一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法技术

本发明专利技术公开了一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法，属于航天技术领域，是一种能够适用于不同空间目标形状姿态、尺寸和雷达频段的高效、实用的RCS归一化方法，提升了空间目标RCS特性识别率。本方法首先根据空间目标监视雷达的频段建立RCS分段拟合的多项式，然后对每个需要归一化的空间目标RCS测量值，根据多项式反算目标的物理尺寸，同时对需要归一化的频段也建立对应的RCS分段拟合的多项式，最后按照空间目标的物理尺寸计算在归一化频段下的RCS值用于空间目标RCS特性识别。

【技术实现步骤摘要】
一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法
本专利技术涉及航天
，具体涉及一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法。
技术介绍
随着空间目标数量的急剧增加，为实现太空交通管理，避免航天器碰撞，世界各国快速发展空间目标监视能力。地基雷达是近地轨道空间目标监视的骨干设备，分别承担广域目标搜索、精密跟踪等监视职能。空间目标在编目识别过程中除了使用地基雷达的测轨数据，还会使用目标的窄带RCS数据进行目标关联和特性识别。由于雷达会根据不同职能需求选择不同频段进行目标探测，目前在役的空间目标监视雷达频段至少包括P频段、L频段、S频段以及X频段等，急需实现多频段雷达的RCS观测量的归一化，充分发挥空间目标RCS特性的实际应用价值。空间目标RCS的归一化就是根据目标电磁散射特性将不同雷达频段下的测量RCS转换到同一频段或者物理尺寸上，方便在同一基准上进行比对分析和应用。由于空间目标本身姿态形状各异，会导致RCS起伏，且不同尺寸目标在不同频段的散射区也不同，要实现能够完全适用于工程需求的RCS归一化，需要考虑两方面问题：一是实现逐点RCS的归一化，避免序列RCS的归一化，解决时变RCS起伏和相互耦合问题，拓展归一化方法的适用范围；二是采用通用的目标电磁散射等效模型，简化目标姿态形状的影响，建立目标物理尺寸与RCS间的单调映射关系，实现RCS归一化的唯一表征形式。结合空间目标监视应用需求，寻找一种适用于不同形状姿态、尺寸和雷达频段的高效、实用的RCS归一化方法，对于提升空间目标RCS特性识别率十分必要。
技术实现思路
有鉴于此，本专利技术提供了一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法，能够适用于不同空间目标形状姿态、尺寸和雷达频段的高效、实用的RCS归一化方法，提升了空间目标RCS特性识别率。为达到上述目的，本专利技术的技术方案包括如下步骤：步骤①根据空间目标监视雷达频段确定雷达波长λ，根据式(1)计算各目标尺寸下的RCS理论值序列；其中以目标尺寸D作为直径构建理论金属导电球，所述金属导电球，σball为所述金属导电球的RCS，r为所述金属导电球的半径，k为波束，k＝2π/λ，λ是波长；Jn(kr)是关于kr的第一类n阶Bessel函数，是关于kr的n阶Hankel函数，为其中Yn(kr)是关于kr的第二类n阶Bessel函数；n为阶数。步骤②构建第一中间变量A＝10lg(D/λ)和第二中间变量B＝10lg(σball/λ2)；根据各目标尺寸下的RCS理论值序列，构建公式(2)具体为：B≈Pn(A)(2)其中Pn(x)＝p1xn+p2xn-1+...+pnx+pn+1为n阶多项式，{p1,...,pn+1}为多项式系数。构建式(3)：采用最小二乘法求解式(2)和(3)，获得第一中间变量A和第二中间变量B的分段多项式，即得到每一段的多项式系数。步骤③测量获得所述空间目标的RCS测量值，将RCS测量值作为σball代入第二中间变量B＝10lg(σball/λ2)，得到B的实测值；根据B的实测值所属的值域，确定在A和B的分段多项式中所属段的多项式系数，代入式(4)Pn(A)-B＝0(4)利用牛顿迭代法求解目标尺寸D。步骤④取待归一化的雷达波长λ2，将λ2替代λ，重复步骤①和步骤②，计算得到雷达波长为λ2时的分段多项式。步骤⑤将步骤③计算出来的目标尺寸D代入步骤④计算出来雷达波长为λ2时的分段多项式中，计算得到σball的值作为归一化后的空间目标RCS，用于空间目标RCS特性识别。有益效果：本专利技术提出了基于多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法。该方法的核心是利用金属圆球在不同频段下的理论RCS数值，选择合适的区域划分边界和中间变量，分区开展多项式拟合，得到空间目标物理尺寸与RCS的单调映射关系。在此基础上，通过多项式零值计算，对任意空间目标RCS进行物理尺寸的求解，实现RCS的归一化描述，支持RCS在不同频段的监视雷达中相互转换使用。本专利技术基于空间目标RCS的变化特性，建立起不同频段RCS与物理尺寸之间的单调映射关系，给出的空间目标RCS分段多项式拟合方法适用性强、物理意义明显，可广泛应用于空间目标监视雷达的RCS归一化处理，从而能够适用于不同空间目标形状姿态、尺寸和雷达频段的高效、实用的RCS归一化方法，提升了空间目标RCS特性识别率。附图说明图1为本专利技术实施例给出的一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法流程图；图2为本专利技术实施例给出的频率f＝438.5MHz的条件下空间目标RCS分段拟合示例图；图3为本专利技术实施例给出的频率f＝438.5MHz的空间目标RCS归一化到f＝1.5GHz的RCS示例图。具体实施方式下面结合附图并举实施例，对本专利技术进行详细描述。本专利技术提供了一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法的具体技术方案是，首先根据空间目标监视雷达的频段建立雷达散射截面积RCS分段拟合的多项式，然后对每个需要归一化的空间目标RCS测量值，根据多项式反算目标的物理尺寸，同时对需要归一化的频段也建立对应的RCS分段拟合的多项式，最后按照空间目标的物理尺寸计算在归一化频段下的RCS值，并进一步实现对空间目标的RCS特性识别。该方法流程如图1所示，具体包括如下步骤：步骤①根据空间目标监视雷达频段确定雷达波长λ，根据式(1)计算各目标尺寸下的RCS理论值序列；其中以目标尺寸D作为直径构建理论金属导电球，所述金属导电球，σball为所述金属导电球的RCS，r为所述金属导电球的半径，k为波束，k＝2π/λ，λ是波长；Jn(kr)是关于kr的第一类n阶Bessel函数，是关于kr的n阶Hankel函数，为其中Yn(kr)是关于kr的第二类n阶Bessel函数；n为阶数；步骤②构建第一中间变量A＝10lg(D/λ)和第二中间变量B＝10lg(σball/λ2)；根据各目标尺寸下的RCS理论值序列，构建公式(2)具体为：B≈Pn(A)(2)其中Pn(x)＝p1xn+p2xn-1+...+pnx+pn+1为n阶多项式，{p1,…,pn+1}为多项式系数；构建式(3)：采用最小二乘法求解式(2)和(3)，获得第一中间变量A和第二中间变量B的分段多项式，即得到每一段的多项式系数。本专利技术实施例中，拟合得到的分段多项式如图2中频率f＝438.5MHz的条件下空间目标RCS分段拟合示例的拟合曲线所示。通常情况下，根据RCS与波长比例关系，可以划分为不同区域，分别为光学区(5≤D/λ)、瑞利区(D/λ≤0.25)和谐振区(0.25<D/λ<5)三个部分，其中谐振区是位于光学区和瑞利区之间的区域，谐振区域的RCS会随直径和波长剧烈起伏。由于RCS在谐振区域起伏，无法形成RCS与直径的单映射，所以需要对不同区域R本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法，其特征在于，RCS为雷达散射截面积，所述方法包括如下步骤：/n步骤①根据空间目标监视雷达频段确定雷达波长λ，根据式(1)计算各目标尺寸下的RCS理论值序列；/n

【技术特征摘要】
1.一种基于分段多项式拟合的空间目标RCS特性识别方法，其特征在于，RCS为雷达散射截面积，所述方法包括如下步骤：
步骤①根据空间目标监视雷达频段确定雷达波长λ，根据式(1)计算各目标尺寸下的RCS理论值序列；



其中以目标尺寸D作为直径构建理论金属导电球，所述金属导电球，σball为所述金属导电球的RCS，r为所述金属导电球的半径，k为波束，k＝2π/λ，λ是波长；Jn(kr)是关于kr的第一类n阶Bessel函数，是关于kr的n阶Hankel函数，为其中Yn(kr)是关于kr的第二类n阶Bessel函数；n为阶数；
步骤②构建第一中间变量A＝10lg(D/λ)和第二中间变量B＝10lg(σball/λ2)；根据各目标尺寸下的RCS理论值序列，构建公式(2)
具体为：
B≈Pn(A)(2)
其中Pn(x)＝p1xn+p2xn-1+...+pn...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄剑，李朋远，路现立，姚刚，张兵，
申请(专利权)人：中国人民解放军六三九二一部队，
类型：发明
国别省市：北京;11