一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法技术

本发明专利技术公开了一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法，包括以下步骤：1)导入凸目标的几何模型：将凸目标的几何模型导入网格剖分软件，进行离散化处理，生成stl格式的网格文件，然后根据stl格式的网格文件，一一读取出网格模型的节点坐标值，面元与法向信息；2)凸目标的投影横截面积计算；3)凸目标的量子雷达散射截面计算。本发明专利技术通过对任意三维凸目标的投影横截面积计算关键技术的突破，基于投影、空间旋转变换、面元三角化与面积求和的步骤，建立了可以处理任意三维凸目标的单站量子雷达散射截面计算方法，首次将量子雷达散射截面计算处理范围从之前的二维拓展到三维，大大提升了原有计算方法的适用范围与实用性。

【技术实现步骤摘要】
一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法
本专利技术涉及量子雷达技术，尤其涉及一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法。
技术介绍
近几年来，国际上量子雷达技术发展迅猛。然而，有关量子雷达目标特性领域的进展却不多。尤其是量子雷达散射截面(quantumradarcrosssection，QRCS)计算方法，国际上一直都停留在只能处理二维目标的技术水平。只有解决了三维目标的量子雷达散射截面计算难题，尤其是其中最为重要的单站量子雷达散射计算，量子雷达目标特性领域才能真正走向实用化。而凸目标则是三维目标中最为典型的低散射目标，不仅在学术上是必须解决的第一步和最重要一步，同时在实用性方面也是具有较大价值，量子雷达探测的隐身目标往往是凸目标或以凸目标特征为主。
技术实现思路
本专利技术要解决的技术问题在于针对现有技术中的缺陷，提供一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法。本专利技术解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法，包括以下步骤：1)导入凸目标的几何模型：将凸目标的几何模型导入网格剖分软件，进行离散化处理，生成stl格式的网格文件，然后根据stl格式的网格文件，一一读取出网格模型的节点坐标值面元与法向信息；2)凸目标的投影横截面积计算；2.1)投影；将凸目标表面原子坐标沿入射方向的垂直平面进行投影计算，得到：其中，P为投影矩阵，表示沿着设定的入射方向进行投影；2.2)对得到的投影坐标点进行空间旋转变换，得到了投影横截面积A⊥(θi,Φi)的二维化坐标点集，其中θi、Φi分别为入射俯仰角和入射方位角；其中，R′(Φ)，R′(θ)分别表示沿着方位角和俯仰角的旋转变换矩阵；2.3)根据二维化坐标点集，对所有点集进行三角化处理，找出其外轮廓，以便于将这p个的三角形面积Δsj进行无重复叠加，即得到最终的投影横截面积；3)凸目标的量子雷达散射截面计算3.1)遮挡判断处理根据网格模型的面元法向信息，对面元的法向与入射方向进行内积运算，如果内积>0，则该面元处于阴影区区域，判断其处于被遮挡的状态；如果内积小于或等于0，则该面元处于照明区域；取照明区域的面元及其顶点坐标参与后续计算；3.2)量子雷达散射截面曲线计算；量子雷达散射截面曲线采用如下公式进行计算，其中，和分别是入射方向和散射方向，对于单站情况，为被照射的原子坐标，坐标数量设为N；θs和Φs为散射俯仰角和散射方位角。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术通过对任意三维凸目标的投影横截面积计算关键技术的突破，基于投影、空间旋转变换、面元三角化与面积求和的步骤，建立了可以处理任意三维凸目标的单站量子雷达散射截面计算方法，首次将量子雷达散射截面计算处理范围从之前的二维拓展到三维，大大提升了原有计算方法的适用范围与实用性。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1是本专利技术实施例的方法流程图；图2是本专利技术实施例的三维球体(半径0.1m)的入射示意图；图3是本专利技术实施例的三维球体的单站量子雷达散射截面随俯仰角的变化曲线。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。如图1所示，一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法，包括以下步骤：1)导入凸目标的几何模型：将凸目标的几何模型导入网格剖分软件，进行离散化处理，生成stl格式的网格文件，然后根据stl格式的网格文件，一一读取出网格模型的节点坐标值面元与法向(确保法向一致朝外)信息；2)凸目标的投影横截面积计算；2.1)投影；将凸目标(被照射)表面原子坐标沿入射传播方向的垂直平面进行投影计算，得到：其中，P为投影矩阵，表示沿着设定的入射方向进行投影；2.2)对得到的投影坐标点进行空间旋转变换，得到了投影横截面积A⊥(θi,Φi)的二维化坐标点集，其中θi、Φi分别为入射俯仰角和入射方位角；其中，R′(Φ)，R′(θ)分别表示沿着方位角和俯仰角的旋转变换矩阵；2.3)根据二维化坐标点集，对所有点集进行三角化处理，找出其外轮廓，以便于将这p个的三角形面积Δsj进行无重复叠加，即得到最终的投影横截面积；3)凸目标的量子雷达散射截面计算3.1)遮挡判断处理根据网格模型的面元法向信息，对面元的法向与入射方向进行内积运算，如果内积>0，则该面元处于阴影区区域，判断其处于被遮挡的状态；如果内积小于或等于0，则该面元处于照明区域；取照明区域的面元及其顶点坐标参与后续计算；2)量子雷达散射截面曲线计算；量子雷达散射截面曲线采用如下公式进行计算，其中，和分别是入射方向和散射方向，对于单站情况，为被照射的原子坐标，坐标数量设为N；θs和Φs为散射俯仰角和散射方位角。一个实施例：用前述方法计算了典型三维凸目标，球体的单站量子雷达散射截面，并与解析解作对比，验证了计算精度。三维球体的入射示意如图2所示，入射的每脉冲光子数量为1，入射频率为10GHz，入射的俯仰角从-90到90度，方位角保持0度。如图3所示，根据球体的解析解公式，那么半径0.1m的球体的单站量子雷达散射截面应为-15dBsm，而我们的计算结果为-14.995dBsm，误差仅为0.005dB。应当理解的是，对本领域普通技术人员来说，可以根据上述说明加以改进或变换，而所有这些改进和变换都应属于本专利技术所附权利要求的保护范围。本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)导入凸目标的几何模型：将凸目标的几何模型导入网格剖分软件，进行离散化处理，生成stl格式的网格文件，然后根据stl格式的网格文件，一一读取出网格模型的节点坐标值

【技术特征摘要】
1.一种三维凸目标的单站量子雷达散射截面预测方法，其特征在于，包括以下步骤：1)导入凸目标的几何模型：将凸目标的几何模型导入网格剖分软件，进行离散化处理，生成stl格式的网格文件，然后根据stl格式的网格文件，一一读取出网格模型的节点坐标值面元与法向信息；2)凸目标的投影横截面积计算；2.1)投影；将凸目标表面原子坐标沿入射方向的垂直平面进行投影计算，得到：其中，P为投影矩阵，表示沿着设定的入射方向进行投影；2.2)对得到的投影坐标点进行空间旋转变换，得到了投影横截面积A⊥(θi,Φi)的二维化坐标点集，其中θi、Φi分别为入射俯仰角和入射方位角；其中，R′(Φ)，R′(θ)分别表示沿着方位角和俯仰角的旋转变换矩阵；2.3)根据二维化坐标点集，对所有点集进行三角化处...

【专利技术属性】
技术研发人员：方重华，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北,42