基于模式滤波的目标散射分离方法技术

本发明专利技术提出了一种基于模式滤波的目标散射分离方法，主要解决现有技术无法通过单频点测量对目标各区域散射进行精确分离的问题。其实现方案是：获取整个散射体的全空间的场数据并进行预处理；对全空间上的远场方向图基于球面波展开，获得球面波模式系数；通过模式滤波器将球面波模式系数中的高阶模式项滤除，最终获得滤波后的整个散射体各区域的散射场。本发明专利技术由于仅需要整个散射体的单频点散射数据，因而能从UHF/VHF这些绝对带宽窄的测量场景中分离出整个散射体的各区域的散射场，同时提高了各区域的散射测量效率。可用于目标分区域散射测量。

【技术实现步骤摘要】
基于模式滤波的目标散射分离方法
本专利技术属于电磁
，特别涉及一种目标散射分离方法，可用于目标分区域散射测量。
技术介绍
通过对飞机的散射测量是判断飞机机身涂层故障的主要方法之一，飞机在执行一次飞行任务后可能会造成某一部位涂层损伤，导致散射性能变化，传统上可以对机身进行区域划分，分多次对上述区域进行检测，分别对比执行任务前后的各区域的散射性能，以判断涂层的损伤区域。然而这种方法可能会在拆卸和运输检测过程中造成二次损伤。当在室外测量散射时，会由于电磁环境恶劣形成巨大测量误差。例如，申请公布号为CN201910767035.0，名称为“一种时域门变换方法和装置”的专利申请，公开了一种用于分离并去除目标区域外杂散影响的方法，该方法主要基于时域门技术，通过采集待测目标的频域RCS数据，依据频域时域变换方法将所述频域RCS数据转换为时域RCS数据，获取用于时域选通的时域门函数，将所述时域门函数施加在所述时域RCS数据得到时域选通数据，依据时域频域变换方法将所述时域选通数据转换为频域数据，对所述频域数据进行重归一化处理以去除数据走样，但该技术需要宽频带电磁测量数据才能分离并去除目标区域外杂散影响，分离效果受到测量带宽的影响，特别是对于UHF/VHF这些绝对带宽较窄的测量场景，很难分离目标区域外的杂散影响。
技术实现思路
本专利技术的目的在于克服上述现有技术的缺陷，提出一种基于模式滤波的目标散射分离方法，旨在解决通过单频点测量对目标各区域散射进行精确分离的问题，同时提高各区域的散射测量效率。>为实现上述目的，本专利技术采取的技术方案包括如下步骤：(1)对整个散射体的散射场数据进行采样，得到覆盖部分球面区域的散射场数据的远场方向图对远场方向图进行坐标平移操作和方向图补零操作，获得全空间上的远场方向图其中，θ为测量空间直角坐标系中的俯仰角，为测量空间直角坐标系中的方位角；(2)对全空间上的远场方向图基于球面波展开，获得球面波模式展开系数：(2a)对全空间上的远场方向图基于球面波展开，展开表达式为：其中，s表示出射波，a表示入射波，m为取值为0～∞的模式项标记，n为取值为1～∞的模式项标记,为横电波TE出射波的m·n项球面波展开系数，为TE入射波的m·n项球面波展开系数，为横磁波TM出射波的m·n项球面波展开系数，为TM入射波的m·n项球面波展开系数，为m·n项TE出射波模式，为m·n项TE入射波模式，为m·n项TM出射波模式，为m·n项TM入射波模式，j为虚数符号；(2b)截取上述的球面波展开表达式中的A项和B项，获得能够包含待分离目标散射体的完整散射信息远场方向图其中，B＝2nextpow2(MN)，MN＝[kR0]+u，A＝2B，u为自设整数，R0是以测量坐标原点为中心且包围待分离目标的最小球体的半径；(2c)对上述包含待分离目标散射体的完整散射信息远场方向图进行展开，获得TE波的球面波展开系数和TM波的球面波展开系数其中,i＝s或a，k为波数；(3)滤除球面波高阶模式项，获得滤波后待分离目标的远场方向图(3a)获得球面波函数的截断模式数N0：N0＝[kR1]+v，其中，[kR1]为kR1向上取整的整数，R1是以待分离目标口径中心为原点且包围待分离目标的最小球的半径，v为自设整数；(3b)选取模式滤波器Filter(n)，滤除上述TE波的球面波展开系数和TM波的球面波展开系数中的高阶模式系数，获得表征待分离目标的TE波模式系数和TM波模式系数(3c)截取上述包含待分离目标散射体的完整散射信息远场方向图球面波展开表达式中的2N02项，获得滤波后待分离目标的远场方向图(4)获取待分离目标在阵中的远场方向图并将滤波后待分离目标的远场方向图和待分离目标在阵中的远场方向图进行对比，当两者的水平截面方向图曲线或者垂直截面方向图曲线能够吻合时，表示成功从整个散射体的散射场中将待分离目标的散射场分离出来。本专利技术与现有技术相比，具体以下优点：本专利技术由于对整个散射体的单频点散射场数据进行采样，对散射场方向图基于球面波展开和模式滤波，因而可通过数学后处理方法获得整个散射体中的各部位的散射场，降低了对宽带测量系统的要求，提高了各部位散射测量效率与精度；同时由于降低了对宽带测量系统的要求，因而对UHF/VHF这些频段测量场景，也可分离整个散射体的各部分的散射场。附图说明图1是本专利技术实施例的实现流程图；图2是本专利技术待测散射体中的三单元金属贴片阵模型图；图3是本专利技术待测散射体中的三单元金属贴片阵的双站RCS截面方向图；图4是本专利技术待测散射体中的三单元金属贴片阵中一个单元的阵中双站RCS截面方向图；图5是用本专利技术从待测散射体中的三单元金属贴片阵中分离出的一个单元的双站RCS截面方向图；图6是本专利技术待测散射体中的三单元金属贴片阵的总场方向图与一个单元的阵中方向图和从阵中分离出的该单元方向图在垂直方位面上的对比图；图7是本专利技术待测散射体中的涂覆吸波材料后的三单元金属贴片阵的总场方向图与一个单元的阵中方向图和从阵中分离出的该单元方向图在垂直方位面面上的对比图。具体实施方式以下结合附图对本专利技术的实施例和效果作进一步详细描述。参照图2，本实例所使用的散射体是由三维坐标系XYZ下放置在XOY平面内的三个相同的金属贴片单元M,M2,M3组成的贴片阵M＝[M1,M2,M3]，其正上方是单位幅度平面波，M2单元的口径中心位于三维坐标系XYZ的坐标原点，M1和M3单元的口径中心到三维坐标系XYZ的坐标原点的距离为p，每个贴片单元的大小为λ×λ，其中，λ为波长。参照图1,本专利技术的实现步骤如下：步骤1，获取散射体的散射场测量数据并进行预处理，获得全空间上的远场方向图(1a)对整个散射体的散射场数据进行采样，即对三单元金属贴片阵M的散射场数据进行采样，散射场数据的采样需要通过一种扫描方式进行区域采样：现有的扫描方式有平面扫描、柱面扫描和球面扫描，现有的扫描区域有近场、准远场和远场，本实施例扫描方式选择采用但不限于平面扫描，采样的区域采用但不限于远场；得到三单元金属贴片阵M的远场方向图其中，θ为测量空间直角坐标系中的俯仰角，为测量空间直角坐标系中的方位角；(1b)将远场方向图平移至待分离贴片单元的口径中心，获得的平移后的远场方向图为其中，(x,y,z)为待分离贴片单元的口径中心坐标，表示坐标平移的相位，j为虚数符号，k为波数；(1c)对平移后获得的远场方向图进行方向图补零操作，获得全空间上的远场方向图步骤2，对全空间上的远场方向图基于球面波展开，获得球面波模式展开系数：(2a)对全空间上的远场方向图基于球面波展开，即展开成一系列球面波模式项的叠加，其展开表达式为：其中，s表示出射波，a表示入射波，m为取值为0～∞的模式项标记本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种基于模式滤波的目标散射分离方法，其特征在于，包括如下：/n(1)对整个散射体的散射场数据进行采样，得到覆盖部分球面区域的散射场数据的远场方向图

【技术特征摘要】
1.一种基于模式滤波的目标散射分离方法，其特征在于，包括如下：
(1)对整个散射体的散射场数据进行采样，得到覆盖部分球面区域的散射场数据的远场方向图对远场方向图进行坐标平移操作和方向图补零操作，获得全空间上的远场方向图其中，θ为测量空间直角坐标系中的俯仰角，为测量空间直角坐标系中的方位角；
(2)对全空间上的远场方向图基于球面波展开，获得球面波模式展开系数：
(2a)对全空间上的远场方向图基于球面波展开，展开表达式为：



其中，s表示出射波，a表示入射波，m为取值为0～∞的模式项标记，n为取值为1～∞的模式项标记,为横电波TE出射波的m·n项球面波展开系数，为TE入射波的m·n项球面波展开系数，为横磁波TM出射波的m·n项球面波展开系数，为TM入射波的m·n项球面波展开系数，为m·n项TE出射波模式，为m·n项TE入射波模式，为m·n项TM出射波模式，为m·n项TM入射波模式，j为虚数符号；
(2b)截取上述的球面波展开表达式中的A项和B项，获得能够包含待分离目标散射体的完整散射信息远场方向图



其中，B＝2nextpow2(MN)，MN＝[kR0]+u，A＝2B，u为自设整数，R0是以测量坐标原点为中心且包围待分离目标的最小球体的半径；
(2c)对上述包含待分离目标散射体的完整散射信息远场方向图进行处理，获得TE波的球面波展开系数和TM波的球面波展开系数






其中,i＝s或a，k为波数；
(3)滤除球面波高阶模式项，获得滤波后待分离目标的远场方向图
(3a)获得球面波函数的截断模式数N0：N0＝[kR1]+v，
其中，[kR1]为kR1向上取整的整数，R1是以待分离目标口径中心为原点且包围待分离目标的最小球的半径，v为自设整数；
(3b)选取模式滤波器Filter...

【专利技术属性】
技术研发人员：张帅，周肖，龚书喜，宋子璇，白婵，柏文泉，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：陕西;61