一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法技术

本发明专利技术公开了一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，包括：确定在不同雷达观测角度下表征目标特征量的物理量大小；将超表面在空间中离散成多个调控模块，使用每个调控模块分别对雷达回波进行调控，根据实际调控模块阵列大小和超表面单元的电尺寸设置离散角度；利用超表面单元组建各调控模块，根据调控模块之间的倾角和不同雷达观测角度下物理量大小，调控超表面改变目标特征量；通过改变调控模块每列单元之间时序的起始时刻实现谐波的波束偏转，使整个伪装超表面在设定观测角度区间内实现特征伪装。本发明专利技术具有简单、高效、灵活的优点，能够在空间多个观测角度下实现伪装。能够在空间多个观测角度下实现伪装。能够在空间多个观测角度下实现伪装。

【技术实现步骤摘要】
一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法


[0001]本专利技术涉及超表面
，特别是一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法。

技术介绍

[0002]随着超表面单元的不断发展，已经可以通过电信号控制超表面的工作状态，达到控制反射、透射电磁波各种性质的目的。以速度伪装为例，相位可调超表面单元可以在时间维度中改变超表面阵列的反射相位，在频域上即可实现一定大小的多普勒频移，该性质在通信领域具有良好的应用前景(Zhao,Jie,et al."Programmable time
‑
domain digital
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coding metasurface for non
‑
linear harmonic manipulation and new wireless communication systems."National Science Review 6.2(2019):231
‑
238.)。而在军事领域中，也可以通过时间调制超表面实现目标的选择性伪装(Wang,Xiaoyi,and Christophe Caloz."Spread
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spectrum selective camouflaging based on time
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modulated metasurface."IEEE Transactions on Antennas and Propagation 69.1(2020):286
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295.)。雷达回波的频移即可使目标在雷达观测角度上产生一定大小的伪装速度。
[0003]然而这些方法只是对单基地接收的频谱进行调控，并没有考虑到实际双基地雷达探测的情况，并且由于以上设计均基于平面，在实际工程运用上具有很大的局限性。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于提供一种简单、高效且灵活的抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，从而在空间多个观测角度下实现伪装。
[0005]实现本专利技术目的的技术解决方案为：一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，包括以下步骤：
[0006]步骤1、确定在不同雷达观测角度下表征目标特征量的物理量大小；
[0007]步骤2、将超表面在空间中离散成多个调控模块，使用每个调控模块分别对雷达回波进行调控，根据实际调控模块阵列大小和超表面单元的电尺寸设置离散角度；
[0008]步骤3、利用超表面单元组建各调控模块，根据步骤2调控模块之间的倾角和步骤1得到的不同雷达观测角度下物理量大小，调控超表面改变目标特征量；
[0009]步骤4、通过改变调控模块每列单元之间时序的起始时刻实现谐波的波束偏转，使整个伪装超表面在设定观测角度区间内实现特征伪装。
[0010]本专利技术与现有技术相比，其显著特点为：(1)考虑了多基地雷达接收的情况，并且在不同的雷达观测角度上实现不同的特征伪装；(2)利用调控模块之间的倾角降低模块之间的干扰，具有简单易实现的特点；(3)通过在每个调控模块内引入时延的办法可以实现谐波的波束偏转，具有灵活度高的特点。
[0011]下面结合附图对本专利技术作进一步详细描述。
附图说明
[0012]图1为本专利技术中抗多基地雷达探测的伪装超表面示意图。
[0013]图2为本专利技术中超表面实现速度伪装时反射系数相位的时序状态示意图，为便于说明设计过程，以一种2比特相位可调超表面为例，其中(a)为频移方式为蓝移时理想情况下的反射系数相位时序状态图，(b)为蓝移时使用2比特相位可调超表面单元拟合的反射系数相位时序状态图，(c)为频移方式为红移时理想情况下的反射系数相位时序状态图，(d)为红移时使用2比特相位可调超表面单元拟合的反射系数相位时序状态图。
[0014]图3为本专利技术中单站雷达接收时2比特相位可调超表面单元反射波频谱，其中(a)为频移方式为蓝移的频谱图，(b)为频移方式为红移的频谱图。
[0015]图4为辅助说明本专利技术使用的2比特相位可调超表面单元示意图，其中(a)为该单元的结构示意图，(b)为该单元反射系数幅值示意图，(c)为反射系数相位示意图。
[0016]图5为本专利技术中以速度为例在每个调控模块中引入不同多普勒频移量，进而在多观测角度下实现速度伪装结果图，其中(a)为共形超表面时序状态图，(b)为
‑
54
°
观测角下的反射波频谱图，(c)为
‑
27
°
观测角下的反射波频谱图，(d)为0
°
观测角下的反射波频谱图，(e)为+27
°
观测角下的反射波频谱图，(f)为+54
°
观测角下的反射波频谱图。
[0017]图6为本专利技术中阐述的波束偏转示意图，其中(a)为在平面超表面相邻列中引入十六分之一调制周期延时情况下超表面单元的时序状态图，(b)为延时十六分之一周期后主波束偏转8
°
的结果图，(c)为在平面超表面相邻列中引入十六分之一调制周期延时、八分之一调制周期延时情况下超表面单元的时序状态图，(d)为延时八分之一调制周期后主波束偏转16
°
的结果图。
具体实施方式
[0018]本专利技术一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，包括以下步骤：
[0019]步骤1、确定在不同雷达观测角度下表征目标特征量的物理量大小；
[0020]步骤2、将超表面在空间中离散成多个调控模块，使用每个调控模块分别对雷达回波进行调控，根据实际调控模块阵列大小和超表面单元的电尺寸设置离散角度；
[0021]步骤3、利用超表面单元组建各调控模块，根据步骤2调控模块之间的倾角和步骤1得到的不同雷达观测角度下物理量大小，调控超表面改变目标特征量；
[0022]步骤4、通过改变调控模块每列单元之间时序的起始时刻实现谐波的波束偏转，使整个伪装超表面在设定观测角度区间内实现特征伪装。
[0023]作为一种具体实施例，步骤1中所述的确定在不同雷达观测角度下表征目标特征量的物理量大小，如RCS、多普勒频移等，具体为：
[0024]不失一般性，考虑实现较为复杂的超表面的速度伪装。由于雷达探测的是目标的径向速度，故伪装超表面在各个雷达观测角度下的伪装速度需满足速度分解关系。
[0025]考虑目标沿发射雷达1方向垂直运动，速度大小为v0，同时假设双基地雷达中的接收雷达2和发射雷达1之间的夹角为θ，则沿发射雷达1方向以速度v0运动的目标在接收雷达2，即观测角为θ的径向速度表示为：
[0026]v
r
＝v0cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)
[0027]假设目标匀速相对接收雷达2运动，则在时间t时刻，目标与接收雷达之间的距离R
(t)表示为：
[0028]R(t)＝R0‑
v
r...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤1、确定在不同雷达观测角度下表征目标特征量的物理量大小；步骤2、将超表面在空间中离散成多个调控模块，使用每个调控模块分别对雷达回波进行调控，根据实际调控模块阵列大小和超表面单元的电尺寸设置离散角度；步骤3、利用超表面单元组建各调控模块，根据步骤2调控模块之间的倾角和步骤1得到的不同雷达观测角度下物理量大小，调控超表面改变目标特征量；步骤4、通过改变调控模块每列单元之间时序的起始时刻实现谐波的波束偏转，使整个伪装超表面在设定观测角度区间内实现特征伪装。2.根据权利要求1所述的抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，其特征在于，步骤1中所述的确定在不同雷达观测角度下表征目标特征量的物理量大小，具体为：考虑目标沿发射雷达1方向垂直运动，速度大小为v0，同时假设双基地雷达中的接收雷达2和发射雷达1之间的夹角为θ，则沿发射雷达1方向以速度v0运动的目标在接收雷达2，即观测角为θ的径向速度表示为：v
r
＝v0cosθ
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(1)假设目标匀速相对接收雷达2运动，则在时间t时刻，目标与接收雷达之间的距离R(t)表示为：R(t)＝R0‑
v
r
t
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(2)式(2)中R0为t＝0时的距离，v
r
是式(1)中表达的目标相对接收雷达2的径向速度；式(2)表明，在t时刻接收到的波形是t
‑
t
r
时刻发射的，由于目标相对雷达的运动速度远小于电磁波传播速度c，故时延t
r
近似写为：回波信号相比于发射信号，存在高频相位差，表示为：式(4)表明，高频相位差是时间t的函数，当径向速度v
r
为常数时，产生的频率差f
d
为：速度伪装超表面在观测角度θ下提供多普勒频移f
d
，即伪装为运动速度为v0的目标。3.根据权利要求1所述的抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，其特征在于，步骤2所述的将超表面在空间中离散成多个调控模块，使用每个调控模块分别对雷达回波进行调控，根据实际调控模块阵列大小和超表面单元的电尺寸设置离散角度，具体为：对于弱方向性的超表面阵列，散射远场的强度用归一化的均匀直线阵阵因子公式F
a
(Ψ)表示：在(6)式中，N为阵元数目，Ψ为相邻超调控模块在辐射方向上的相位差；
根据几何关系，当相邻两个调控模块间倾角为α时，两个调控模块散射电磁场之间形成的相位差Ψ(α)表示为：式(7)中k为自由空间中电磁波的传播常数，d为超表面单元的周期大小；根据式(6)求得方向图的第一零点表达式为：其中，Ψ0表示F
a
(Ψ)＝0时Ψ的取值，在Ψ＝Ψ0的角度下散射远场的强度为零；为了降低相邻调控模块的干扰，将一个调控模块的主反射方向对准另一个调控模块的第一零点方向，即Ψ＝Ψ0的角度，根据该原则得到相邻两调控模块的倾斜角α表达式：4.根据权利要求1所述的抗多基地雷达探测的伪装超表面构建方法，其特征在于，步骤3所述的利用超表面单元组建各调控模块，根据步骤2调控模块之间的倾角和步骤1得到的不同雷达观测角度下物理量大小，调控超表面改变目标特征量，具体为：针对速度伪装，考虑平面波垂直入射到平面超表面的情况，t时刻的入射电场E
i
可以表示为：其中，ω0为入射波的角频率，E1为入射波的电场幅值，t表示t时刻；若希望反射波相比入射波实现角频率为
±
ω
p
的频移，即需要反射波为：其中，E

【专利技术属性】
技术研发人员：李猛猛，朱泳庚，丁大志，韩居正，樊振宏，房欣宇，赖梓扬，左雨翰，史琪，宁子豪，宋汶钊，曹仁猛，赖瑞鑫，洪宏展，陈明辉，
申请(专利权)人：南京理工大学，
类型：发明
国别省市：