CN113075657B - 一种散射源高度的测试方法及检测装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供了一种散射源高度的测试方法及测试装置,测试方法包括如下步骤:根据第一电磁波生成散射源回波功率的第一二维分布图像。根据第二电磁波生成散射源回波功率的第二二维分布图像。根据第一二维分布图像与第二二维分布图像得到功率差值。将功率差值与预存数据匹配,得到散射源的相对高度的三维图像信息。本申请基于幅度比鉴的思路,利用成像测试中地面多路径反射造成的照射波束幅度“锥削”效应,通过建立测试场景中散射源高度与接收回波信号强度关系的数学模型,比较不同高度天线测量下同一散射源幅度变化,能够快速、准确的得到散射中心的高度信息,实现对散射源高效定位与诊断的目的。

Description

一种散射源高度的测试方法及检测装置
技术领域
本申请涉及检测技术领域,尤其涉及一种散射源高度的测试方法及测试装置。
背景技术
目前,进行RCS测试时,准确获取散射源的三维空间位置信息对于目标散射特征诊断而言具有重要的意义。而要获取目标散射源完整的三维空间位置信息,一般需要对目标进行三维微波成像。相应的,要求测试天线在两个空间维度的孔径上进行数据采集。相对于二维成像测试,三维成像测试所耗费的时间大大延长,从而限制了其在实际RCS测试中的应用。
而基于相位信息的干涉SAR/ISAR(合成孔径/逆合成孔径)技术,通过设置高度上存在微小差异的两个接收端,建立目标散射源高度与两天线接收信号相位差之模型,从而反演散射源的高度信息。相比于传统三维成像方法,上述方法效率大大提高。但基于相位信息的干涉测高方法无法直接应用于存在地面反射情况下的RCS成像测试。其原因是地面多路径反射会产生以地平面为对称面的镜像散射源,在其影响下,测量系统接收到的不同高度散射源的回波信号相位变化极小,因此难以通过相位信息反演散射源高度。
发明内容
本申请的目的是提供一种能够快速、准确的得到散射中心的高度信息,实现对散射源高效定位与诊断的测试方法及检测装置。
为了实现上述至少之一的目的,本申请第一方面的实施例提供了一种散射源高度的测试方法包括如下步骤:
建立功率差值与散射源的相对高度对应的预存数据;
调整收发天线到达第一架设高度,并通过收发天线对散射源连续发射多段频率的电磁波进行连续扫频;
收发天线接收散射源反射的第一电磁波;
根据第一电磁波生成散射源回波功率的第一二维分布图像;
调整收发天线到达第二架设高度,并通过收发天线对散射源连续发射多段频率的电磁波进行连续扫频;
收发天线接收散射源反射的第二电磁波;
根据第二电磁波生成散射源回波功率的第二二维分布图像;
根据第一二维分布图像与第二二维分布图像得到功率差值;
将功率差值与所述预存数据匹配,得到散射源的相对高度的三维图像信息。
在其中的一些实施例中,采用如下公式计算所述第一架设高度:
Figure BDA0003001196550000021
H1为第一架设高度,R为收发天线与散射源之间的地面距离,Ht为散射源的中心高度,f0为多段频率的电磁波的中心频率。
在其中的一些实施例中,所述第一架设高度H1与所述第二架设高度H2之间满足如下关系:
0.5H1≤H2≤2H1,且H2≠H1
在其中的一些实施例中,所述第一架设高度H1与所述第二架设高度H2之间满足如下关系:
0.8H1≤H2≤0.95H1
在其中的一些实施例中,根据如下公式绘制散射源回波功率的二维分布图像:
Figure BDA0003001196550000031
P为有地面存在时测得的回波功率,P0为自由空间测得的回波功率,Ha为收发天线的架设高度,R为收发天线与散射源之间的地面距离,Δ为路程差引起的相位差,Ht为散射源的中心高度。
在其中的一些实施例中,在所述收发天线接收散射源反射的第一电磁波之后包括如下步骤:对收发天线接收到的第一电磁波进行杂波抑制处理;
在所述收发天线接收散射源反射的第二电磁波之后包括如下步骤:对收发天线接收到的第二电磁波进行杂波抑制处理。
本申请第二方面的实施例提供了一种散射源高度的测试装置,包括:支架;移动装置,所述移动装置设置在所述支架上,并能够在所述支架上移动;收发天线,所述收发天线设置在所述移动装置上;RCS测量装置,所述RCS测量装置与所述收发天线连接,用于根据散射源反射的电磁波生成散射源回波功率的二维分布图像;以及处理装置,所述处理装置与所述RCS测量装置连接,用于根据所述二维分布图像生成散射源的相对高度的三维图像信息。
在其中的一些实施例中,测试装置还包括:滤波装置,所述滤波装置设置在所述RCS测量装置与所述处理装置之间,用于过滤杂波。
在其中的一些实施例中,测试装置还包括:输入模块,所述输入模块用于输入参数;运算模块,所述运算模块与所述输入模块连接,用于根据输入的参数生成收发天线的架设高度;以及控制模块,所述控制模块分别与所述运算模块及所述移动装置连接,用于根据架设高度控制所述移动装置调整所述收发天线的位置。
本申请的上述技术方案具有如下优点:本申请基于幅度比鉴的思路,利用成像测试中地面多路径反射造成的照射波束幅度“锥削”效应,通过建立测试场景中散射源高度与接收回波信号强度关系的数学模型,比较不同高度天线测量下同一散射源幅度变化,能够快速、准确的得到散射中心的高度信息,实现对散射源高效定位与诊断的目的。
附图说明
本申请的上述和/或附加的方面和优点从结合下面附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解,另外,本申请附图仅为说明目的提供,图中各部件的比例与数量不一定与实际产品一致。其中:
图1是本申请所述散射源高度的测试装置第一状态的结构示意图;
图2是图1所示测试装置第二状态的结构示意图;
图3是根据不同收发天线的高度接收到的同一散射源回波幅度随散射源高度变化的曲线图;
图4是根据图3不同收发天线的高度收到的同一散射源回波幅度之差随散射源高度变化的曲线图;
图5是本申请测得三个散射源的二维分布图像;
图6是本申请测得三个散射源的三维分布效果图;
图7是本申请所述测试装置另一实施例的结构示意图;
图8是本申请所述测试装置控制部分的结构框图。
其中,图1至图8的附图标记与部件名称之间的对应关系为:
支架10,移动装置20,收发天线30,RCS测量装置40,处理装置50,散射源60,滤波装置70,输入模块81,运算模块82,控制模块83。
具体实施方式
为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合本申请实施例中的附图,对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例是本申请的一部分实施例,而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例,本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例,都属于本申请保护的范围。
下述讨论提供了本申请的多个实施例。虽然每个实施例代表了申请的单一组合,但是本申请不同实施例可以替换,或者合并组合,因此本申请也可认为包含所记载的相同和/或不同实施例的所有可能组合。因而,如果一个实施例包含A、B、C,另一个实施例包含B和D的组合,那么本申请也应视为包括含有A、B、C、D的一个或多个所有其他可能的组合的实施例,尽管该实施例可能并未在以下内容中有明确的文字记载。
在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本申请,但是,本申请还可以采用其他不同于在此描述的其他方式来实施,因此,本申请的保护范围并不受下面公开的具体实施例的限制。
本申请第一方面的实施例提供的散射源高度的测试方法包括如下步骤:
步骤S10,建立功率差值与散射源的相对高度对应的预存数据。
如图1所示,步骤S20,调整收发天线到达第一架设高度,并通过收发天线对散射源连续发射多段频率的电磁波进行连续扫频。
步骤S30,收发天线接收散射源反射的第一电磁波。
如图3所示,步骤S40,根据第一电磁波生成散射源回波功率的第一二维分布图像。
如图2所示,步骤S50,调整收发天线到达第二架设高度,并通过收发天线对散射源连续发射多段频率的电磁波进行连续扫频。
步骤S60,收发天线接收散射源反射的第二电磁波。
如图3所示,步骤S70,根据第二电磁波生成散射源回波功率的第二二维分布图像。
如图4所示,步骤S80,根据第一二维分布图像与第二二维分布图像得到功率差值。
如图5和图6所示,步骤S90,将功率差值与预存数据匹配,得到散射源的相对高度的三维图像信息。
本申请提供的测试方法,基于幅度比鉴的思路,利用散射源的回波与镜像回波相互干涉,可以增强收发天线接收到总的回波功率,接收到的回波功率与散射源相对高度之间的关系呈现的典型“锥削”特征,即利用成像测试中地面多路径反射造成的照射波束幅度“锥削”效应,通过建立测试场景中散射源高度与接收回波信号强度关系的数学模型,比较不同高度天线测量下同一散射源幅度变化,能够快速、准确的得到散射中心的高度信息,实现对散射源高效定位与诊断的目的。
在本申请的一个实施例中,采用如下公式计算第一架设高度:
Figure BDA0003001196550000061
H1为第一架设高度,R为收发天线与散射源之间的地面距离,Ht为散射源的中心高度,f0为多段频率的电磁波的中心频率(即最大频率与最小频率的平均频率)。
如图1和图2所示,由于地面的反射作用,使得在地面以下出现了散射源的镜像,该镜像的回波与散射源的回波一起进入收发天线内。因此,需要根据上述天线架高公式合理计算收发天线的第一架设高度,以保证镜像的回波与散射源的回波相同,从而达到增强回波信号、提高信噪比的目标,进而保证了检测精度。
在本申请的一个实施例中,第一架设高度H1与第二架设高度H2之间满足如下关系:0.5H1≤H2≤2H1,且H2≠H1
为保证散射源的高度在0~2Ht高度范围内,同一散射源回波强度与其高度的变化保持单调的映射关系,同时减小由于天线观测角度不同造成的散射源强度变化量,建议第一架设高度H1与第二架设高度H2之间满足如下优选关系:0.8H1≤H2≤0.95H1
在本申请的一个实施例中,根据如下公式绘制散射源回波功率的二维分布图像:
Figure BDA0003001196550000071
P为有地面存在时测得的回波功率,P0为自由空间测得的回波功率,Ha为收发天线的架设高度,R为收发天线与散射源之间的地面距离,Δ为路程差引起的相位差,Ht为散射源的中心高度。
如图1和图2所示,利用散射源的回波与镜像回波相互干涉,可以增强收发天线接收到总的回波功率,但与此同时,当测试距离、测试频率及收发天线的架设高度确定之后,接收到的回波功率与散射源相对高度之间的关系呈现如图3所示的典型“锥削”特征。天线架高不同,“锥削”曲线瓣宽度也不相同,因此,利用这种回波幅度上的“锥削”效应,在已知天线架高的情况下,通过比较散射源幅度变化从而反演散射源高度。
在本申请的一个实施例中,在步骤S30之后包括如下步骤:
步骤S31,对收发天线接收到的第一电磁波进行杂波抑制处理。
在步骤S60之后包括如下步骤:
步骤S61,对收发天线接收到的第二电磁波进行杂波抑制处理。
杂波抑制处理避免了环境中的本底电磁波对散射源反射电磁波的影响,从而保证了检测精度。
如图1和图2所示,本申请第二方面的实施例提供的散射源高度的测试装置包括:支架10、移动装置20、收发天线30、RCS(Radar Cross section,雷达散射截面)测量装置40以及处理装置50。
移动装置20设置在支架10上,并能够在支架10上移动。
收发天线30设置在移动装置20上。
RCS测量装置40与收发天线30连接,用于根据散射源60反射的电磁波生成散射源60回波功率的二维分布图像。
处理装置50与RCS测量装置40连接,用于根据二维分布图像生成散射源60的相对高度的三维图像信息。
如图1和图2所示,通过移动装置20调整收发天线30在支架10上的位置,然后通过在标准高度下的收发天线30对散射源60进行连续扫频测试并获取第一二维散射率分布图像;重新调整收发天线30的高度对散射源60进行再次连续扫频测试并获取第二二维散射率分布图像;根据测试场景建立散射源60高度及回波强度数学模型,利用两次测量同一散射源60回波强度差反演散射源60的三维高度信息。
本申请提供的测试装置,基于幅度比鉴的思路,利用散射源60的回波与镜像回波相互干涉,可以增强收发天线30接收到总的回波功率,接收到的回波功率与散射源60相对高度之间的关系呈现的典型“锥削”特征,即利用成像测试中地面多路径反射造成的照射波束幅度“锥削”效应,通过建立测试场景中散射源60高度与接收回波信号强度关系的数学模型,比较不同高度天线测量下同一散射源60幅度变化,能够快速、准确的得到散射中心的高度信息,实现对散射源60高效定位与诊断的目的。
如图7所示,在本申请的一个实施例中,测试装置还包括:滤波装置70。
滤波装置70设置在RCS测量装置40与处理装置50之间,用于过滤杂波。
滤波装置70能够进行杂波抑制处理,从而避免了环境中的本底电磁波对散射源60反射电磁波的影响,保证了检测精度。
如图8所示,在本申请的一个实施例中,测试装置还包括:输入模块81、运算模块82以及控制模块83。
输入模块81用于输入参数。
运算模块82与输入模块81连接,用于根据输入的参数生成收发天线30的架设高度。
控制模块83分别与运算模块82及移动装置20连接,用于根据架设高度控制移动装置20调整收发天线30的位置。
通过输入模块81输入如下数值:收发天线30与散射源60之间的地面距R、真空光速C0,散射源60的中心高度Ht,多段频率的电磁波的中心频率f0,运算模块82将上述数值通过公式
Figure BDA0003001196550000091
计算的到第一架设高度H1,控制模块83根据H1控制移动装置20调整收发天线30的假设高度。
由于地面的反射作用,使得在地面以下出现了散射源60的镜像,该镜像的回波与散射源60的回波一起进入收发天线内。因此,需要根据公式
Figure BDA0003001196550000092
合理计算收发天线30的第一架设高度,以保证镜像的回波与散射源60的回波相同,从而达到增强回波信号、提高信噪比的目标,进而保证了检测精度。
应当理解的是,以上的一般描述和后文的细节描述仅是示例性和解释性的,并不能限制本申请。在本申请中,术语“多个”则指两个或两个以上,除非另有明确的限定。在本申请中,术语“第一”、“第二”仅用于描述的目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性。术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语均应做广义理解,例如,“连接”可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;“相连”可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本申请中的具体含义。
在本说明书的描述中,术语“一个实施例”、“一些实施例”、“具体实施例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中,对上述术语的示意性表述不一定指的是相同的实施例或实例。而且,描述的具体特征、结构、材料或特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
最后应说明的是:以上实施例仅用以说明本申请的技术方案,而非对其限制;尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明,本领域的普通技术人员应当理解:其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改,或者对其中部分技术特征进行等同替换;而这些修改或者替换,并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (6)

1.一种散射源高度的测试方法,其特征在于,包括如下步骤:
建立功率差值与散射源的相对高度对应的预存数据;
调整收发天线到达第一架设高度,并通过收发天线对散射源连续发射多段频率的电磁波进行连续扫频;
收发天线接收散射源反射的第一电磁波;
根据第一电磁波生成散射源回波功率的第一二维分布图像;
调整收发天线到达第二架设高度,并通过收发天线对散射源连续发射多段频率的电磁波进行连续扫频;
收发天线接收散射源反射的第二电磁波;
根据第二电磁波生成散射源回波功率的第二二维分布图像;
根据第一二维分布图像与第二二维分布图像得到功率差值;
将功率差值与所述预存数据匹配,得到散射源的相对高度的三维图像信息。
2.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,
采用如下公式计算所述第一架设高度:
Figure FDA0003814396730000011
H1为第一架设高度,R为收发天线与散射源之间的地面距离,Ht为散射源的中心高度,f0为多段频率的电磁波的中心频率。
3.根据权利要求2所述的测试方法,其特征在于,
所述第一架设高度H1与所述第二架设高度H2之间满足如下关系:
0.5H1≤H2≤2H1,且H2≠H1
4.根据权利要求3所述的测试方法,其特征在于,
所述第一架设高度H1与所述第二架设高度H2之间满足如下关系:
0.8H1≤H2≤0.95H1
5.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,
根据如下公式绘制散射源回波功率的二维分布图像:
Figure FDA0003814396730000021
P为有地面存在时测得的回波功率,P0为自由空间测得的回波功率,Ha为收发天线的架设高度,R为收发天线与散射源之间的地面距离,Δ为路程差引起的相位差,Ht为散射源的中心高度。
6.根据权利要求1所述的测试方法,其特征在于,
在所述收发天线接收散射源反射的第一电磁波之后包括如下步骤:对收发天线接收到的第一电磁波进行杂波抑制处理;
在所述收发天线接收散射源反射的第二电磁波之后包括如下步骤:对收发天线接收到的第二电磁波进行杂波抑制处理。
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