角度，弧形阵列的其中一个天线发射信号，同时多个天线接收信号，由此获取多次散射目标的近场双站数据，然后利用该数据进行外推得到多次散射目标的远场RCS。该方法需要借助转台的旋转获取多次散射目标的双站数据，其并不适用于目标不动的情况，且由于弧形阵列的半径是固定的，也限制了被测目标的最大尺寸。
发明内容
为了克服现有技术不适用于目标不动以及被测目标尺寸受限的不足，本发明提供一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法，构建了多发多收近场直线天线阵列，阵列中的每个天线依次发射信号，所有天线均接收目标散射回波信号。首先，利用多发多收近场直线天线阵列采集被测目标的散射回波信号；然后，将每个天线接收到的回波信号分别进行修正，补偿到圆弧线上，得到圆弧线上的多发多收近场数据，最后，对近场数据进行两次外推获得目标的远场RCS。该方法可以获得静止目标的远场RCS，并且被测目标的尺寸不受限制。
一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：利用所构建的多发多收近场直线天线阵列采集被测目标的回波信号，其中，天线阵列中的每个天线依次发射信号，所有天线均接收目标散射回波信号，得到大小为l×l的回波信号矩阵E，矩阵中的第m行n列元素为第m个天线发射信号时第n个天线接收到的回波信号，表示为
Figure BDA0002230381890000011
其中，l为天线个数，m＝1,…,l，n＝1,…,l，A为回波信号幅值，
Figure BDA0002230381890000027
为回波信号相位；
所构建的多发多收近场直线天线阵列为：设目标位于坐标原点处，在距离原点R处的直线上等间隔布置l个天线，记位于直线两个端点处的天线分别为A和B，则A和B到目标的距离相等，每个天线都既发射信号也接收目标的回波信号，所有l个天线即构成多发多收直线天线阵列；其中，R为近场距离，满足R<2D2/λ，D为目标最大横向尺寸，λ为发射信号的波长；天线个数l为大于等于2θ/Δθ的最小整数值，θ为目标的张角，计算公式为θ＝(D/R)*180/π，Δθ为张角θ的最大采样间隔，计算公式为Δθ＝(λ/2D)*180/π。
步骤2：分别利用以下公式对回波信号矩阵E中的每个元素数据进行修正，得到修正后的近场数据矩阵E′：
Figure BDA0002230381890000021
Figure BDA0002230381890000022
其中，A′mn表示矩阵E中第m行n列元素数据修正后的幅值，
Figure BDA0002230381890000028
表示矩阵E中第m行n列元素数据修正后的相位，Rm表示发射天线与目标的距离，Rn表示接收天线与目标的距离；
Figure BDA0002230381890000023
即为修正后的近场数据矩阵E′的第m行n列元素。
步骤3：对修正后的近场数据矩阵E′的每相邻两个元素之间均补相同个数的零，得到扩充后回波信号矩阵E″，矩阵E″的大小为l′×l′。其中，每两个元素间补零的个数等于最大采样间隔除以测量角度间隔减1。
步骤4：将补零后的近场数据矩阵E″的每一个元素按照如下公式进行第一次近远场外推计算，得到结果矩阵E″1：
E″1(m′,n′)＝E″(m′,n′)*W(n′) (3)
其中，E″1(m′,n′)表示第一次外推后矩阵E″1的第m′行n′列元素，W(n′)表示外推向量W的第n′个元素，其表达式为：
Figure BDA0002230381890000024
其中，k表示截断数，k0为最小截断数，k0≥iD0+10，D0是包围目标的最小球半径，
Figure BDA0002230381890000025
表示零阶汉克尓函数，
Figure BDA0002230381890000026
表示k阶汉克尓函数，i表示波数，i＝2k/λ，R0为远场距离，满足R0≥2D2/λ，m＝1,…,l′，n＝1,…,l′；
然后，再按照以下公式对矩阵E″1中的每一个元素进行第二次近场外推计算，得到最终的外推数据矩阵E″2：
E″2(m′,n′)＝E″1(m′,n′)*W(m′) (5)
Figure BDA0002230381890000031
其中，E″2(m′,n′)表示第二次外推后矩阵E″2的第m′行n′列元素，W(m′)表示外推向量W的第m′个元素，m′的取值范围为1,…,l′；
提取矩阵E″2的对角线元素即构成目标的远场RCS。
本发明的有益效果是：由于采用了多个天线发射多个天线接收的方式，能够获取目标静止不动情况下的双站散射数据；将直线阵列获得的双站散射回波数据修正到弧线上，使得测量得到的数据能够应用于近场到远场的变换方法；采用两次外推的方法，能够获得准确的远场RCS；通过构建直线天线阵列的方式，使得被测目标的尺寸不受限制，更容易应用于工程实践中。
附图说明
图1是本发明的一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法流程图
图2是多发多收近场直线天线阵列信号采集和修正示意图
图3是采用本发明方法获取目标数据示意图
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明，本发明包括但不仅限于下述实施例。
如图1所示，本发明提供了一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法。其实现过程如下：
1、回波信号采集
首先，根据目标尺寸和近场距离构建多发多收近场直线天线阵列。设目标位于坐标原点处，在距离原点R处的直线上等间隔布置l个天线，如果位于直线两个端点处的天线分别记为A和B，则A和B到目标的距离相等，每个天线都既发射信号也接收目标的回波信号，所有l个天线即构成多发多收直线天线阵列。其中，R即为近场距离，满足R<2D2/λ，D为目标最大横向尺寸，λ为发射信号的波长，本实施例中，D＝0.28m，λ＝0.03m，近场距离R＝1m，天线个数l为大于等于2θ/Δθ的最小整数值，θ为目标的张角，θ＝(D/R)*180/л，Δθ为张角θ的最大采样间隔，计算公式为Δθ＝(λ/2D)*180/π，本实施例中，可分别计算得到θ＝18度，Δθ＝3度，天线个数为l＝13。
天线阵列中的13个天线依次发射信号，所有天线均接收目标散射回波信号，得到大小为13×13的回波信号矩阵E，矩阵中的第m行n列元素为第m个天线发射信号时第n个天线接收到的回波信号，表示为
Figure BDA0002230381890000041
其中，m＝1,…,13，n＝1,…,13，A为信号幅值，
Figure BDA0002230381890000044
为信号相位。
2、回波信号修正
回波信号采集完成后，需对其进行修正，将直线数据补偿到等距离的弧线上，得到圆弧线上的多发多收近场数据。如图2所示。例如直线阵列上天线1发射信号，从天线1到天线13均接收被测目标的回波信号，为了得到弧线阵列上天线1发射信号，从天线1′到天线13′均接收被测目标的回波信号，利用以下公式对回波信号的每个元素数据进行修正，依此类推，将直线阵列上获得的“多发多收”回波信号数据矩阵E进行修正，得到弧线阵列上的近场数据矩阵E′：
Figure BDA0002230381890000042
Figure BDA0002230381890000043
其中，A′mn表示第m行n列元素修正后的幅值，
Figure BDA0002230381890000045
表示第m行n列元素修正后的相位，Rm表示天线m与目标的距离，Rn表示天线n与目标的距离。
3、矩阵补零
矩阵E′中的每个数据相对于目标中心点具有不同的角度，根据采样间隔，对E′中每相邻两个元素之间进行补零。其中，补零的个数取决于测量角度间隔，测量角度间隔一般为1度，本实施例中即对应每3度采集一次数据，在每两个数据中补两个零，得到37*37的矩阵E″。对应于在2倍张角36度的范围内每间隔1度进行数据采集，接下来对该数据进行外推处理。
4、近场数据外推
将补零后的近场数据矩阵E″的每一个元素按照如下公式进行第一次近远场外推计算，得到矩阵E″1：
E″1(m′,n′)＝E″(m′,n′)*W(n′) (9)
其中，E″1(m′,n′)表示第一次外推后矩阵E″1的第m′行n′列元素，W(n′)表示外推向量W的第n′个元素。
当远场距离无限远时，由于对于任何阶的无限大宗量Hankel函数都为零，则外推向量的每个元素为：
Figure BDA0002230381890000051
其中，
Figure BDA0002230381890000052
k表示截断数，k0为最小截断数，k0≥iD0+10，D0是包围目标的最小球半径，
Figure BDA0002230381890000053
表示零阶汉克尓函数，
Figure BDA0002230381890000054
表示k阶汉克尓函数，i表示波数，i＝2k/λ，R0为远场距离，n′的取值范围为1到37。
再对矩阵E″1中的每一个元素进行第二次近场外推处理，最终得到外推数据矩阵E″2：
E″2(m′,n′)＝E″1(m′,n′)*W(m′) (11)
Figure BDA0002230381890000055
其中，m′的取值范围为1到37。矩阵E″2的对角线元素即构成目标的远场RCS。
将多发多收近场直线天线阵列采集的近场数据进行修正，然后按照近远场变换方法进行外推处理，取对角线数据得到的结果如图3所示，近场回波数据与理想远场数据具有较大误差，通过外推处理后得到远场RCS数据与理想远场RCS数据大部分吻合良好，说明了方法的有效性。采用直线“多发多收”阵列进行目标近场散射数据的外推，可以不受被测目标尺寸的限制，并且可应用于静止目标的双站散射测试。

Claims (1)

1.一种多发多收近场直线阵列获取目标远场RCS的方法，其特征在于步骤如下：
步骤1：利用所构建的多发多收近场直线天线阵列采集被测目标的回波信号，其中，天线阵列中的每个天线依次发射信号，所有天线均接收目标散射回波信号，得到大小为l×l的回波信号矩阵E，矩阵中的第m行n列元素为第m个天线发射信号时第n个天线接收到的回波信号，表示为
Figure FDA0002230381880000011
其中，l为天线个数，m＝1,…,l，n＝1,…,l，A为回波信号幅值，
Figure FDA0002230381880000012
为回波信号相位；
所构建的多发多收近场直线天线阵列为：设目标位于坐标原点处，在距离原点R处的直线上等间隔布置l个天线，记位于直线两个端点处的天线分别为A和B，则A和B到目标的距离相等，每个天线都既发射信号也接收目标的回波信号，所有l个天线即构成多发多收直线天线阵列；其中，R为近场距离，满足R<2D2/λ，D为目标最大横向尺寸，λ为发射信号的波长；天线个数l为大于等于2θ/Δθ的最小整数值，θ为目标的张角，计算公式为θ＝(D/R)*180/π，Δθ为张角θ的最大采样间隔，计算公式为Δθ＝(λ/2D)*180/π；
步骤2：分别利用以下公式对回波信号矩阵E中的每个元素数据进行修正，得到修正后的近场数据矩阵E′：
Figure FDA0002230381880000013
Figure FDA0002230381880000014
其中，A′mn表示矩阵E中第m行n列元素数据修正后的幅值，
Figure FDA0002230381880000015
表示矩阵E中第m行n列元素数据修正后的相位，Rm表示发射天线与目标的距离，Rn表示接收天线与目标的距离；
Figure FDA0002230381880000016
即为修正后的近场数据矩阵E′的第m行n列元素；
步骤3：对修正后的近场数据矩阵E′的每相邻两个元素之间均补相同个数的零，得到扩充后回波信号矩阵E″，矩阵E″的大小为l′×l′； 其中，每两个元素间补零的个数等于最大采样间隔除以测量角度间隔减1；
步骤4：将补零后的近场数据矩阵E″的每一个元素按照如下公式进行第一次近远场外推计算，得到结果矩阵E″1：
E″1(m′,n′)＝E″(m′,n′)*W(n′) (3)
其中，E″1(m′,n′)表示第一次外推后矩阵E″1的第m′行n′列元素，W(n′)表示外推向量W的第n′个元素，其表达式为：
Figure FDA0002230381880000021
其中，k表示截断数，k0为最小截断数，k0≥iD0+10，D0是包围目标的最小球半径，
Figure FDA0002230381880000022
表示零阶汉克尓函数，
Figure FDA0002230381880000023
表示k阶汉克尓函数，i表示波数，i＝2k/λ，R0为远场距离，满足R0≥2D2/λ，m＝1,…,l′，n＝1,…,l′；
然后，再按照以下公式对矩阵E″1中的每一个元素进行第二次近场外推计算，得到最终的外推数据矩阵E″2：
E″2(m′,n′)＝E″1(m′,n′)*W(m′) (5)
Figure FDA0002230381880000024
其中，E″2(m′,n′)表示第二次外推后矩阵E″2的第m′行n′列元素，W(m′)表示外推向量W的第m′个元素，m′的取值范围为1,…,l′；
提取矩阵E″2的对角线元素即构成目标的远场RCS。
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Families Citing this family (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN112578370B (zh) * 2020-12-07 2023-07-21 江苏科技大学 一种远场目标强度的近场测试方法
CN115561725B (zh) * 2022-10-26 2023-04-14 南京航空航天大学 一种近场外推远场rcs的测量方法
CN116540200B (zh) * 2023-05-09 2023-11-10 南京航空航天大学 一种近场预测远场rcs的优化测量方法

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5534873A (en) * 1995-02-07 1996-07-09 Mcdonnell Douglas Corp. Near field RCS test facility and testing method
CN105572652A (zh) * 2016-03-18 2016-05-11 西北工业大学 一种利用外推获得具有多次散射目标远场rcs的方法

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US5534873A (en) * 1995-02-07 1996-07-09 Mcdonnell Douglas Corp. Near field RCS test facility and testing method
CN105572652A (zh) * 2016-03-18 2016-05-11 西北工业大学 一种利用外推获得具有多次散射目标远场rcs的方法

Non-Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Title
A Near-Field to Far-Field RCS Measurement Method for Multiple-Scattering Target;Chufeng Hu et al.;《IEEE TRANSACTIONS ON INSTRUMENTATION AND MEASUREMENT》;20181207;第68卷(第10期);论文第II，III部分 *
耦合目标近场散射外推技术研究;党娇娇 等;《电子学报》;20170630;第45卷(第6期);论文第2.2节，图3 *

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