基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法技术

本发明专利技术涉及一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，包含以下步骤：S1、按目标长度方向，构建目标近场扫描椭圆柱状包围面；S2、采用两个正交偶极子作为近场扫描的发射天线与接收天线，获取目标椭圆柱状包围面上的近场散射函数的分布数据；S3、计算目标近场散射函数的分布数据的Huynen参数；S4、基于Huynen参数，对目标外形轮廓特征进行反演。本发明专利技术能够实现不同极化状态下目标强散射源或散射中心的诊断与定位，为雷达目标低可探测的几何外形设计提供理论数据参考，并可利用目标几何外形引起的极化参数变化为雷达目标探测与识别提供重要的参考依据。

【技术实现步骤摘要】
基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法
本专利技术涉及雷达目标极化散射建模与特征提取的方法，具体是指一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，属于雷达目标特性分析与目标识别的

技术介绍
雷达目标极化散射特性不仅反映了不同极化状态下目标雷达散射截面(RCS，RadarCrossSection)的尺度信息变化，还可以通过不同极化通道之间的幅值与相位差异反演目标的几何外形信息。目标极化散射数据可以通过转台目标的逆合成孔径雷达(ISAR，InverseSyntheticApertureRadar)成像来获取，距离向分辨率通过雷达入射波带宽来实现，方位向分辨率通过转台入射角变化宽度来实现，由此得到目标在距离向与方位向的二维成像，获取目标几何形状特征和强散射源或散射中心分布特征，具体可参见文献《黄培康、殷红成、许小剑，雷达目标特性[M]，北京，电子工业出版社，2005》。但是，任何目标都是三维空间中的立体几何，一方面由于空间立体几何对入射电磁波的遮挡导致阴影区域的目标几何特征无法成像，另一方面三维目标在ISAR二维成像中存在多个目标几何特征在同一个成像分辨率单元内的叠掩效应，这些因素不利于对目标外形几何特征反演和目标强散射中心的定位与诊断。为了对目标几何轮廓特征进行反演，在文献《邢曙光、吕晓德、丁赤飚，基于柱面扫描近场成像的RCS测量方法研究[J]，雷达学报，2015，4(2):172-177》中，提出了一种目标近场圆柱扫描三维成像方法，入射波带宽实现距离向分辨率，沿圆柱面的纵向和横向观测分别实现俯仰向和方位向的分辨率。为了满足复杂电大尺度目标成像需求，一方面入射波频率、角度和圆柱纵向采样间隔要非常小，保证成像区域完全覆盖目标区域，另一方面入射波带宽要比较大，扫描圆柱面要足够长来保证较高的成像分辨率，但是不管是通过电磁散射仿真，还是通过暗室测量实验，目标圆柱扫描的三维成像都存在非常大的工作量。目标极化分解理论表明，目标几何形状的变化与姿态可以通过目标散射矩阵分解的极化参数来表征。在文献《Huynen,J.R.Phenomenologicaltheoryofradartargets[D].Delft,TheNetherlands:UniversityofTechnology1970》中，Huynen将散射矩阵分解为表征目标散射幅值、取向、对称性等具有物理含义的极化参数。在文献《Cameron,W.L.,Youssef,N.N.,Leung,L.K.Simulatedpolarimetricsignaturesofprimitivegeometricalshapes[J].GeoscienceandRemoteSensing,IEEETransactionson,1996,34(3):793-803》中，Cameron将目标散射分类为螺旋体、二面角、窄二面角、三面角、圆柱、偶极子、四分之一波器件等多种散射体类型，它们从不同侧面反映了目标几何形状的结构变化。在文献《Paladini,R.,FerroFamil,L.,Pottier,E.,etc.PointTargetClassificationviaFastLosslessandSufficientOmega-Psi-PhiInvariantDecompositionofHigh-ResolutionandFullyPolarimetricSAR/ISARData[J].ProceedingsoftheIEEE,2013,101(3):798-830》中，Palandini则对实际测量中不满足互易性的非对称散射矩阵进行能量无损的、极化不变性参数分解，获得了一组描述目标几何特征的极化参数。此外，不同目标的极化参数存在比较大的差异，相同目标在不同的姿态角下也会存在比较大的极化参数变化，因此目标极化参数可以作为一组目标散射特征用于雷达目标识别研究，具体可参见文献《Baird,C.,Kersey,W.,Giles,R.,etc.ClassificationoftargetsusingoptimizedISAREulerimagery[C].InDefenseandSecuritySymposium,2006；62100A-62100A-11》。基于上述，本专利技术提出一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，已解决现有技术存在的问题和缺陷。
技术实现思路
本专利技术的目的是提供一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，实现不同极化状态下目标强散射源或散射中心的诊断与定位，为雷达目标低可探测的几何外形设计提供理论数据参考，并可利用目标几何外形引起的极化参数变化为雷达目标探测与识别提供重要的参考依据。为实现上述目的，本专利技术提供一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，包含以下步骤：S1、按目标长度方向，构建目标近场扫描椭圆柱状包围面；S2、采用两个正交偶极子作为近场扫描的发射天线与接收天线，获取目标椭圆柱状包围面上的近场散射函数的分布数据；S3、计算目标近场散射函数的分布数据的Huynen参数；S4、基于Huynen参数，对目标外形轮廓特征进行反演。所述的S1中，以目标的长度方向的坐标轴为中心轴，形成将目标完全包围在内的椭圆柱状包围面，且该椭圆柱状包围面的柱体长度大于目标长度，椭圆截面的长半轴和短半轴的长度分别比目标横截面内两正交方向的最大尺寸的一半长1m。所述的S2中，具体包含以下步骤：S21、在椭圆柱状包围面上，沿包围面平行于x方向的切向分别放置两个正交的电类型或磁类型偶极子天线，分别作为发射偶极子天线和接收偶极子天线；S22、通过测量获取目标的后向散射电场或磁场数据，进而计算对应的散射复函数，记为：其中，p,q＝V,H，分别表示发射偶极子天线和接收偶极子天线的极化；V表示垂直极化，方向与椭圆柱状包围面的椭圆截面相切；H表示水平极化，方向平行于椭圆柱状包围面的柱体轴向；S23、根据近场目标散射以及分别设置发射偶极子天线和接收偶极子天线的不同极化状态，获取目标椭圆柱状包围面上的近场全极化散射函数的分布数据，即目标近场散射矩阵为：其中，表示沿椭圆柱状包围面的椭圆截面的方位角变化；x表示椭圆柱状包围面上平行于柱体中心轴的距离变化。所述的S22中，沿椭圆柱状包围面的柱体中心轴进行等距离间隔测量，获取目标的后向散射电场或磁场的纵向数据；沿椭圆柱状包围面的椭圆截面进行等方位角间隔测量，获取目标的后向散射电场或磁场的横向数据。所述的S3中，Huynen参数包括：m表示最大同极化响应幅值；ψ,τm分别表示最大同极化响应时椭圆极化基的旋转角与椭圆角，且-90°≤ψ≤90°，-45°≤τm≤45°；ν表示共轭特征值之间的相位差异，且-45°≤ν≤45°；γ为目标特征角或极化角，表示目标对入射极化的敏感性，且0°≤γ≤45°。所述的S3中，将目标近场散射矩阵S变换为K矩阵，以实现Huynen参数的快速求解，具体包含以下步骤：S31、对散射矩阵S变换，得到K矩阵的表达形式为：其中，表示Kronecker乘积；且：S32、设定K矩阵的各个分量，且表示为：其中，A0,B0是取向角不变性参数；将K矩阵表示为Huynen参数ψ,τm,ν的欧拉本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、按目标长度方向，构建目标近场扫描椭圆柱状包围面；S2、采用两个正交偶极子作为近场扫描的发射天线与接收天线，获取目标椭圆柱状包围面上的近场散射函数的分布数据；S3、计算目标近场散射函数的分布数据的Huynen参数；S4、基于Huynen参数，对目标外形轮廓特征进行反演。

【技术特征摘要】
1.一种基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，其特征在于，包含以下步骤：S1、按目标长度方向，构建目标近场扫描椭圆柱状包围面；S2、采用两个正交偶极子作为近场扫描的发射天线与接收天线，获取目标椭圆柱状包围面上的近场散射函数的分布数据；S3、计算目标近场散射函数的分布数据的Huynen参数；S4、基于Huynen参数，对目标外形轮廓特征进行反演。2.如权利要求1所述的基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，其特征在于，所述的S1中，以目标的长度方向的坐标轴为中心轴，形成将目标完全包围在内的椭圆柱状包围面，且该椭圆柱状包围面的柱体长度大于目标长度，椭圆截面的长半轴和短半轴的长度分别比目标横截面内两正交方向的最大尺寸的一半长1m。3.如权利要求1所述的基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，其特征在于，所述的S2中，具体包含以下步骤：S21、在椭圆柱状包围面上，沿包围面平行于x方向的切向分别放置两个正交的电类型或磁类型偶极子天线，分别作为发射偶极子天线和接收偶极子天线；S22、通过测量获取目标的后向散射电场或磁场数据，进而计算对应的散射复函数，记为：其中，p,q＝V,H，分别表示发射偶极子天线和接收偶极子天线的极化；V表示垂直极化，方向与椭圆柱状包围面的椭圆截面相切；H表示水平极化，方向平行于椭圆柱状包围面的柱体轴向；S23、根据近场目标散射以及分别设置发射偶极子天线和接收偶极子天线的不同极化状态，获取目标椭圆柱状包围面上的近场全极化散射函数的分布数据，即目标近场散射矩阵为：其中，表示沿椭圆柱状包围面的椭圆截面的方位角变化；x表示椭圆柱状包围面上平行于柱体中心轴的距离变化。4.如权利要求3所述的基于近场包围面扫描极化散射数据的目标外形反演方法，其特征在于，所述的S22中，沿椭圆柱状包围面的柱体中心轴进行等距离间隔测量，获取目标的后向散射电场或磁场的纵向数据；沿椭圆柱状包围面的椭圆截面进行等方位角间隔测量，获取目标的后向散射电场或磁场的横向数据。5.如权利要求3所述的基于近场包...

【专利技术属性】
技术研发人员：李永晨，梁子长，
申请(专利权)人：上海无线电设备研究所，
类型：发明
国别省市：上海,31