本发明专利技术公开了一种低可探测目标RCS测量中的背景提取与抵消处理方法，该方法可涵盖但不限于现有的通过辅助测量载体直线平移、偏心圆柱做方位旋转、或二面角反射器绕雷达视线旋转测量，本发明专利技术可利用各种不同的辅助测量体的测量数据完成固定背景的提取处理，大大拓展了低可探测目标RCS测量中的背景辅助测量、背景提取和抵消技术的应用范围。特别是，当采用双重定标体作为辅助测量体时，定标测量和背景提取辅助测量可一次同时完成；当采用目标自身作为辅助测量体时，目标测量和背景提取辅助测量是一次同时完成的。本发明专利技术不但使得测量过程和工作量大为简化，同时还解决了因测量系统漂移等因素带来的背景抵消处理效果不理想的问题。
【技术实现步骤摘要】
一种低可探测目标RCS测量中的背景提取与抵消处理方法
本专利技术涉及通信和雷达
，特别涉及一种低可探测目标的雷达散射截面(RCS)测量中的背景提取与抵消处理方法。
技术介绍
为了便于讨论目标宽带雷达散射截面(RCS)幅度和相位的测量与定标，定义目标宽带复散射函数为：式中，Ei(f)和Es(f)分别表示雷达入射场(目标处)和目标散射场(雷达天线处)；它同RCS之间的关系为对于目标RCS宽带扫频测量，有：ST(f)＝T(f)+BT(f)+NT(2)和SC(f)＝C(f)+BC(f)+NC(3)式中，ST(f)和SC(f)分别表示测目标和测定标体时雷达接收到的回波信号；T(f)表示目标真实回波；C(f)表示定标体真实回波；BT(f)和BC(f)分别表示测目标和测定标体时的背景回波；NT和NC表示噪声影响，且其均值为E{NT}＝E{NC}＝0。上述回波信号均为复数相量。在RCS外场测量中，通常采用异地连续定标测量技术，此时定标体和目标位于不同的雷达距离上，且一般采用低散射金属支架作为支撑定标体和被测目标的支架，其几何关系示意图如图1所示。由图1，定标体和待测目标的接收回波功率均满足雷达方程(参见文献E.F.Knott,RadarCrossSection,NewYork:VanNostrandReinhold,1993.)在实际RCS测量中，一般通过提高雷达发射机功率、采用地面平面场、接收机采用相参积累等技术来提高测量信噪比，使得噪声对测量的影响可以忽略，从而有以下公式近似成立：ST(f)＝T(f)+BT(f)(5)和SC(f)＝C(f)+BC(f)(6)为提高RCS测量精度，一般在定标中采用背景相量相减技术处理，目标散射函数的定标方程为：式(7)中，ST(f)和SC(f)分别表示测目标和测定标体时的回波，包含杂波背景；BT(f)和BC(f)分别表示没有放置被测目标或定标体时的回波，也即由目标支架及测试场其它杂散回波构成的杂波背景；为目标散射函数，是需要测量和定标的量；为定标体的散射函数，是可通过精确理论计算得到的已知量；K0(f)为根据雷达方程得到的复定标常数，有：式中RT,RC分别为测量雷达到目标和到定标体的距离，对于给定的测量几何关系为已知量；LT(f),LC(f)分别为测量雷达到目标和到定标体的双程传播损耗，为可通过模型计算的已知量；c为传播速度。目标RCS定标方程为：由式(7)和(9)可见，仅当背景回波BT(f)和BC(f)均能够被测得、并通过背景相减技术处理后，才能消除其对目标RCS测量与定标的影响，实现对目标RCS的精确测量与定标。按照式(9)，对于异地定标(也即目标和定标体放置在不同位置)条件下的RCS测试，为了完成背景抵消处理，RCS测量的基本步骤应该是：步骤-1：t1时刻，通过两个设置在不同距离上的距离选通门，分别测量包含定标支架的定标区背景回波SBC(f)和包含目标支架的目标区背景回波SBT(f)；步骤-2：t2时刻，安装定标体和目标，并通过两个设置在不同距离上的距离选通门，同时测量定标体回波SC(f)和目标回波ST(f)；步骤-3：按照式(7)或(9)进行背景相量相减和目标RCS定标处理。问题是，对于采用金属支架的测试场，如何测得BT(f)和BC(f)，正是难点所在！因为目标支架顶部安装有转台，在测目标时它被隐藏于被测目标的腹腔内，因此测目标时转顶的回波不会对雷达总回波产生实质性影响。另一方面，如果要测得未安装目标时支架本身的背景回波，需要将目标从支架上卸开，此时原来隐藏的转顶则显露出来。毫无疑问，转顶的雷达强散射会远远超出支架的低背景散射。因此，如何解决不放置定标体和不放置目标时，定标区和目标区的背景回波BT(f)和BC(f)的精确测量，便成为能否成功进行背景抵消、实现目标RCS精确定标测量的关键。目前国际上得到普遍应用的技术是：(1)通过细致的低散射设计，使得在感兴趣的测量频段，支架的散射回波远小于目标散射(起码低20dB以上)；(2)设计一个辅助测量的低散射罩，在测背景时对支架顶部的转顶像测目标时一样用低散射罩将其“隐藏”起来。但是，由于金属支架本身RCS电平通常低于-35dBsm，若要精确测量支架的背景回波，要求低散射罩的RCS电平低20dB，也即达到-55dBsm，这显然是不现实的。因此，低散射罩的作用通常只是通过加装低散射罩对“支架+低散射罩”背景测量，验证支架的RCS低于某个门限值而已，这种不够精确的背景测量一般不能直接用于背景抵消处理；(3)采用背景辅助测量装置，例如能够平移的低散射载体、偏心圆柱等，通过辅助测量和信号处理完成背景提取。与本专利技术相关的现有技术分析如下：现有技术一：采用在支架上平移的物体作为背景辅助测量体该技术在支架顶端安装一个自身可以前后平移运动的辅助测量载体，如图2所示。测试中(参见D.P.Morgan,“RCSTargetSupportBackgroundDeterminationUsingaTranslatingTestBody,”Proc.AMTA1996,pp.15-17.)，通过控制该载体前后平移运动，并记录雷达回波幅度和相位，供后续处理以提取出背景回波。现有技术一的缺点：采用这种辅助装置的主要缺点是需要设计专门机构驱动辅助测量载体进行前后平移。对于大型目标RCS测试场，由于目标转顶尺寸很大，而测量中需要把转顶掩藏于载体中，因此要求所设计的辅助测量载体尺寸必然很大。此外，背景提取辅助测量所要求平移的载体距离正比于雷达波长。频率越低，波长越长，所要平移的距离范围就越大。由此，该技术的实际应用受到限制。现有技术二：采用偏心圆柱作为背景辅助测量体文献(L.A.Muth,C.M.Wang,andT.Conn,“RobustSeparationofBackgroundandTargetSignalsinRadarCrossSectionMeasurements,”IEEETrans.Instrum.Meas.,Vol.54,No.6,2005,pp.2462-2468.)针对技术-1所存在的缺点，提出了一种替代技术，即采用偏心的圆柱体进行辅助测量和背景提取，如图3所示。测试中，通过转顶带动偏心圆柱作方位旋转运动。由于从雷达视线看过去，任何转角下圆柱的投影外形是不变的，其散射幅度不变，但因圆柱是偏心安装在支架的转顶上的，这相当于在雷达看来，存在一种等效的平移运动，故其对背景回波的提取处理方法同技术-1是一样的。现有技术二的缺点：采用偏心圆柱体进行辅助测量和背景提取的技术避免了使载体平移的要求，但是该技术也存在以下明显缺点：(1)在对大型目标进行RCS测量时，通常要求低散射目标支架和目标转顶承重均很大，这造成目标转顶的尺寸很大。由于用于背景辅助测量的偏心圆柱必须将转顶隐埋在其中，才能模拟真实目标测量条件下的支架背景条件并测量出来，此时所要求的偏心圆柱体尺寸将很大。而在高频区，直立的金属圆柱体自身的RCS电平满足以下公式：σ(f)＝kah2(10)式中，为波数，c为传播速度，f为雷达频率；a为圆柱体的半径；h为圆柱体的高。例如，当目标转顶尺寸达到直径1m、高0.5m时,若要求完成精确RCS测量的最低雷达频率1GHz,则所要求的偏心圆柱直径将本文档来自技高网...
【技术保护点】
一种低可探测目标RCS测量中的背景提取与抵消处理方法，其特征在于：该方法具体步骤为：假设有一个用于背景提取辅助测量的物体(以下简称为辅助测量体)，若对该辅助测量体作随时间变化的宽带散射特性回波测量，具体的使辅助测量体相对于雷达作平移运动、或者沿方位向作旋转运动、或者绕雷达视线作旋转运动，则被测物体随时间变化的散射回波信号可表示为：S(f,t)＝T(f,t)+B(f) (27)式中S(f,t)表示测量雷达接收到的回波信号，是随时间t变化的量；T(f,t)表示测量辅助体的真实散射回波，也是随时间t变化的量；B(f)表示测试场固定背景回波，不随时间的改变而变化；上述三个信号分量均为复信号，可表示为同相(I)和正交相位(Q)通道信号，分别记为：S(f,t)＝SI(f,t)+jSQ(f,t) (28)T(f,t)＝TI(f,t)+jTQ(f,t) (29)和B(f)＝BI(f)+jBQ(f) (30)上述三式中，为虚数；下标I和Q分别表示I通道和Q通道信号，即：SI(f,t)和SQ(f,t)分别表示测量雷达接收到回波的I和Q通道信号，是随时间t变化的量；TI(f,t)和TQ(f,t)分别表示表示测量辅助体真实回波的I和Q通道信号，也是随时间t变化的量；BI(f)和BQ(f)表示测试场固定背景回波的I和Q通道信号，不随时间的改变而变化；且有：SI(f,t)＝AS(f,t)cos[φS(f,t)] (31)SQ(f,t)＝AS(f,t)sin[φS(f,t)]TI(f,t)＝AT(f,t)cos[φT(f,t)] (32)TQ(f,t)＝AT(f,t)sin[φT(f,t)]其中，AS(f,t)和φS(f,t)分别表示测量雷达接收到回波的幅度和相位，AT(f,t)和φT(f,t)分别表示测量辅助体真实回波幅度和相位，均是随时间t变化的量，有：AS(f,t)=|S(f,t)|=SI2(f,t)+SQ2(f,t)]]>φS(f,t)=tan-1(SQ(f,t)SI(f,t))---(33)]]>AT(f,t)=|T(f,t)|=TI2(f,t)+TQ2(f,t)]]>φT(f,t)=tan-1(TQ(f,t)TI(f,t))---(34)]]>因此，由式(28)～(32)有：SI(f,t)＝AT(f,t)cos[φT(f,t)]+BI(f) (35)SQ(f,t)＝AT(f,t)sin[φT(f,t)]+BQ(f)或者：BI(f)＝SI(f,t)‑AT(f,t)cos[φT(f,t)] (36)BQ(f)＝SQ(f,t)‑AT(f,t)sin[φT(f,t)]从以上数学式可见：只要通过对任何辅助测量体的测量，能够得到AT(f,t)和φT(f,t)，则由式(36)即可提取出背景信号；为此，对式(35)关于t求微分，由于目标支架、测试场地背景是固定的，因此背景杂波信号并不随t变化，故有：dSI(f,t)＝dAT(f,t)cos[φT(f,t)]‑AT(f,t)sin[φT(f,t)]dφT(f,t) (37)dSQ(f,t)＝dAT(f,t)sin[φT(f,t)]+AT(f,t)cos[φT(f,t)]dφT(f,t)可见，若有dAT(f,t)＝0，也即如果做某种运动的辅助测量体其散射回波幅度不随测量时刻t变化，则有：dSI(f,t)＝‑AT(f,t)sin[φT(f,t)]dφT(f,t) (38)dSQ(f,t)＝AT(f,t)cos[φT(f,t)]dφT(f,t)从而有：φT(f,t)=-tan-1[dSI(f,t)dSQ(f,t)]---(39)]]>且：dφT(f,t)=-11+[dSI(f,t)dSQ(f,t)]2d[dSI(f,t)dSQ(f,t)]=dSI(f,t)·d2SQ(f,t)-d2SI(f,t)·dSQ(f,t)[dSI(f,t)]2+[dSQ(f,t)]2---(40)]]>又因为有：dSI(f,t)dφT(f,t)=-AT(f,t)sin[φT(f,t)]]]>dSQ(f,t)dφT(f,t)=AT(f,t)cos[φT...
【技术特征摘要】
1.一种低可探测目标RCS测量中的背景提取与抵消处理方法，其特征在于：该方法具体步骤为：假设有一个用于背景提取辅助测量的物体，以下简称为辅助测量体，若对该辅助测量体作随时间变化的宽带散射特性回波测量，具体的使辅助测量体相对于雷达作平移运动、或者沿方位向作旋转运动、或者绕雷达视线作旋转运动，则被测物体随时间变化的散射回波信号可表示为：S(f,t)＝T(f,t)+B(f)(27)式中S(f,t)表示测量雷达接收到的回波信号，是随时间t变化的量；T(f,t)表示辅助测量体的真实散射回波，也是随时间t变化的量；B(f)表示测试场固定背景回波，不随时间的改变而变化；上述三个信号分量均为复信号，可表示为同相(I)和正交相位(Q)通道信号，分别记为：S(f,t)＝SI(f,t)+jSQ(f,t)(28)T(f,t)＝TI(f,t)+jTQ(f,t)(29)和B(f)＝BI(f)+jBQ(f)(30)上述三式中，为虚数；下标I和Q分别表示I通道和Q通道信号，即：SI(f,t)和SQ(f,t)分别表示测量雷达接收到回波的I和Q通道信号，是随时间t变化的量；TI(f,t)和TQ(f,t)分别表示表示辅助测量体真实回波的I和Q通道信号，也是随时间t变化的量；BI(f)和BQ(f)表示测试场固定背景回波的I和Q通道信号，不随时间的改变而变化；且有：其中，AS(f,t)和φS(f,t)分别表示测量雷达接收到回波的幅度和相位，AT(f,t)和φT(f,t)分别表示辅助测量体真实回波幅度和相位，均是随时间t变化的量，有：因此，由式(28)～(32)有：或者：
【专利技术属性】
技术研发人员：许小剑，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11
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