CN114089304A - 一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，所述方法可实现复杂相对运动状态下目标近场多普勒散射回波的快速仿真。包括：建立目标的近场电磁散射模型；根据所述近场电磁散射模型对动态交汇过程近场散射回波进行求解。本发明通过相对运动状态求解与高频散射算法的结合，避免了扩展目标散射点描述不准确等问题，并且考虑了高超声速运动状态下激波等离子体对动态散射特性的影响，能够实现任意动态交会状态下复杂目标的多普勒散射求解与分析，极大扩展了适用范围。

Description

一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法

技术领域

本发明涉及电磁散射建模领域，特别涉及一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法。

背景技术

在动态交会过程中，无线电探测器发射电磁波信号与目标及背景相互作用，经目标感应电磁流的二次辐射后产生散射回波，形成探测器接收的近场多普勒回波。动态交会过程近场散射回波的求解，不仅涉及到复杂目标的电磁散射计算，还涉及到动态交会过程中时间一维的推进，分析难度较大。尤其是当交会速度达到高超声速时，由于强烈的激波压缩和粘性摩擦作用，目标周围温度迅速升高，使空气发生离解和电离，形成包覆目标的激波等离子体，极大影响目标的散射特性，将进一步增加动态交会过程散射回波的建模难度。而动态交会过程中的目标近场多普勒散射回波不仅包含了目标散射强度的信息，也包含了目标与探测器相对运动的信息，对目标的探测识别极为重要。目标的近场散射回波即多普勒回波信息是交会过程无线电探测器方案设计的重要技术基础，其余探测器参数设计密切相关。因此，通过仿真手段，建立动态交会过程中目标近场散射回波模型，对于探测器的参数设计、论证等具有重要意义。

虽然现有技术针对动态交会过程中的目标近场散射回波开展了建模方法研究，且研究方向涵盖基于近场散射函数的回波生成方法、引信视频信号求解方法、基于散射点模型的回波生成方法等。但对于考虑复杂相对运动模型的扩展目标，如何综合考虑相对运动引起的目标散射变化以及高超声速运动导致的等离子体鞘套的影响，实现表征多普勒散射特性的动态回波的高效快速求解与分析仍有待研究。

发明内容

本发明的目的是提供一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，用于解决如何综合考虑相对运动引起的目标散射变化以及高超声速运动导致的等离子体鞘套的影响的问题，实现表征多普勒散射特性的动态回波的高效快速求解与分析的目的。

为了解决以上问题，本发明通过以下技术方案实现：

一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，包括：步骤S1、建立目标的近场电磁散射模型；步骤S2、根据所述近场电磁散射模型对动态交汇过程近场散射回波进行求解。

可选地，所述步骤S1包括：步骤S1.1、建立目标的数字化模型，通过流场仿真获取所述数字化模型的等离子体鞘套参数数据；步骤S1.2、采用MC算法建立等离子体包覆目标的等效分层介质模型；步骤S1.3、利用射线模拟电磁波对所述等效分层介质模型的入射，对射线在目标区域的反射、折射以及场强变化进行递归追踪，进而建立目标的所述近场电磁散射模型。

可选地，所述步骤S2包括：对动态交会场景进行定义，分析动态交会场景内目标与探测器的相对姿态关系，建立目标本体坐标系下探测器观测距离、俯仰角和方位角的变化序列，在各采样时刻，根据探测几何关系调用所述近场电磁散射模型求解动态交会过程近场散射回波。

可选地，所述步骤S1.1包括：通过采用热化学非平衡热环境的N-S/DSMC耦合算法实现稀薄大气层内高超声速目标绕流流场的建模，得到所述数字化模型，并获取数字化模型的所述等离子体鞘套参数数据。

可选地，所述等离子体鞘套参数数据为包含压强、碰撞频率、温度、电子数密度和各类气体组分密度在空间分布的点云信息数据。

可选地，所述步骤S1.2包括：提取所述等离子体鞘套参数数据电子数密度分布的最大值与最小值，将最大值和最小值分别进行N等分，对于各分界值调用所述MC算法，获取等电子数密度廓面信息；利用所述等电子数密度廓面信息将临近空间高超声速目标绕流流场的区域进行划分，获得所述等离子体包覆目标的等效分层介质模型。

可选地，所述对动态交会场景进行定义，分析动态交会场景内目标与探测器的相对姿态关系的步骤包括：

定义场景坐标系、目标本体坐标系和探测器坐标系；

在动态交会过程中涉及六个自由度，沿三个坐标轴的平动和转动；

沿着坐标轴反向看向原点，逆时针旋转为正，顺时针为负；

设横滚角、纵摇角和偏航角分别为θ_x、θ_y和θ_z；

按照沿x轴横滚，y轴纵摇，z轴偏航的顺序进行旋转变换；

根据动态交会过程中六自由度的定义，目标或探测器在参考坐标系中各时刻下的位置和姿态均用(X,Y,Z,θ_x,θ_y,θ_z)六个自由度的运动特性参数来表征；

假设探测器在参考坐标系中的位置及姿态为(X₁,Y₁,Z₁,α₁,θ₁,

)，目标的位置及姿态为(X₂,Y₂,Z₂,α₂,θ₂,

)；探测器坐标系为o_t1x_t1y_t1z_t1，目标的本体坐标系为o_t2x_t2y_t2z_t2；

为对目标的散射特性进行分析，以目标本体坐标系o_t2x_t2y_t2z_t2为参考，将探测器在参考坐标系下的坐标转换到目标本体坐标系下，转换公式如下：

式中：(x_tR(t′) y_tR(t′) z_tR(t′))为采样时刻t′探测器在目标本体坐标系下的坐标；(X₁(t′) Y₁(t′) Z₁(t′))为采样时刻t′探测器在参考坐标系下的坐标；(X₂(t′) Y₂(t′)Z₂(t′))为采样时刻t′目标在参考坐标系下的坐标；Λ_z、Λ_y、Λ_x为当前采样时刻下目标相对参考坐标系Z轴、Y轴和X轴转动引起的旋转矩阵；

将探测器位置坐标统一到目标本体坐标系后，利用坐标关系确定每个采样时刻的雷达视线。

可选地，各个采样时刻，所述雷达视线对目标的俯仰角θ(t′)和方位角

采用如下公式进行表示：

式中：(x_tR(t′),y_tR(t′),z_tR(t′))为当前时刻探测器统一到目标坐标系后的三维位置；雷达到目标的斜距R(t′)为

可选地，所述根据探测几何关系调用所述近场电磁散射模型求解动态交会过程近场散射回波的步骤包括：对近场散射回波进行时频变换，以求解近场散射回波的多普勒频谱信息。

另一方面本发明还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的方法。

本发明与现有技术相比至少具有以下优点之一：

本发明所提出的一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，可实现复杂相对运动状态下目标近场多普勒散射回波的快速仿真。该方法通过分析动态弹目交会过程中目标与探测器的相对位置及姿态变化关系，建立目标本体坐标系中探测器的动态位置参数序列模型，并利用引入探测器方向图函数的高频电磁散射建模算法实现多普勒散射回波特性的求解，是一种行之有效的建模方案。在该方法中，通过相对运动状态求解与高频散射算法的结合，避免了扩展目标散射点描述不准确等问题，并且考虑了高超声速运动状态下激波等离子体对动态散射特性的影响，能够实现任意动态交会状态下复杂目标的多普勒散射求解与分析，极大扩展了适用范围。

附图说明

图1为本发明一实施例提供的一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法的流程示意图；

图2为本发明一实施例提供的电子数密度为1E12 cm-3和1E12 cm-3的等电子数密度廓面；

图3为本发明一实施例提供的迎头拦截状态示意图；

图4为本发明一实施例提供的迎头拦截过程近场散射回波曲线；

图5为本发明一实施例提供的迎头拦截过程散射回波频谱曲线。

具体实施方式

以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

如图1所示，本实施例提供的一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，包括：步骤S1、建立目标的近场电磁散射模型；步骤S2、根据所述近场电磁散射模型对动态交汇过程近场散射回波进行求解。

本实施例中，将动态回波求解分为两个基本步骤，一是目标近场电磁散射建模，主要针对探测器与目标姿态相对固定情况下，近场散射特性的建模方法与思路；二是动态交会过程中目标近场散射回波的求解与分析，主要是分析交会过程中的相对位置与姿态关系变化情况，根据各个采样时刻下的位置姿态关系，调用步骤1中建立的目标的近场电磁散射模型实现动态交会回波的求解。

具体的，所述步骤S1包括：步骤S1.1、建立目标的数字化模型，通过流场仿真获取所述数字化模型的等离子体鞘套参数数据。

所述步骤S1.1具体包括：通过采用热化学非平衡热环境的N-S/DSMC耦合算法实现稀薄大气层内高超声速目标绕流流场的建模，得到所述数字化模型，并获取数字化模型的所述等离子体鞘套参数数据。

所述等离子体鞘套参数数据为包含压强、碰撞频率、温度、电子数密度和各类气体组分密度在空间分布的点云信息数据。

步骤S1.2、采用MC算法建立等离子体包覆目标的等效分层介质模型。

所述步骤S1.2具体包括：提取所述等离子体鞘套参数数据电子数密度分布的最大值与最小值，将最大值和最小值分别进行N等分，对于各分界值调用所述MC算法，获取等电子数密度廓面信息；利用所述等电子数密度廓面信息将临近空间高超声速目标绕流流场的区域进行划分，获得所述等离子体包覆目标的等效分层介质模型。

步骤S1.3、利用射线模拟电磁波对所述等效分层介质模型的入射，对射线在目标区域的反射、折射以及场强变化进行递归追踪，进而建立目标的所述近场电磁散射模型。

本实施例通过结合方向图的复杂目标高频近场电磁散射建模方法进而实现建立目标的所述近场电磁散射模型。即本发明拟采用引入天线方向图修正的近场射线追踪算法实现复杂目标高频近场电磁散射的建模。

具体的，在动态交会过程中，当目标速度达到10Ma以上时，由于强烈的激波压缩和粘性摩擦作用，目标周围温度迅速升高，使空气发生离解和电离，形成包覆目标的激波等离子体，严重影响目标的散射特性。

本实施例通过采用热化学非平衡热环境的N-S/DSMC耦合算法实现稀薄大气层内高超声速目标绕流流场的建模，获取包含压强、碰撞频率、温度、电子数密度、各类气体组分密度等参数在空间分布的点云信息数据。

提取电子数密度分布的最大值与最小值，将其N等分，N取正整数，对于各分界值(各个等分的值)调用等值面提取的体素级重建方法(Marching Cubes算法，以下简称MC算法)，获取等电子数密度廓面信息。利用等电子数密度廓面将临近空间高超声速目标绕流流场的区域进行划分，从而获得等离子体的等效分层介质模型。

MC算法是三维数据场等值面生成的经典算法，是体素单元内等值面抽取技术的代表。这一算法所处理的一般是三维正交的数据场。MC算法的基本思想是逐个处理数据场中的立方体，分类出与等值面相交的立方体，采用插值方法计算出等值面与立方体边的交点。根据立方体每一顶点与等值面的相对位置，将等值面与立方体边的交点按一定的方式连接生成等值面，作为等值面在该立方体内的一个逼近表示。通过对点云数据中所有立方体元素的遍历，获得等值面在每个立方体元素中的分布情况，连接这些三角面元即可获得最终等离子体数据(等离子体鞘套参数数据)中等电子数密度的廓面信息。

根据上述步骤分解，所述步骤S1还包括探测器与目标姿态相对固定情况下，建立目标的近场电磁散射特性模型：

在等离子体包覆目标的近场射线追踪算法中，参考经典的针孔相机，采用点源透射图方式来实现射线投射，即将近场发射天线位置设置为点源，并在发射天线与目标几何中心的中点设置虚拟孔径面，并对虚拟孔径面进行网格划分。连接点源与虚拟孔径面网格节点，向目标区域投射射线，当射线与目标表面相交时，发生反射，当射线与等离子体分界面相交时发生折射，记录反射与折射交点，并对反射与折射射线进行递归追踪，获取射线与等离子包覆目标中的传播路径信息，实现等离子体覆盖目标的近场射线追踪。

在近场条件下，入射电磁波不满足均匀平面波条件，在求解射线首个交点处的入射场时，必须考虑天线方向图以及距离等因素对散射特性的影响。射线与目标首个交点处的入射电场可以表示为

式中，L_i为发射天线(射线源)到首个交点的距离；E₀为点源处的单位电场；k为电磁波波数；ikL_i为射线首个反射点处的相位；θ_i、

为当前射线与天线波束指向的夹角；f_p(θ_i,

)为天线在近场的方向性函数；e_pi为当前射线交点处由极化决定的电磁波矢量方向。

沿近场射线追踪过程所获得的传播路径对电磁波场强信息进行逐步追踪。电磁波在目标区域发生多次反射与折射时，根据几何光学原理，实现反射电场与折射电场的求解。当反射与折射现象发生在等离子体分界面时，需要考虑等离子体反射系数与透射系数对电磁波的影响问题。同时在求解过程中考虑传播路径引起的电磁波相位延时，以及近场发散性造成的电场幅度随传播距离的衰减。尤其是当电磁波在等离子体中传播时，介质效应将进一步使传输过程的衰减与相移问题复杂化，此时传输后的电场为

式中，L_m-1为从发射源到射线前一交点处的传播路径长度；l_m为前一交点到当前交点射线的传播路径长度，即射线在等离子体中传播的路径长度；n_m-1和n_m分别为上层和当前层介质的折射率；E_im为入射的电场矢量；

为介质中的波数；r_i为当前传输过程的传播矢量。

目标的散射场信息可通过物理光学积分实现求解。在散射场积分求解过程中，需要同时考虑天线方向图加权以及电场随距离的发散影响。散射电场的表达式为：

式中，

k₀为自由空间波数；R_m为从当前面片到观测天线的传播距离；Z为自由空间的波阻抗；f_p(θ_m,

)为第m个面元所对应的接收天线方向图；

为第m个面元的单位散射波矢；

为表面单位法向量；E^T为当前交点处的总电场；H^T为当前交点处的总磁场。

所述步骤S2包括：对动态交会场景进行定义，分析动态交会场景内目标与探测器的相对姿态关系，建立目标本体坐标系下探测器观测距离、俯仰角和方位角的变化序列，在各采样时刻，根据探测几何关系调用所述近场电磁散射模型求解动态交会过程近场散射回波。

为对动态交会过程的近场散射回波进行分析，首先需要能够准确的描述动态交会场景。为此，所述对动态交会场景进行定义，分析动态交会场景内目标与探测器的相对姿态关系的步骤包括：

定义场景坐标系、目标本体坐标系和探测器坐标系；在动态交会过程中涉及六个自由度，沿三个坐标轴的平动和转动；沿着坐标轴反向看向原点，逆时针旋转为正，顺时针为负；设横滚角、纵摇角和偏航角分别为θ_x、θ_y和θ_z；按照沿x轴横滚，y轴纵摇，z轴偏航的顺序进行旋转变换；根据动态交会过程中六自由度的定义，目标或探测器在参考坐标系中各时刻下的位置和姿态均用(X,Y,Z,θ_x,θ_y,θ_z)六个自由度的运动特性参数来表征。

假设探测器在参考坐标系中的位置及姿态为(X₁,Y₁,Z₁,α₁,θ₁,

)，目标的位置及姿态为(X₂,Y₂,Z₂,α₂,θ₂,

)；探测器坐标系为o_t1x_t1y_t1z_t1，目标的本体坐标系为o_t2x_t2y_t2z_t2。

为对目标的散射特性进行分析，以目标本体坐标系o_t2x_t2y_t2z_t2为参考，将探测器在参考坐标系下的坐标转换到目标本体坐标系下，转换公式如下：

式中：(x_tR(t′) y_tR(t′) z_tR(t′))为采样时刻t′探测器在目标本体坐标系下的坐标；(X₁(t′) Y₁(t′) Z₁(t′))为采样时刻t′探测器在参考坐标系下的坐标；(X₂(t′) Y₂(t′)Z₂(t′))为采样时刻t′目标在参考坐标系下的坐标；Λ_z、Λ_y、Λ_x为当前采样时刻下目标相对参考坐标系Z轴、Y轴和X轴转动引起的旋转矩阵；

将探测器位置坐标统一到目标本体坐标系后，利用坐标关系确定每个采样时刻的雷达视线。

在动态交会过程中，虽然探测器与目标不断进行机动，但其探测雷达波束始终指向被测目标。将探测器位置坐标统一到目标本体坐标系后，可利用坐标关系确定每个采样时刻雷达视线即雷达主波束指向(LOS)相对于目标本体坐标系的姿态角。

由于探测器平台以及目标之间的相对运动，探测器与目标之间的距离R，俯仰角θ和方位角

随时间发生变化。

进一步的，对于各个采样时刻，所述雷达视线对目标的俯仰角θ(t′)和方位角

采用如下公式进行表示：

式中：(x_tR(t′),y_tR(t′),z_tR(t′))为当前时刻探测器统一到目标坐标系后的三维位置；雷达到目标的斜距R(t′)为

针对动态交会过程，分析各个采样时刻下目标与探测器的相对姿态关系，获取随时间推进目标本体坐标系下探测器观测距离、俯仰角和方位的变化序列，调用高频电磁散射计算模型(该处高频电磁散射计算模型是指步骤1中建立的目标的近场电磁散射模型，因为该模型算法属于一种高频算法，固称其为高频电磁散射计算模型)实现动态散射特性的建模，提取探测器接收天线位置处目标散射场序列，即为动态交会状态下的目标近场散射回波。

所述根据探测几何关系调用所述近场电磁散射模型求解动态交会过程近场散射回波的步骤包括：对近场散射回波进行时频变换，以求解近场散射回波的多普勒频谱信息。

在动态交会过程中，目标与探测器姿态随时间变化，因此会存在一个观测距离、俯仰角、方位角等随时间的变化序列，针对该序列中每一个采样时刻下，调用近场电磁散射计算模型，可获得该时刻下所对应姿态的目标散射场，所有采样时刻下的目标散射场构成随时间变化的散射场序列(目标散射场序列)。对该散射场序列进行时频分析，可获取动态过程的频谱特性也即多普勒特性，具体如下文所述。

在获取目标随时间变化的散射场(目标散射场序列)之后，可通过时频域分析方法获取其频谱分布特性。时频域分析主要涉及到离散时间序列的傅里叶变换(DTFT)和离散傅里叶变换/级数(DFT/DFS)。通过DTFT技术可将仿真建模计算得到的离散的时域散射场信号变换到频谱上，从而获取目标与探测器相对运动的多普勒信息。其中DTFT计算公式为：

式中，x[n]和X(Ω)分别为时域和频域的散射回波信息；n与Ω分别为时域和频域的采样点；

为了更清楚的了解上述实施例的内容，本实施例以迎头拦截动态过程的近场散射回波求解为例进行如下说明：

首先，建立目标的数字化模型(目标的三维几何模型，常见的如典型的目标CAD模型等)，通过流场仿真获取其等离子体鞘套参数数据，采用MC算法建立等离子体包覆目标的等效分层介质模型(如图1所示)，利用射线模拟电磁波对分层介质包覆目标的入射，对射线在目标区域的反射、折射以及场强变化进行递归追踪，进而建立等离子体包覆目标的近场电磁散射模型；之后定义迎头拦截状态下的动态交会场景(如图2所示)，分析场景内目标与探测器的相对姿态关系，建立目标本体坐标系下探测器观测距离、俯仰和方位序列，在各采样时刻，根据探测几何关系调用近场电磁散射模型实现动态交会过程近场散射回波的求解(如图3所示)，对近场散射回波进行时频变换，实现散射回波多普勒频谱信息的求解(如图4所示)。一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法的具体步骤如下：

步骤1：目标近场电磁散射建模(即目标的近场电磁散射模型)。建立目标的数字化模型，通过流场仿真获取其等离子体鞘套参数数据，采用MC算法建立等离子体包覆目标的等效分层介质模型，利用射线模拟电磁波对分层介质包覆目标的入射，对射线在目标区域的反射、折射以及场强变化进行递归追踪，进而建立复杂目标的近场电磁散射模型。

步骤2：动态交会过程近场散射回波求解与分析。对动态交会场景进行定义，分析场景内目标与探测器的相对姿态关系，建立目标本体坐标系下探测器观测距离、俯仰和方位序列，在各采样时刻，根据探测几何关系调用近场电磁散射模型实现动态交会过程近场散射回波的求解，对近场散射回波进行时频变换，实现散射回波多普勒频谱信息的求解。

如图2所示，为飞行速度10Ma，高度65km的钝锥体目标的等效分层介质模型，图中钝锥体目标球头半径R_n＝0.08m，钝锥总长L＝0.3m，半锥角θ＝8°，其外等离子体流场区域被两层等值面所分割，内外两层曲面对应的电子数密度分别为1E12cm^-3和6E9cm^-3。如图3所示，为迎头拦截动态交会过程示意图，图中OXYZ为场景坐标系，探测器沿X轴正方向对目标进行迎头拦截，探测器的初始六自由度坐标为(0m,0m,0m,0°,0°,0°)，目标初始坐标为(500m,0m,0m,90°,0°,0°)，两者的相对运动速度为5000m/s，动态过程采样时间长度为0s～0.002s，步长2×10^-6s，探测器载频为3GHz。如图4所示，为上述动态交会过程中，目标的近场散射回波曲线，由图可见，上述弹目交会参数下，获取的目标散射场呈正弦振荡形式。如图5所示，为获取的动态交会过程中时域的近场散射回波通过时频变换后得到的频谱特征曲线，由图可见其频谱特性对应的峰值在100kHz，与该状态下根据相对运动速度解算的多普勒频率吻合。

另一方面本实施例还提供一种可读存储介质，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现如上文所述的方法。

本实施例所提出的一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，可实现复杂相对运动状态下目标近场多普勒散射回波的快速仿真。该方法通过分析动态弹目交会过程中目标与探测器的相对位置及姿态变化关系，建立目标本体坐标系中探测器的动态位置参数序列模型，并利用引入探测器方向图函数的高频电磁散射建模算法实现多普勒散射回波特性的求解，是一种行之有效的建模方案。在该方法中，通过相对运动状态求解与高频散射算法的结合，避免了扩展目标散射点描述不准确等问题，并且考虑了高超声速运动状态下激波等离子体对动态散射特性的影响，能够实现任意动态交会状态下复杂目标的多普勒散射求解与分析，极大扩展了适用范围。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”、“包含”或者其任何其他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他要素，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要素。

应当注意的是，在本文的实施方式中所揭露的装置和方法，也可以通过其他的方式实现。以上所描述的装置实施方式仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图和框图显示了根据本文的多个实施方式的装置、方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用于执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本文各个实施方式中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

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 (10)

1.一种动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，包括：

步骤S1、建立目标的近场电磁散射模型；

步骤S2、根据所述近场电磁散射模型对动态交汇过程近场散射回波进行求解。

2.如权利要求1所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述步骤S1包括：

步骤S1.1、建立目标的数字化模型，通过流场仿真获取所述数字化模型的等离子体鞘套参数数据；

步骤S1.2、采用MC算法建立等离子体包覆目标的等效分层介质模型；

步骤S1.3、利用射线模拟电磁波对所述等效分层介质模型的入射，对射线在目标区域的反射、折射以及场强变化进行递归追踪，进而建立目标的所述近场电磁散射模型。

3.如权利要求2所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述步骤S2包括：

对动态交会场景进行定义，分析动态交会场景内目标与探测器的相对姿态关系，建立目标本体坐标系下探测器观测距离、俯仰角和方位角的变化序列，在各采样时刻，根据探测几何关系调用所述近场电磁散射模型求解动态交会过程近场散射回波。

4.如权利要求3所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述步骤S1.1包括：

通过采用热化学非平衡热环境的N-S/DSMC耦合算法实现稀薄大气层内高超声速目标绕流流场的建模，得到所述数字化模型，并获取数字化模型的所述等离子体鞘套参数数据。

5.如权利要求4所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述等离子体鞘套参数数据为包含压强、碰撞频率、温度、电子数密度和各类气体组分密度在空间分布的点云信息数据。

6.如权利要求5所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述步骤S1.2包括：提取所述等离子体鞘套参数数据电子数密度分布的最大值与最小值，将最大值和最小值分别进行N等分，对于各分界值调用所述MC算法，获取等电子数密度廓面信息；利用所述等电子数密度廓面信息将临近空间高超声速目标绕流流场的区域进行划分，获得所述等离子体包覆目标的等效分层介质模型。

7.如权利要求6所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述对动态交会场景进行定义，分析动态交会场景内目标与探测器的相对姿态关系的步骤包括：

定义场景坐标系、目标本体坐标系和探测器坐标系；

在动态交会过程中涉及六个自由度，沿三个坐标轴的平动和转动；

沿着坐标轴反向看向原点，逆时针旋转为正，顺时针为负；

设横滚角、纵摇角和偏航角分别为θ_x、θ_y和θ_z；

按照沿x轴横滚，y轴纵摇，z轴偏航的顺序进行旋转变换；

根据动态交会过程中六自由度的定义，目标或探测器在参考坐标系中各时刻下的位置和姿态均用(X,Y,Z,θ_x,θ_y,θ_z)六个自由度的运动特性参数来表征；

假设探测器在参考坐标系中的位置及姿态为

目标的位置及姿态为

探测器坐标系为o_t1x_t1y_t1z_t1，目标的本体坐标系为o_t2x_t2y_t2z_t2；

为对目标的散射特性进行分析，以目标本体坐标系o_t2x_t2y_t2z_t2为参考，将探测器在参考坐标系下的坐标转换到目标本体坐标系下，转换公式如下：

式中：(x_tR(t′) y_tR(t′) z_tR(t′))为采样时刻t′探测器在目标本体坐标系下的坐标；(X₁(t′) Y₁(t′) Z₁(t′))为采样时刻t′探测器在参考坐标系下的坐标；(X₂(t′) Y₂(t′) Z₂(t′))为采样时刻t′目标在参考坐标系下的坐标；Λ_z、Λ_y、Λ_x为当前采样时刻下目标相对参考坐标系Z轴、Y轴和X轴转动引起的旋转矩阵；

将探测器位置坐标统一到目标本体坐标系后，利用坐标关系确定每个采样时刻的雷达视线。

8.如权利要求7所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，

各个采样时刻，所述雷达视线对目标的俯仰角θ(t′)和方位角

采用如下公式进行表示：

式中：(x_tR(t′),y_tR(t′),z_tR(t′))为当前时刻探测器统一到目标坐标系后的三维位置；雷达到目标的斜距R(t′)为

9.如权利要求8所述的动态交会状态目标近场散射回波的求解方法，其特征在于，所述根据探测几何关系调用所述近场电磁散射模型求解动态交会过程近场散射回波的步骤包括：对近场散射回波进行时频变换，以求解近场散射回波的多普勒频谱信息。

10.一种可读存储介质，其特征在于，所述可读存储介质内存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时，实现权利要求1至9中任一项所述的方法。

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