一种近场预测远场RCS的优化测量方法技术

本发明专利技术公开了一种近场预测远场RCS的优化测量方法，包括：根据天线位置和方向确定发射并矢加权函数，建立近场目标的入射电场信号模型；根据Born近似和和互易原理，建立近场散射电场信号模型，获得散射信号由近场到远场变换的内核；建立远场各散射中心信号的状态空间方程，提取关于主特征值的幅值信号和距离标量信息，建立Fisher信息矩阵，提取距离向量的空间坐标值；更新远场散射中心模型和近远场变换方程，并建立等效关系，根据最小二乘法和凸优化理论，求解近远场变换的系数，获得预测的远场RCS。本发明专利技术方法在不同应用的环境下，具有良好的稳定性和抗干扰能力，提高了预测RCS精度和定标效率。定标效率。定标效率。

【技术实现步骤摘要】
一种近场预测远场RCS的优化测量方法


[0001]本专利技术涉及通信雷达
，尤其涉及一种近场预测远场RCS的优化测量方法。

技术介绍

[0002]电磁波测量大型隐身标的反向散射特性的关键指标，比如雷达散射截面积(RCS,Radar Cross Section)，是衡量物体在被雷达信号照射时散射出多少电磁能量，该能量取决于目标的大小、形状和材料特性。测量天线的定位和实验结构布局对目标的测量模式对于获得精确的RCS测量至关重要，原始RCS数据的数值后处理使用信号处理技术完成，以提取有关目标上散射体的信息。信号处理技术可用于在三维空间中量化和定位散射体，从而获得幅值、相位和距离等关键指标。
[0003]目前，针对散射信号的幅值校正，大部分研究都是以定标来完成的，然而实际定标过程考虑到复杂电磁环境和多径效应，需要消耗大量数据采集工作，并且数据处理计算量大，不易处理。另外，定标后的幅值结果并不稳定，不同环境下的应用都需要重新定标，这些原因会给工程的应用带来大量人力、物力消耗。

技术实现思路

[0004]本部分的目的在于概述本专利技术的实施例的一些方面以及简要介绍一些较佳实施例。在本部分以及本申请的说明书摘要和专利技术名称中可能会做些简化或省略以避免使本部分、说明书摘要和专利技术名称的目的模糊，而这种简化或省略不能用于限制本专利技术的范围。
[0005]鉴于上述现有存在的问题，提出了本专利技术。
[0006]因此，本专利技术提供了一种近场预测远场RCS的优化测量方法解决实际定标过程中需要消耗大量数据采集工作，数据处理计算量大；定标后的幅值结果并不稳定，不同环境下的应用都需要重新定标，消耗大量人力、物力的问题。
[0007]为解决上述技术问题，本专利技术提供如下技术方案：包括：
[0008]根据天线位置和天线方向确定发射并矢加权函数，预置天线发射激励电压信号，计算天线等效电流密度分布函数，建立近场目标的入射电场信号模型；
[0009]根据Born近似和和互易原理，建立近场散射电场信号模型，获得散射信号由近场到远场变换的内核；
[0010]建立远场各散射中心信号的状态空间方程，对构造的散射中心电场序列的Hankel矩阵进行奇异值分解，提取关于主特征值的幅值信号和距离标量信息，根据CRLB理论，建立Fisher信息矩阵，提取距离向量的空间坐标值；
[0011]更新远场散射中心模型和近远场变换方程，并建立等效关系，根据最小二乘法和凸优化理论，求解近远场变换的系数，将远场信号幅值和求解系数带入近远场变换方程，获得预测的远场RCS。
[0012]作为本专利技术所述的近场预测远场RCS的优化测量方法的一种优选方案，其中：所述根据天线位置和天线方向确定发射并矢加权函数表示为：
[0013][0014]其中，表示旋转并矢，为发射加权函数，为目标自由空间源点与发射天线的距离向量；
[0015]预置天线发射激励电压信号计算天线等效电流密度分布函数表示为：
[0016][0017]近场入射电场信号模型通过并矢格林函数建立，表示为：
[0018][0019][0020]其中，为单位并矢，为梯度，k为标量波数，Z
F
为自由空间阻抗，为矢量波数，为相对于目标散射中心源点的距离向量，
·
为2范数。
[0021]作为本专利技术所述的近场预测远场RCS的优化测量方法的一种优选方案，其中：所述建立近场散射电场信号模型，获得散射信号由近场到远场变换的内核包括，
[0022][0023][0024]其中，为目标自由空间源点与接收天线的距离向量，a
i
为幅值系数，为目标指向天线的相位项，接收天线散射近场并矢格林函数；
[0025]定义单站天线远场目标自由空间源点与发射天线的距离向量建立近远场变换方程，表示为：
[0026][0027]其中，表示近远场变换内核；表示远场散射信号；
[0028]目标体的远场入射电场和散射电场表示为：
[0029][0030][0031]其中，表示远场并矢格林函数，远场目标入射电场，为远场天线等效电流密度分布函数，为远场目标体相对散射源点的第i个距离向量；
[0032]通过傅里叶变换得到近远场变换内核
[0033][0034]其中，
[0035]还包括，将近远场变换内核带入近远场变换方程，表示为：
[0036][0037]作为本专利技术所述的近场预测远场RCS的优化测量方法的一种优选方案，其中：所述建立远场各散射中心信号的状态空间方程，包括根据散射中心模型建立观测远场散射信号方程，表示为：
[0038][0039]其中，γ为目标不同位置的散射类型，f表示频率，f
c
表示中心频率，u
i
为复高斯白噪声；
[0040]由散射中心模型构建远场目标体的散射状态空间方程
[0041][0042][0043]其中，A∈C
M
×
M
为开环矩阵，B∈C
M
×1,C∈C1×
M
为常量矩阵，u(k)为复高斯白噪声，远场目标入射电场序列，为远场散射信号输出电场序列。
[0044]作为本专利技术所述的近场预测远场RCS的优化测量方法的一种优选方案，其中：对构造的散射中心电场序列的Hankel矩阵进行奇异值分解，提取关于主特征值的幅值信号和距离标量信息，包括，
[0045]所述Hankel矩阵通过观测远场散射信号序列作为ARMA输出电场序列构建，表示为：
[0046][0047]其中，L＝N/2表示测量电压次数N的最小整数；
[0048]进行奇异值分解，表示为：
[0049][0050]其中，表示Hankel矩阵去除噪声分量的信号分量，U
sn
表示左酉阵，∑
sn
表示对角阵，右酉阵的共轭转置。
[0051]作为本专利技术所述的近场预测远场RCS的优化测量方法的一种优选方案，其中：主特征值的幅值信号λ{A}和距离标量信息表示为：
[0052]λ{A}＝{λ1,λ2,
…
,λ
M
}
[0053][0054][0055]其中，Δf表示电磁波辐射对目标方位步进角度，表示估计的远场散射中心信号幅值，c为电磁波速率，φ
i
为特征值的相位。
[0056]作为本专利技术所述的近场预测远场RCS的优化测量方法的一种优选方案，其中：建立Fisher信息矩阵，提取距离向量的空间坐标值，包括，
[0057]定义远场的散射中心第i个点空间坐标为(R
x
,R
y
,R
z
)，对应的距离向量为其中(e
x
,e
y
,e
z
)表示空间单位向量。将距离向量其带入观测远场散射信号方程的由克拉美罗界理论，构建Fisher信息矩阵，表示为：<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种近场预测远场RCS的优化测量方法，其特征在于，包括：根据天线位置和天线方向确定发射并矢加权函数，预置天线发射激励电压信号，计算天线等效电流密度分布函数，建立近场目标的入射电场信号模型；根据Born近似和和互易原理，建立近场散射电场信号模型，获得散射信号由近场到远场变换的内核；建立远场各散射中心信号的状态空间方程，对构造的散射中心电场序列的Hankel矩阵进行奇异值分解，提取关于主特征值的幅值信号和距离标量信息，根据CRLB理论，建立Fisher信息矩阵，提取距离向量的空间坐标值；更新远场散射中心模型和近远场变换方程，并建立等效关系，根据最小二乘法和凸优化理论，求解近远场变换的系数，将远场信号幅值和求解系数带入近远场变换方程，获得预测的远场RCS。2.如权利要求1所述的近场预测远场RCS的优化测量方法，其特征在于，所述根据天线位置和天线方向确定发射并矢加权函数表示为：其中，表示旋转并矢，为发射加权函数，为目标自由空间源点与发射天线的距离向量；预置天线发射激励电压信号计算天线等效电流密度分布函数表示为：近场入射电场信号模型通过并矢格林函数建立，表示为：建立，表示为：其中，为单位并矢，为梯度，k为标量波数，Z
F
为自由空间阻抗，为矢量波数，为相对于目标散射中心源点的距离向量，||
·
||为2范数。3.如权利要求2所述的近场预测远场RCS的优化测量方法，其特征在于，所述建立近场散射电场信号模型，获得散射信号由近场到远场变换的内核包括，包括，其中，为目标自由空间源点与接收天线的距离向量，a
i
为幅值系数，为目标指向天线的相位项，接收天线散射近场并矢格林函数；
定义单站天线远场目标自由空间源点与发射天线的距离向量建立近远场变换方程，表示为：其中，表示近远场变换内核；表示远场散射信号；目标体的远场入射电场和散射电场表示为：目标体的远场入射电场和散射电场表示为：其中，表示远场并矢格林函数，远场目标入射电场，为远场天线等效电流密度分布函数，为远场目标体相对散射源点的第i个距离向量；通过傅里叶变换得到近远场变换内核通过傅里叶变换得到近远场变换内核其中，还包括，将近远场变换内核带入近远场变换方程，表示为：4.如权利要求2或3所述的近场预测远场RCS的优化测量方法，其特征在于，所述建立远场各散射中心信号的状态空间方程，包括根据散射中心模型建立观测远场散射信号方程，表示为：其中，γ为目标不同位置的散射类型，f表示频率，f
c
表示中心频率，u
i
为复高斯白噪声；由散射中心模型构建远场目标体的散射状态空间方程由散射中心模型构建远场目标体的散射状态空间方程其中，A∈C
M
×
M
为开环矩阵，B∈C
M
×1,C∈C1×
M
为常量矩阵，u(k)为复高斯白噪声，远场目标入射电场序列，为远场散射信号输出电场序列。5.如权利要求4所述的近场预测远场RCS的优化测量方法，其特征在于，对构造的散...

【专利技术属性】
技术研发人员：黄金海，李华，周建江，彭翌玲，邓峣，
申请(专利权)人：南京三航信息工程有限公司桂林信息科技学院，
类型：发明
国别省市：