CN116449327B - 一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法和系统 - Google Patents

一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法和系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法和系统，包括将待检测目标沿轨道移动并与发射天线进行对准后设置发射和接收信号的频率以及脉冲宽度，并且设置目标的外推初始距离、距离间隔以及结束距离；发射机产生线性调频信号，所述线性调频信号经过目标反射后被接收模块接收进行匹配滤波；所述接收模块对回波信号进行匹配滤波后，计算模块对所述信号进行远场拟合得出目标的雷达散射截面积。本发明测量范围广，能够对低RCS目标进行测量，测量精度高，能够有效减少泄露信号、背景噪声等因素的影响，提高信噪比，具有更小的测量不确定度，能够提供精准雷达散射截面积测量。

Description

一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法 和系统
技术领域
本发明属于雷达测量技术领域，尤其是涉及一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法和系统。
背景技术
现有的基于外推法的雷达散射截面积（RCS）测量方法是通过单个天线同时发射和接收连续波信号对目标的RCS进行测量；但是当目标的回波信号较小时，该信号将掩盖在系统噪声之中，从而难以对低RCS目标进行测量。当设发射信号为0dBm，该信号经过耦合度为20dB，方向性为10dB的双定向耦合器后，通过定向天线发射到目标处，天线接收到的目标回波信号经过双定向耦合器后在端口会发生衰减，接收信号淹没在泄露信号之中，从而无法提取目标的RCS信息，现有基于外推法的RCS测量技术通过发射连续波信号进行测量，发射信号和接收信号的混叠以及背景噪声的影响使得接收信号的信噪比不高，从而无法对低RCS量值目标进行测量。
现有基于外推法的RCS测量技术每移动一定的距离，都需要重新对时域门的center进行设置，为了得到最终的拟合曲线，需要大量的测量点数，测量复杂度很高,因此需要一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法和系统。
发明内容
本发明的目的是针对上述问题，提供一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法和系统。
为达到上述目的，本发明提供如下技术方案：
本发明包括如下步骤：
A将待检测目标沿轨道移动并与天线塔进行对准后设置天线塔的发射和接收频率以及脉冲宽度，并且设置目标的外推初始距离、距离间隔以及结束距离；
B天线塔产生线性调频信号，所述线性调频信号经过目标反射后被接收模块接收进行匹配滤波；
C所述接收模块对匹配滤波后回波信号进行提取后，计算模块对所述回波信号进行远场拟合得出目标的雷达散射截面积。
进一步地,所述目标RCS的计算公式如下：
其中，为目标的RCS，/>为天线与目标之间的距离，/>表示距离的四次方，G为天线增益，/>为电磁波波长，/>为发射机发射的线性调频信号的功率，/>为经过接收机匹配滤波处理后的回波信号功率。
一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积系统，包括发射模块、接收模块、计算模块和天线塔，所述发射模块，接收模块和所述天线塔均位于外推法场地内，所述发射模块和接收模块设置在同一导轨上，所述导轨上方铺设吸波材料层；
所述发射模块用于产生线性调频信号；
所述接收模块用于对接收信号进行匹配滤波；
所述计算模块用于对信号进行数据处理，得到目标的RCS。
进一步地,所述天线塔包括调节台，Z轴导轨，天线支架和天线，所述天线支架设置在所述导轨上，所述天线支架的底端设置有转台，所述天线支架的顶端设置有所述Z轴导轨，所述Z轴导轨上设置有所述调节台，所述调节台上设置有所述天线。
进一步地，所述发射模块和接收模块通过收发开关与所述天线的输入端连接。
一种电子设备，包括：一个或多个处理器；用于存储一个或多个程序的存储装置。其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行所述的基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法。
一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法。
现有技术相比，本发明提供了一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法，具备以下有益效果：
本发明测量范围广，能够对低RCS目标进行测量，本发明第二个优点是测量精度高，能够有效减少发射信号、背景噪声等因素的影响，提高信噪比，具有更小的测量不确定度和更丰富的RCS测量信息，为目标识别等方面提供精准测量。
附图说明
图1为本发明基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法所述结构框图；
图2为本发明基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的系统的流程示意图；
图3为本发明基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的系统的所述天线塔结构示意图；
图4为本发明基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的系统的所述目标支撑结构塔结构示意图；
其中1-极化器； 2-Z轴承导轨； 3-方位旋转台；4-目标支撑结构；5-PMI立柱；6-旋转台；7-调节滑台。
具体实施方式
以下实施例仅处于说明性目的，而不是想要限制本发明的范围。
如图1所示，在本实施例子中，本发明的测量流程如下：
A将待检测目标沿轨道移动并与天线塔上的发射天线进行对准后设置发射和接收信号的频率以及脉冲宽度，并且设置目标的外推初始距离、距离间隔以及结束距离；
在测量开始之前，需要先进行试验准备工作。首先，通过射频线缆将天线通过收发开关与发射机、接收机相连，并将目标沿轨道移动到天线附近，与天线进行对准之后，在发射机和接收机上设置频率、脉冲宽度等参数，在轨道控制面板上设置目标的外推初始距离、距离间隔以及结束距离。最后，关闭暗室门，开始试验。
B发射机产生线性调频信号，所述线性调频信号经过目标反射后被接收模块接收进行匹配滤波；
在试验过程中，目标支撑结构带动目标沿着轨道运动，在每个设置的距离上，天线向目标发射线性调频信号/>，该信号经过目标反射后被接收机接收，并进行匹配滤波，从而得到最终的目标回波信号/>。
C所述接收模块对回波信号进行匹配滤波后，计算模块对所述回波信号进行远场拟合得出目标的雷达散射截面积。
最终，目标RCS的计算公式如下：
其中，为目标的RCS，/>为天线与目标之间的距离，/>表示距离的四次方，/>为天线增益，/>表示增益的平方，/>为电磁波波长，/>表示波长的平方，/>为发射机发射的线性调频信号的功率，/>为经过接收机匹配滤波处理后的回波信号功率，表示模值的平方。
如图2所示，在本实施例子中一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积系统包括发射模块、接收模块、计算模块、天线塔和目标塔，所述发射模块、接收模块、计算模块和所述天线塔、目标塔均位于外推法场地内，所述发射模块和接收模块设置在同一导轨上；基于脉冲压缩方法的外推法测量RCS系统位于外推法场地内，包括发射机、接收机、计算机、天线塔、目标支撑结构和导轨部分。
发射机主要用于产生线性调频信号。
接收机主要用于对接收信号进行匹配滤波。
收发开关主要用于实现收发信号之间的切换。当发射机产生线性调频信号时，收发开关接通天线与发射机，射频能量经天线发射出去。发射脉冲结束后，收发开关断开发射支路，天线接收到的回波信号，全部经收发开关进入接收机。
信号处理机主要用于对信号进行数据处理，得到目标的RCS。
如图3所示，天线塔主要包括方位旋转台3、z轴导轨2、调节滑台和极化器1，方位旋转台3可以对天线的口面方向进行调节，使天线口面垂直于暗室的中心水平轴线；z轴导轨2可以对天线的z轴位置进行调节，以实现天线和目标的精确对准；调节滑台可以对天线的上下左右及俯仰进行调节，使天线位于外推法暗室的中心水平轴线上；极化器1可以对天线极化进行调节。
如图4所示，待检测目标设置在目标支撑结构上，目标支撑结构4能够支撑目标在导轨上运动，该结构主要包括调节滑台7、转台和PMI立柱5。调节滑台7可以对目标进行上下左右和俯仰调节，从而实现目标调平以及与天线进行对准；转台可以实现360°方位旋转，从而对目标的不同方位进行测量；PMI立柱为低散射材质，用于对目标进行支撑。
导轨用于引导目标移动，能够实现高精度的直线运动，导轨上方铺设吸波材料，当目标支撑结构通过导轨上某位置时，该位置的吸波材料自动打开，其他位置的吸波材料自动闭合。
本发明通过线性调频信号与匹配滤波相结合提高了RCS测量的信噪比，从而能够对更低RCS量值的目标进行测量，扩展了外推法测量RCS方法的测量范围，提高了测量精度。
本发明在发射信号端采用线性调频信号作为发射信号，该信号可以在时间上将发射信号和接收信号分开，从而避免收发信号的混叠；同时，本发明在接收信号端采用匹配滤波方法对回波信号进行提取，可以有效地抑制背景噪声。此外，本发明采用的线性调频信号为脉冲信号，可以直接通过硬件方式实现时间窗，不必进行复杂的时域门center设置。
在该计算机程序被处理器执行时执行本公开实施例的装置/装置中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
在一种实施例中，该计算机程序可以依托于光存储器件、磁存储器件等有形存储介质。在另一种实施例中，该计算机程序也可以在网络介质上以信号的形式进行传输、分发，并通过通信部分被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。该计算机程序包含的程序代码可以用任何适当的网络介质传输，包括但不限于：无线、有线等等，或者上述的任意合适的组合。
在这样的实施例中，该计算机程序可以通过通信部分从网络上被下载和安装，和/或从可拆卸介质被安装。在该计算机程序被处理器执行时，执行本公开实施例的装置中限定的上述功能。根据本公开的实施例，上文描述的设备、装置、模块、单元等可以通过计算机程序模块来实现。
根据本公开的实施例，可以以一种或多种程序设计语言的任意组合来编写用于执行本公开实施例提供的计算机程序的程序代码，具体地，可以利用高级过程和/或面向对象的编程语言、和/或汇编/机器语言来实施这些计算程序。程序设计语言包括但不限于诸如Java，C++，python，“C”语言或类似的程序设计语言。程序代码可以完全地在用户计算设备上执行、部分地在用户设备上执行而部分在远程计算设备上执行、或者完全在远程计算设备或服务器上执行。在涉及远程计算设备的情形中，远程计算设备可以通过任意种类的网络，包括局域网(LAN)或广域网(WAN)，连接到用户计算设备，或者，可以连接到外部计算设备(例如，利用因特网服务提供商来通过因特网连接)。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (6)

1.一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法，其特征在于：包括如下步骤：
A将待检测目标沿轨道移动并与天线塔上的发射天线进行对准后设置发射和接收信号的频率以及脉冲宽度，并且设置目标的外推初始距离、距离间隔以及结束距离；
B发射机产生线性调频信号，所述线性调频信号经过目标反射后被接收模块接收进行匹配滤波；
C所述接收模块对回波信号进行匹配滤波后，计算模块对所述回波信号进行远场拟合得出目标的雷达散射截面积,所述目标RCS的计算公式如下：
其中，为目标的RCS，/>为天线与目标之间的距离，/>表示距离的四次方，/>为天线增益，/>为电磁波波长，/>为发射机发射的线性调频信号的功率，/>为经过接收机匹配滤波处理后的回波信号功率。
2.一种实现权利要求1所述的基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积方法的系统，其特征在于，包括：发射模块、接收模块、计算模块、天线塔和目标塔，所述天线塔和目标塔均位于外推法场地内，所述发射模块和接收模块设置在同一导轨上，所述导轨上方铺设吸波材料层；
所述发射模块用于产生线性调频信号；
所述接收模块用于对接收信号进行匹配滤波；
所述计算模块用于对信号进行数据处理，得到目标的RCS。
3.根据权利要求2所述的一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积系统，其特征在于，所述天线塔包括调节台，Z轴导轨，天线支架和天线，所述天线支架设置在所述导轨上，所述天线支架的底端设置有转台，所述天线支架的顶端设置有所述Z轴导轨，所述Z轴导轨上设置有所述调节台，所述调节台上设置有所述天线。
4.根据权利要求2所述的一种基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积系统，其特征在于，所述发射模块和接收模块通过收发开关与所述天线的输入端连接。
5.一种电子设备，其特征在于，包括：一个或多个处理器；用于存储一个或多个程序的存储装置，其中，当所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，使得所述一个或多个处理器执行根据权利要求1所述的基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法。
6.一种计算机可读存储介质，其上存储有可执行指令，该指令被处理器执行时使处理器执行根据权利要求1所述的基于脉冲压缩方法的外推法测量雷达散射截面积的方法。
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