CN114114232A - 一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，包括步骤：根据探测器照射波束，利用高频近似方法、双尺度法分别计算近场条件下目标、地海面散射场；利用射线路径和镜像方法计算目标面元与地海面之间的多路径散射场；提出场模拟电路的思想，将电路中脉冲多普勒视频信号用目标和环境的散射信息表示；利用信号处理模拟电路作用从视频信号中提取脉冲多普勒回波信号。本发明创新性提出场模拟电路的思想，结合目标和环境的散射信息，利用信号处理技术，仿真脉冲多普勒硬件电路中视频信号和多普勒信号等主要信号。
Description
技术领域
本申请涉及信号处理技术领域，具体涉及一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法。
背景技术
脉冲多普勒视频信号和多普勒信号的外场实测可控性差，且代价较大，无法满足大量测试进行科学研究和产品性能检验的需求。当前，大部分学者将目标特性和脉冲多普勒信号处理分裂开来，目标特性输入到多普勒信号输出未形成一个有效的闭环，无法针对实际的目标获取大量多普勒回波信号。基于电磁散射的高频近似方法和双尺度方法计算目标和地海面的散射，结合射线路径和镜像法计算目标与地海面之间的耦合散射，获得地海背景下的目标散射信息，利用信息处理技术进行场模拟路的信号仿真，实现脉冲多普勒硬件电路中视频信号和多普勒回波信号的生成。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：提供一种基于高频近似的地海面目标多普勒回波生成方法，创造性提出场模拟电路的思想，根据探测器照射波束，利用高频近似方法、双尺度法分别计算近场条件下目标、地海面散射场，利用射线路径和镜像方法计算目标面元与地海面之间的多路径散射场，并计算获得近场RCS；将电路中脉冲多普勒视频信号用目标和环境的散射信息表示，利用信号处理模拟电路作用从视频信号中提取脉冲多普勒回波信号。
本申请第一方面提供了一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，包括：
1)采用高频近似方法计算面元散射和边缘散射，采用弹跳射线法计算面元之间的多次散射；
2)采用地海面复反射系数修正计算目标与地海面之间的二次相互作用散射贡献；
3)计算地海面被波束照亮区域的散射贡献预先采用双尺度法计算海面的散射系数，通过插值计算面元在当前入射射线下的散射强度，并计算散射场；
4)根据硬件电路信号传播过程，建立脉冲多普勒中的归一化视频信号表达式；
5)根据脉冲多普勒硬件电路中视频信号到多普勒回波信号之间的距离门选通、检波、滤波等电路模块，建立多普勒回波信号的归一化数学表达式。
所述的步骤1)近场RCS与距离有密切关系，将雷达方程进行适当的变形得到：
其中，Gt和Gr是发收天线的增益，R1和R2发收天线到目标的距离，Pt是发射功率，Pr是接收功率。
可以将RCS与探测器增益、距离统一考虑，得到适用于近场和远场通用的广义RCS定义式，也就是对远场RCS进行增益和距离的修正，即：
那么，可以采用远场条件下的高频近似方法求解面元RCS，并进行近场修正，获得近场条件下的广义RCS。
所述的步骤2)利用光路可逆原理，已知探测器与目标之间的射线传播路径，根据几何关系得到经过地海面反射下的探测器与目标之间的耦合路径，采用地海面复反射系数、射线传播路径对目标的散射信息进行幅度和相位修正，即：
σcoup＝Rsσobje-jkdr
其中，Rs是复反射系数，σobj是目标RCS，dr是耦合射线路径与目标路径的路程差。
所述的步骤3)由远场条件下的双尺度方法获得的面元散射系数计算近场条件下的面元散射信息，即：
其中，ΔS是面元面积，σ是面元散射系数，r是探测器到天线的距离。
所述的步骤4)将由硬件电路处理的信号过程进行数学建模，经过调制、目标反射、下混频等数学推导，建立了脉冲多普勒视频信号表达式，即：
其中，ri是面元到探测器距离，ωdi是面元多普勒频率，τi是面元延迟，TM是发射脉冲周期。
所述的步骤5)使用数学模拟视频信号进行距离门选通、检波等电路模块，获得脉冲多普勒信号数学模型。即：
其中，Δτ是回波脉冲宽度经过距离门选通后的有效宽度。
本申请提供的技术方案可以包括以下有益效果：
本申请公开了一种基于高频近似的地海面目标多普勒回波生成方法，创造性提出场模拟电路的思想，根据探测器照射波束，利用高频近似方法、双尺度法分别计算近场条件下目标、地海面散射场，利用射线路径和镜像方法计算目标面元与地海面之间的多路径散射场，并计算获得近场RCS；将电路中脉冲多普勒视频信号用目标和环境的散射信息表示，利用信号处理模拟电路作用从视频信号中提取脉冲多普勒回波信号。
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。
附图说明
为了更清楚地说明本申请专利实施例的技术方案，下面将对实施例描述所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本申请专利的一些实施例，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，还可以根据这些附图获得其他的附图。
图1为本申请实施例中目标与地海面耦合散射路径示意图；
图2a为本申请实施例中回波脉冲宽度经过距离门选通后的有效宽度；
图2b为本申请其他实施例中回波脉冲宽度经过距离门选通后的有效宽度。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的实施方式。虽然附图中显示了本申请的实施方式，但是应该理解的是，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施方式所限制。相反，提供这些实施方式是为了使本申请更加透彻和完整，并且能够将本申请的范围完整地传达给本领域的技术人员。
在本申请使用的术语是仅仅出于描述特定实施例的目的，而非旨在限制本申请。在本申请和所附权利要求书中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。还应当理解，本文中使用的术语“和/或”是指并包含一个或多个相关联的列出项目的任何或所有可能组合。
应当理解，尽管在本申请可能采用术语“第一”、“第二”、“第三”等来描述各种信息，但这些信息不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的信息彼此区分开。例如，在不脱离本申请范围的情况下，第一信息也可以被称为第二信息，类似地，第二信息也可以被称为第一信息。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本申请的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
本申请实施例提供一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，创造性提出场模拟电路的思想，根据探测器照射波束，利用高频近似方法、双尺度法分别计算近场条件下目标、地海面散射场，利用射线路径和镜像方法计算目标面元与地海面之间的多路径散射场，并计算获得近场RCS；将电路中脉冲多普勒视频信号用目标和环境的散射信息表示，利用信号处理模拟电路作用从视频信号中提取脉冲多普勒回波信号。
下文将结合附图对本申请实施例的技术方案进行详细描述。
请参阅图1和2，本实施例提供了一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，该方法具体包括如下步骤：
步骤1，采用远场条件下的高频近似方法求解面元RCS，并进行近场修正，即：
其中，Gt和Gr是发收天线的增益，R1和R2发收天线到目标的距离，Pt是发射功率，Pr是接收功率。
根据近场RCS的修正方法，将求解远场RCS的表达式引入距离、探测器增益等因素计算面元近场RCS，并将面元RCS叠加获得目标总的RCS。
步骤2，如图1所示，利用光路可逆原理，已知探测器与目标之间的射线传播路径，根据几何关系得到经过地海面反射下的探测器与目标之间的耦合路径，采用地海面复反射系数、射线传播路径对目标的散射信息进行幅度和相位修正，即：
σcoup＝Rsσobje-jkdr
其中，Rs是复反射系数，σobj是目标RCS，dr是耦合射线路径与目标路径的路程差。
根据入射角度可以求出复反射系数，在耦合路径上由余弦定理可以求出探测器-地海面-目标之间的传播路径，然后计算探测器与目标间的直接路径，获得耦合路径与直接路径的路程差。
步骤3，根据远场条件下的双尺度方法，预先计算俯仰角0度到90度范围内的散射系数，对于确定面元的入射射线，可以通过插值的方法计算散射系数，近场条件下的面元散射信息，即：
其中，ΔS是面元面积，σ是面元散射系数，r是探测器到天线的距离。
步骤4，将由硬件电路处理的信号过程进行数学建模，经过调制、目标反射、下混频等数学推导，建立了脉冲多普勒视频信号归一化表达式，即：
其中，ri是面元到探测器距离，ωdi是面元多普勒频率，τi是面元延迟，TM是发射脉冲周期。
面元多普勒频率的求解公式为：
其中，Vri为探测器与目标的相对速度，ξi为相对速度与径向的夹角。
将满足天线接收条件的面元回波矢量叠加，获得目标总的视频回波，即：
步骤5，使用数学模拟视频信号进行距离门选通、检波等电路模块，获得脉冲多普勒信号数学模型，即：
其中，Δτ是回波脉冲宽度经过距离门选通后的有效宽度。
回波脉冲宽度经过距离门选通后的有效宽度可以通过回波脉冲宽度与接收距离门宽度的相对位置确定，如图2所示，其中，图2a中的发射脉冲宽度小于或等于距离门的宽度，图2b中的发射脉冲宽度大于距离门的宽度。
当发射脉冲宽度小于等于距离门宽度时：
当发射脉冲宽度大于距离门宽度时：
采用了上述技术方案，本发明的有益效果在于，创造性提出场模拟电路的思想，将目标特性耦合进脉冲多普勒回波数据的处理中，建立了视频回波和多普勒信号仿真的数学模型，为脉冲多普勒近程探测器的性能检验提供了模拟试验仿真。
以上所述，仅为本申请的实施例而已，并非用于限定本申请的保护范围。凡在本申请的精神和范围之内做出的任何修改、等同替换和改进等，均包含在本申请的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，其特征在于，包括：
根据探测器近场照射波束，查找被波束照亮的目标面元及边缘，使用高频近似方法计算面元散射和边缘散射，使用弹跳射线法计算面元之间的多次散射；
依据射线光学原理，目标与探测器之间存在的收发路径，同样存在一条经过地海面反射的路径，使用地海面复反射系数修正计算目标与地海面之间的二次相互作用散射贡献；
使用双尺度法计算地海面被波束照亮区域的散射贡献，预先计算海面的散射系数，在特定入射角下通过插值计算面元在当前入射射线下的散射强度，并计算散射场；
根据电路将接收天线回波经过下混频、滤波模块，建立脉冲多普勒中的归一化视频信号表达式；
根据脉冲多普勒硬件电路中视频信号到多普勒回波信号之间的距离门选通、检波、滤波电路模块，建立多普勒回波信号的归一化数学表达式。
2.如权利要求1所述的基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，其特征在于，近场RCS与距离有密切关系，将雷达方程进行适当的变形得到：
其中，Gt和Gr是发收天线的增益，R1和R2发收天线到目标的距离，Pt是发射功率，Pr是接收功率；
将RCS与探测器增益、距离统一考虑，得到适用于近场和远场通用的广义RCS定义式，也就是对远场RCS进行增益和距离的修正，即：
采用远场条件下的高频近似方法求解面元RCS，并进行近场修正，获得近场条件下的广义RCS。
3.如权利要求1所述的基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，其特征在于，利用光路可逆原理，已知探测器与目标之间的射线传播路径，根据几何关系得到经过地海面反射下的探测器与目标之间的耦合路径，采用地海面复反射系数、射线传播路径对目标的散射信息进行幅度和相位修正，即：
σcoup＝Rsσobje-jkdr
其中，Rs是复反射系数，σobj是目标RCS，dr是耦合射线路径与目标路径的路程差。
4.如权利要求1所述的基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，其特征在于，由远场条件下的双尺度方法获得的面元散射系数计算近场条件下的面元散射信息，即：
其中，ΔS是面元面积，σ是面元散射系数，r是探测器到天线的距离。
5.如权利要求1所述的基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，其特征在于，由硬件电路处理的信号过程进行数学建模，经过调制、目标反射、下混频等数学推导，建立了脉冲多普勒视频信号表达式，即：
其中，ri是面元到探测器距离，ωdi是面元多普勒频率，τi是面元延迟，TM是发射脉冲周期。
6.如权利要求1所述的基于高频近似方法的地海面目标多普勒回波生成方法，其特征在于，使用数学模拟视频信号进行距离门选通、检波等电路模块，获得脉冲多普勒信号数学模型，即：
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|---|---|
| CN (1) | CN114114232A (zh) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109190182A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-11 | 西安电子科技大学 | 一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法 |
| US11035931B1 (en) * | 2018-10-29 | 2021-06-15 | Ansys, Inc. | Accelerated radar data processing via limited pulse extrapolation |
| CN113433525A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 西安电子科技大学 | 一种基于电磁散射驱动的pd引信回波信号分析方法 |
| CN113567941A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-10-29 | 上海无线电设备研究所 | 一种目标近场多普勒回波快速仿真方法 |
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2021
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Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN109190182A (zh) * | 2018-08-08 | 2019-01-11 | 西安电子科技大学 | 一种油膜覆盖非线性海面的电磁散射建模方法 |
| US11035931B1 (en) * | 2018-10-29 | 2021-06-15 | Ansys, Inc. | Accelerated radar data processing via limited pulse extrapolation |
| CN113433525A (zh) * | 2021-06-24 | 2021-09-24 | 西安电子科技大学 | 一种基于电磁散射驱动的pd引信回波信号分析方法 |
| CN113567941A (zh) * | 2021-08-04 | 2021-10-29 | 上海无线电设备研究所 | 一种目标近场多普勒回波快速仿真方法 |
Non-Patent Citations (3)
| Title |
|---|
| 唐波;陈昊;黄力;袁发庭;奉彭;李耀伟;: "风电机叶片微多普勒频率求解及其影响因子", 太原理工大学学报, no. 01, 15 January 2020 (2020-01-15) * |
| 安锐等: "沙滩粗糙面建模及电磁散射特性研究", 制导与引信, 15 December 2019 (2019-12-15) * |
| 顾俊;王晓冰;童广德;薛正国;: "某飞行器多散射点模型建模研究", 制导与引信, no. 02, 15 June 2009 (2009-06-15) * |
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