基于探头补偿和相位中心补正的目标RCS近场测量方法技术

本发明专利技术提出了一种基于探头补偿和相位中心补正的目标RCS近场测量方法，实现步骤为：获取待测目标和定标体的回波信号；对回波信号进行相位中心补正；对补正后的回波信号进行时间通选和范围补偿；获取待测目标和定标体的波谱展开系数；对波谱展开系数进行扫描探头补偿；获取目标RCS近场测量结果。本发明专利技术在获取目标RCS近场测量结果的过程中，对回波信号进行相位中心补正，并对波谱展开系数进行扫描探头补偿，避免了现有技术头采样会存在延迟和扫描探头自身具有的辐射特性对采样过程中获取的数据产生影响，导致远场外推结果产生误差的缺陷，有效提高了测量精度。有效提高了测量精度。有效提高了测量精度。

【技术实现步骤摘要】
基于探头补偿和相位中心补正的目标RCS近场测量方法


[0001]本专利技术属于电磁测量
，涉及一种雷达电磁散射截面积(RCS)测量方法，具体涉及一种基于探头补偿和相位中心补正的目标RCS近场测量方法，可用于各类飞行器的设计、研发与维护。

技术介绍

[0002]电磁散射测量主要用于测量目标的散射特性，而目标的散射特性通常用雷达散射截面(RCS)来衡量。随着雷达技术发展，各类飞行器和电磁器材的研究和设计都离不开RCS的测量技术。RCS测量按测量场地的不同，一般可以分为远场测量法、紧缩场测量法和近场测量法，对于电大目标，远场测量RCS要求非常长距离的测试场地和高功率测试设备，且测量精度容易受到测试环境的影响；紧缩场测量可大大缩短测试距离，但所需的抛物面造价高昂，设备运行及维护费用较高；近场测量方法作为一种新兴技术，具有测试距离短、投资成本低、可在室内进行、保密性强、测量精度高、信息量大、可全天候工作等优点。近场测量方法是在目标的辐射近区内通过扫描探头进行散射数据录取，然后通过一定的数据处理方式进行数据外推获得目标的远场RCS。
[0003]然而，目前学界所提出的RCS近场测量方法中,扫描探头的影响并未被重视，在测试理论中，扫描探头常被认为是理想探头，其辐射特性忽略不计，但实际测试中，探头自身具有的辐射特性会对采样过程中获取数据产生影响，在数学表达上体现为场的叠加，即构成扫描探头的天线的方向图与测量数据产生叠加，这会导致远场外推时产生误差；同时在进行采样时，相对于理想情况，探头采样会存在延迟，在将带延迟数据变换为连续信号会导致得到的回波信号的相位中心偏移从而影响后续数据处理的准确性。例如贺新毅、童广德、徐秀丽、廖意在2021年11月02日申请号为202111020081.8的专利申请“一种近场局部照射目标散射近远场转换方法”中，公开了一种近场局部照射目标散射近远场转换方法，该方法首先将目标分割成P个散射区域，依序对各个散射区域进行2D平面采样，获取每个采样点的2D近场散射数据，再获取2D近场测试天线接收回波信号表达式，对散射区域的所述2D近场散射数据进行远场外推，获取该散射区域的2D远场散射特征量，将各散射区域的2D远场散射特征量进行总场合成，基于RCS关系式计算得到目标总体RCS。该方法能够将目标分割与近远场转换一体化实现、可进行三维到二维降维化简，从而快速便捷的获取目标RCS，但是其存在的不足在于：获取近场数据后没有考虑延迟问题，直接对采样数据进行处理，会导致回波信号表达式存在相位偏移，在进行远场外推前没有考虑探头自身具有的辐射特性会对采样过程中获取数据产生影响，会导致最终的目标RCS近场测量存在误差。

技术实现思路

[0004]本专利技术的目的在于针对上述现有技术的不足，提出一种基于探头补偿和相位中心补正的目标RCS近场测量方法，用于解决现有技术中存在的因忽略扫描探头影响和探头采样会存在延迟导致的测量精度降低的技术问题。
[0005]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：
[0006](1)获取待测目标和定标体的回波信号：
[0007](1a)初始化扫描探头位于以为极坐标轴角度坐标的极坐标系原点的距离为R
mea
，扫描探头的工作频率为f，其发射端、接收端的远场切面方向图分别为E
T
、E
R
；测量所需球状定标体的半径为r
sph
，其在频率f下的远场雷达散射截面积为待测物体和定标体在测量时位于极坐标系的原点位置；
[0008](1b)扫描探头以极坐标系的原点为圆心，以R
mea
为半径对待测目标、定标体和空背景分别进行L次均匀圆周采样，得到待测目标、定标体和空背景的S
21
数据U0＝{U
01
,U
02
,...,U
0l
,...,U
0L
}、U1＝{U
11
,U
12
,...,U
1l
,...,U
1L
}和U2＝{U
21
,U
22
,...,U
2l
,...,U
2L
}，其中l∈{1,2,...,L}，L≥100；
[0009](1c)分别计算每个待测目标的S
21
数据U
0l
、每个定标体的S
21
数据U
1l
与其对应的空背景的S
21
数据U
2l
的差，得到待测目标的离散回波数据U'0＝{U'
01
,U'
02
,...,U'
0l
,...,U'
0L
}、定标体的离散回波数据U'1＝{U'
11
,U'
12
,...,U'
1l
,...,U'
1L
}，并通过奈奎斯特定理分别将U'0、U'1变换为连续的待测目标的回波信号定标体的回波信号
[0010](2)对回波信号进行相位中心补正：
[0011]计算待测目标和定标体的回波信号的相位偏移量R
del
，并通过R
del
对待测目标回波信号定标体的回波信号分别进行相位中心补正，得到补正后的待测目标回波信号定标体回波信号
[0012][0013][0014]其中p∈{0,1}，c为真空中的光速，e为自然对数，j为虚数，t
peak
为从采样指令发出到接收到回波数据的时间长度；
[0015](3)对补正后的回波信号进行时间通选和范围补偿：
[0016](3a)采用汉明窗函数Ham(
·
)对补正后的待测目标回波信号定标体回波信号进行时间通选，得到时间通选后的的待测目标回波信号定标体回波信号
[0017][0018]其中R0表示能包围待测物体的边长为D的最小正方体的几何中心到扫描探头距离；
[0019](3b)采用门函数G(R0)对补正后的待测目标回波信号定标体回波信号进行范围补偿，得到距离补偿后的待测目标回波信号定标体回波信号
[0020][0021][0022]其中R
gate
为范围阈值，a为补偿系数，a∈[0,2]；
[0023](4)获取待测目标和定标体的波谱展开系数：
[0024]对距离补偿后的待测目标回波信号定标体回波信号分别进行傅里叶逆变换，得到待测目标、定标体的波谱展开系数B0＝{B0‑
N
,...,B
0n
,...,B
0N
}、B1＝{B1‑
N
,...,B
1n
,...,B
1N
}，其中n表示待测目标和定标体的波谱展开阶数，N表示待测目标和定标体的截断阶数，且
[0025](5)对波谱展开系本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于探头补偿和相位中心补正的目标雷达散射截面积RCS近场测量方法，其特征在于，包括以下步骤：(1)获取待测目标和定标体的回波信号：(1a)初始化扫描探头位于以为极坐标轴角度坐标的极坐标系原点的距离为R
mea
，扫描探头的工作频率为f，其发射端、接收端的远场切面方向图分别为E
T
、E
R
；测量所需球状定标体的半径为r
sph
，其在频率f下的远场雷达散射截面积为待测物体和定标体在测量时位于极坐标系的原点位置；(1b)扫描探头以极坐标系的原点为圆心，以R
mea
为半径对待测目标、定标体和空背景分别进行L次均匀圆周采样，得到待测目标、定标体和空背景的S
21
数据U0＝{U
01
,U
02
,...,U
0l
,...,U
0L
}、U1＝{U
11
,U
12
,...,U
1l
,...,U
1L
}和U2＝{U
21
,U
22
,...,U
2l
,...,U
2L
}，其中l∈{1,2,...,L}，L≥100；(1c)分别计算每个待测目标的S
21
数据U
0l
、每个定标体的S
21
数据U
1l
与其对应的空背景的S
21
数据U
2l
的差，得到待测目标的离散回波数据U'0＝{U'
01
,U
′
02
,...,U'
0l
,...,U'
0L
}、定标体的离散回波数据U'1＝{U
′
11
,U
′
12
,...,U
′
1l
,...,U
′
1L
}，并通过奈奎斯特定理分别将U'0、U'1变换为连续的待测目标的回波信号定标体的回波信号(2)对回波信号进行相位中心补正：计算待测目标和定标体的回波信号的相位偏移量R
del
，并通过R
del
对待测目标回波信号定标体的回波信号分别进行相位中心补正，得到补正后的待测目标回波信号定标体回波信号定标体回波信号定标体回波信号其中p∈{0,1}，c为真空中的光速，e为自然对数，j为虚数，t
peak
为从采样指令发出到接收到回波数据的时间长度；(3)对补正后的回波信号进行时间通选和范围补偿：(3a)采用汉明窗函数Ham(
·
)对补正后的待测目标回波信号定标体回波信号进行时间通选，得到时间通选后的的待测目标回波信号定标体回波信号定标体回波信号其中R0表示能包围待测物体的边长为D的最小正方体的几何中心到扫描...

【专利技术属性】
技术研发人员：张依轩，翦璋，焦永昌，张玉，赵勋旺，
申请(专利权)人：西安电子科技大学，
类型：发明
国别省市：