CN113552547B - 一种测量室外目标rcs的方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种测量室外目标RCS的方法。该方法包括：在作为测试背景的室外环境下，搭建用于测量室外目标RCS的测量装置；开启所述测量装置，以利用所述测量装置发出电磁波；将所述测量装置通过举升装置逐渐升高，并利用所述测量装置实时检测回波；根据检测的回波，确定所述测量装置举升的目标高度；利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量。本发明提供的方案能够提高对室外目标RCS测量的准确性。

Description

一种测量室外目标RCS的方法

技术领域

本发明涉及电磁散射技术领域，尤其涉及一种测量室外目标RCS的方法。

背景技术

随着各项RCS(Radar Cross Section，雷达散射截面)研究项目不断推进，电磁散射特性测量的需求也逐步从暗室、外场测量向室外非标准测试场等复杂环境扩展。

与此同时，就不可避免的会遇到草地、裸土地等不规整室外测量环境。此时，常规的室内、外定标方法就受到了较大影响。RCS测量常用相对定标方法，即首先对定标体进行测量，然后对待测目标进行测量，通过对定标体的测量值与理论值计算，进而对目标测量值进行相应的处理、计算，最终得到目标的RCS。由此可以看出，对定标体的精确测量是对目标RCS测量的关键。

然而，在复杂环境(即草地、裸土地等不规整室外测量环境)下，定标体所处电磁环境复杂、时变，造成定标体测量数据对测量系统本身频响产生影响，进而对待测目标测量数据处理引入更多误差。

因此，目前亟待需要一种测量室外目标RCS的方法来解决上述问题。

发明内容

本发明提供了一种测量室外目标RCS的方法，以提高对室外目标RCS测量的准确性。

本发明实施例提供了一种测量室外目标RCS的方法，包括：

在作为测试背景的室外环境下，搭建用于测量室外目标RCS的测量装置；

开启所述测量装置，以利用所述测量装置发出电磁波；

将所述测量装置通过举升装置逐渐升高，并利用所述测量装置实时检测回波；

根据检测的回波，确定所述测量装置举升的目标高度；

利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量。

在一种可能的设计中，所述测量装置包括矢量网络分析仪、功放组件、天馈组件、数据采集组件和数据处理组件；

所述搭建用于测量室外目标RCS的测量装置，包括：

将所述矢量网络分析仪、所述功放组件、所述天馈组件、所述数据采集组件和所述数据处理组件进行搭建，以形成用于测量室外目标RCS的测量装置；

其中，所述矢量网络分析仪用于产生预设频段的电磁波，所述功放组件用于对所述矢量网络分析仪产生的电磁波的信号进行放大，所述天馈组件用于发出放大后的电磁波和接收回波，所述数据采集组件用于对接收的回波进行数据采集，所述数据处理组件用于对采集到的数据进行处理。

在一种可能的设计中，在所述搭建用于测量室外目标RCS的测量装置之后和在所述开启所述测量装置之前，还包括：

将所述矢量网络分析仪进行预热；

调整所述天馈组件的天线俯角至预设角度。

在一种可能的设计中，所述根据检测的回波，确定所述测量装置举升的目标高度，包括：

利用所述数据采集组件采集检测的回波，得到背景频谱；

利用所述数据处理组件处理得到的背景频谱，得到一维距离像；

基于得到的一维距离像，确定所述测量装置举升的目标高度。

在一种可能的设计中，所述基于得到的一维距离像，确定所述测量装置举升的目标高度，包括：

在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，确定所述测量装置举升的目标高度。

在一种可能的设计中，所述在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，确定所述测量装置举升的目标高度，包括：

在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，获取所述低散射区域的两个边界值；

将具有两个边界值的低散射区域对应的一维距离像进行处理，得到目标背景频谱；

确定得到的目标背景频谱是否符合预设的背景频谱的要求；

如果是，则将所述测量装置举升的当前高度作为目标高度；

否则，继续举升所述测量装置，直至确定得到的目标背景频谱符合预设的背景频谱的要求。

在一种可能的设计中，在所述确定所述测量装置举升的目标高度之后和在所述利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量之前，还包括：

基于所述天馈组件的天线俯角和所述测量装置举升的目标高度，确定室外目标的放置位置。

在一种可能的设计中，在所述确定室外目标的放置位置之后和在所述利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量之前，还包括：

在所述放置位置架设定标体，得到所述定标体的RCS测量值；

基于所述定标体的RCS测量值和RCS理论值，确定误差系数；

在所述放置位置架设标准体，并基于所述误差系数，得到所述标准体的RCS测量值；

基于所述标准体的RCS测量值和理论值，确定所述室外环境是否合格；

如果是，则利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量；

如果否，则更换室外环境。

由上述方案可知，通过将测量装置举升到空中，使得定标体所处的环境由复杂的底面环境变为大气环境，如此可以有效抑制背景高散射、多路径等因素对定标体测量的干扰，进而可以提高对室外目标RCS测量的准确性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以基于这些附图获得其它的附图。

图1为本发明一个实施例提供的测量室外目标RCS的方法的流程示意图；

图2为测量装置位于地面时测量得到的室外环境下的背景频谱；

图3为本发明一个实施例提供的测量室外目标RCS的原理图；

图4为测量装置位于空中且天线俯角为60°时测量得到的室外环境下的一维距离像；

图5为测量装置位于空中且天线俯角为30°时测量得到的室外环境下的一维距离像；

图6为利用软件门截取图4中低散射区域两个边界值时的示意图；

图7为经过软件门截取前后的背景频谱。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例，基于本发明中的实施例，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它实施例，都属于本发明保护的范围。

如前所述，在复杂环境(即草地、裸土地等不规整室外测量环境)下，定标体所处电磁环境复杂、时变，造成定标体测量数据对测量系统本身频响产生影响，进而对待测目标测量数据处理引入更多误差。

如图2所示，通常是将测量装置放置在地面上对定标体进行RCS测量。从图2可以看出，背景频谱的各频点的背景电平较高，大致在10dBm²左右，而一般RCS测量的背景如果比目标低20dBm²，则可以代表该背景对目标RCS值影响小于1dB。因此，为了使背景对目标RCS测量的影响较小，需使得目标RCS的值大于30dBm²。但是，对于30dBm²量级的定标体来说，该定标体尺寸较大，会造成定标体的摆放困难。此外，常用的定标体为直径300mm或400mm的金属球，二者的RCS的理论值在-11.5dBm²和-9dBm²，因此，图2的背景频谱会将常用尺寸的定标体的频响淹没，从而无法准确测量出定标体的RCS。

为了考虑降低对室外目标RCS测量的误差，需使得室外环境的背景频谱应在-30dBm²以下，例如可以考虑对室外环境进行降噪。在本发明实施例中，对室外环境的降噪是将测量装置举升到空中，从而将定标体所处的环境由复杂的底面环境变为大气环境，如此可以有效抑制背景高散射、多路径等因素对定标体测量的干扰，进而可以提高对室外目标RCS测量的准确性。

下面对本发明的发明构思进行介绍。

图1为本发明一个实施例提供的测量室外目标RCS的方法的流程示意图。请参阅图1，该方法包括：

步骤100、在作为测试背景的室外环境下，搭建用于测量室外目标RCS的测量装置；

步骤102、开启测量装置，以利用测量装置发出电磁波；

步骤104、将测量装置通过举升装置逐渐升高，并利用测量装置实时检测回波；

步骤106、根据检测的回波，确定测量装置举升的目标高度；

步骤108、利用处于目标高度的测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量。

在本发明实施例中，通过将测量装置举升到空中，使得定标体所处的环境由复杂的底面环境变为大气环境，如此可以有效抑制背景高散射、多路径等因素对定标体测量的干扰，进而可以提高对室外目标RCS测量的准确性。

在本发明一个实施例中，测量装置包括矢量网络分析仪、功放组件、天馈组件、数据采集组件和数据处理组件；

搭建用于测量室外目标RCS的测量装置，包括：

将矢量网络分析仪、功放组件、天馈组件、数据采集组件和数据处理组件进行搭建，以形成用于测量室外目标RCS的测量装置；

其中，矢量网络分析仪用于产生预设频段的电磁波，功放组件用于对矢量网络分析仪产生的电磁波的信号进行放大，天馈组件用于发出放大后的电磁波和接收回波，数据采集组件用于对接收的回波进行数据采集，数据处理组件用于对采集到的数据进行处理。

在本发明实施例中，通过将矢量网络分析仪、功放组件、天馈组件、数据采集组件和数据处理组件等部件进行组合，搭建形成用于测量室外目标RCS的测量装置，实现了测量装置对定标体或室外目标的RCS测量。

在本发明一个实施例中，在搭建用于测量室外目标RCS的测量装置之后和在开启测量装置之前，还包括：

将矢量网络分析仪进行预热；

调整天馈组件的天线俯角至预设角度。

在本发明实施例中，由于矢量网络分析仪中存在着模拟电路，为了实现更精确的测量，需要先对矢量网络分析仪进行预热；此外，为了实现测量装置对定标体或室外目标的RCS测量，需要将测量装置的天馈组件(即包括发出电磁波的天线和接收电磁波的天线)的天线俯角进行调整，即朝向地面设置(可参阅图3)。

在本发明一个实施例中，根据检测的回波，确定测量装置举升的目标高度，包括：

利用数据采集组件采集检测的回波，得到背景频谱；

利用数据处理组件处理得到的背景频谱，得到一维距离像；

基于得到的一维距离像，确定测量装置举升的目标高度。

在本发明实施例中，由于在一维距离像中可以看到是否存在低散射区域，因此需要借助测量装置的数据采集组件将检测的回波先转换为背景频谱，在借助数据处理组件将转换后的背景频谱进一步转换为一维距离像。例如，可参见图4和图5所示的两个一维距离像。电磁波在大气环境中传播的距离为低散射区域，由图4和图5可以看出，低散射区域为幅度低的区域。其中，低散射区域的长度即为天线到地面的斜距。

在本发明一个实施例中，基于得到的一维距离像，确定测量装置举升的目标高度，包括：

在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，确定测量装置举升的目标高度。

在本发明实施例中，为了确定测量装置举升的目标高度，需要保证低散射区域的长度足够长，以能容易地放置定标体和支撑架。通常而言，预设长度为至少10m。

请参阅图3，测量装置1被举升装置(图中未示出)举升到目标高度h处，天线俯角为a，在电磁波传播方向的路径上只需要设置定标体即可，此时定标体的背景频谱的幅度最低。因此，定标体2和支撑架3设置的位置关系应当为使定标体2在图3所示的电磁波传播方向的路径上。

在本发明一个实施例中，在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，确定测量装置举升的目标高度，包括：

在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，获取低散射区域的两个边界值；

将具有两个边界值的低散射区域对应的一维距离像进行处理，得到目标背景频谱；

确定得到的目标背景频谱是否符合预设的背景频谱的要求；

如果是，则将测量装置举升的当前高度作为目标高度；

否则，继续举升测量装置，直至确定得到的目标背景频谱符合预设的背景频谱的要求。

在本发明实施例中，通过利用软件门的方式来获取低散射区域的两个边界值，从而可以确定得到的目标背景频谱符合预设的背景频谱的要求。

举例说明，请参阅图6和图7，图6为一维距离像，通过软件门在图6所示的一维距离像中截取到低散射区域的两个边界值(即矩形框的左右两个边界线所对应的边界值)，然后通过将具有两个边界值的低散射区域对应的一维距离像进行处理，得到目标背景频谱(即图7所示的截取后频响的频谱)。由图7可以看出，截取后的频谱的幅度值在-40dBm²左右，比前文所述的-30dBm²要低，因此经过对测量装置的举升的操作后，可以实现对室外目标RCS的精确测量。

在本发明一个实施例中，在确定测量装置举升的目标高度之后和在利用处于目标高度的测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量之前，还包括：

基于天馈组件的天线俯角和测量装置举升的目标高度，确定室外目标的放置位置。

在本发明实施例中，如图3所示以及结合对图3的分析可知，室外目标的放置位置应当在电磁波传播方向的路径上，此时可以实现室外目标的的背景频谱的幅度最低。

在本发明一个实施例中，在确定室外目标的放置位置之后和在利用处于目标高度的测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量之前，还包括：

在放置位置架设定标体，得到定标体的RCS测量值；

基于定标体的RCS测量值和RCS理论值，确定误差系数；

在放置位置架设标准体，并基于误差系数，得到标准体的RCS测量值；

基于标准体的RCS测量值和理论值，确定室外环境是否合格；

如果是，则利用处于目标高度的测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量；

如果否，则更换室外环境。

在本发明实施例中，通过利用标准尺寸的定标体和标准体对室外环境是否合格进行验证，可以有效选取室外环境，从而为实现对室外目标RCS的精确测量提供支持。

需要说明的是，对标准体的测量，应当注意将定标体和标准体的几何中心保持一致，且在二者放置在支撑架上后，设置相同频率、极化的测量参数，以保证前后测量的实验条件一致性。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其它变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其它要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同因素。

最后需要说明的是：以上所述仅为本发明的较佳实施例，仅用于说明本发明的技术方案，并非用于限定本发明的保护范围。凡在本发明的精神和原则之内所做的任何修改、等同替换、改进等，均包含在本发明的保护范围内。

Claims (5)

1.一种测量室外目标RCS的方法，其特征在于，包括：

在作为测试背景的室外环境下，搭建用于测量室外目标RCS的测量装置；

开启所述测量装置，以利用所述测量装置发出电磁波；

将所述测量装置通过举升装置逐渐升高，并利用所述测量装置实时检测回波；

根据检测的回波，确定所述测量装置举升的目标高度；

利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量；

所述根据检测的回波，确定所述测量装置举升的目标高度，包括：

利用数据采集组件采集检测的回波，得到背景频谱；

利用数据处理组件处理得到的背景频谱，得到一维距离像；

基于得到的一维距离像，确定所述测量装置举升的目标高度；

所述基于得到的一维距离像，确定所述测量装置举升的目标高度，包括：

在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，确定所述测量装置举升的目标高度；

所述在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，确定所述测量装置举升的目标高度，包括：

在得到的一维距离像中出现到达预设长度的低散射区域时，获取所述低散射区域的两个边界值；

将具有两个边界值的低散射区域对应的一维距离像进行处理，得到目标背景频谱；

确定得到的目标背景频谱是否符合预设的背景频谱的要求；

如果是，则将所述测量装置举升的当前高度作为目标高度；

否则，继续举升所述测量装置，直至确定得到的目标背景频谱符合预设的背景频谱的要求。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述测量装置包括矢量网络分析仪、功放组件、天馈组件、数据采集组件和数据处理组件；

所述搭建用于测量室外目标RCS的测量装置，包括：

将所述矢量网络分析仪、所述功放组件、所述天馈组件、所述数据采集组件和所述数据处理组件进行搭建，以形成用于测量室外目标RCS的测量装置；

其中，所述矢量网络分析仪用于产生预设频段的电磁波，所述功放组件用于对所述矢量网络分析仪产生的电磁波的信号进行放大，所述天馈组件用于发出放大后的电磁波和接收回波，所述数据采集组件用于对接收的回波进行数据采集，所述数据处理组件用于对采集到的数据进行处理。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，在所述搭建用于测量室外目标RCS的测量装置之后和在所述开启所述测量装置之前，还包括：

将所述矢量网络分析仪进行预热；

调整所述天馈组件的天线俯角至预设角度。

4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，在所述确定所述测量装置举升的目标高度之后和在所述利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量之前，还包括：

基于所述天馈组件的天线俯角和所述测量装置举升的目标高度，确定室外目标的放置位置。

5.根据权利要求4所述的方法，其特征在于，在所述确定室外目标的放置位置之后和在所述利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量之前，还包括：

在所述放置位置架设定标体，得到所述定标体的RCS测量值；

基于所述定标体的RCS测量值和RCS理论值，确定误差系数；

在所述放置位置架设标准体，并基于所述误差系数，得到所述标准体的RCS测量值；

基于所述标准体的RCS测量值和理论值，确定所述室外环境是否合格；

如果是，则利用处于所述目标高度的所述测量装置对位于地面上的室外目标的RCS进行测量；

如果否，则更换室外环境。

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