一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法技术

本发明专利技术提供一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法，针对大型隐身轰炸机的RCS测试需求，采用柱面波平面扫描方式在近场开展RCS测试，通过基于平面波谱的方法利用近场测试数据进行RCS的反演，从而获得远场RCS。相比于室外场、紧缩场，本发明专利技术不需要模拟平面波，不受目标尺寸限制，对场地要求低，并且与紧缩场测量系统的精度相当，适合对全尺寸目标进行测试。目标进行测试。目标进行测试。

【技术实现步骤摘要】
一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法


[0001]本专利技术属于近场RCS测量领域，具体涉及一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法。

技术介绍

[0002]随着通信、雷达和国防等领域的发展，对飞机、卫星、舰船等大型目标的散射特性的测量需求不断增长，传统的远场和紧缩场测试很难满足测试距离条件，近场测量能够有效克服这个缺点，且具有高精度、高保密性、可全天候工作等独特的优越性。所以，对于大尺寸目标的RCS近场测量方法、测量精度以及近远场变换等问题是目前研究的重要课题。
[0003]雷达散射截面(Radar Cross Section，RCS)是反映目标电磁特性的重要特征参数，也是评价目标隐身性能的重要指标之一。研究目标RCS的方法主要包括理论分析和测量技术。其中，测量技术是最有效、快捷和准确的手段。通常情况下，远场测量的最小测试距离为R
min
＝2D2/λ，D为目标孔径的最大尺寸，λ是信号的波长。随着目标尺寸的增大和工作频率的提高，远场测量条件越来越难满足，要求的测试距离可能达到几千米甚至几十千米，且测试场地复杂的电磁环境对测量精度的影响较大，很难保证测试精度。同样，在测量大型目标时，紧缩场难以满足测试环境要求。自20世纪50年代起，国外开始了近场测量方法的研究。近场测量常常在微波暗室中进行，无需满足远场测量条件，克服了测量场地和外界电磁干扰对测量精度的影响。
[0004]我国RCS近场测量技术的起步比国外稍晚，开始于上世纪80年代末，研究了各种目标包括天线RCS的室内和室外测量技术，逐步出现了平面扫描、圆周扫描、球面扫描等近场测量方法。从90年代开始，我国独立开展了近场散射和远场散射之间的关系、非远场条件RCS测量的误差及近场测量的修正等课题的研究，所用研究方法与国外不同，其中包括北京航空航天大学电磁散射领域的何国瑜老师引用三天线理论，推导了近场散射与远场RCS的链条关系式，并得出了同样的结论。根据链条关系式，多发多收(MIMO)需要完备的双站信息才能够精确预测出远场RCS，这在工程实践中是难以实现的。而单发多收仅采用部分双站信息获得远场测量RCS，在满足精度要求的基础上兼顾工程的可实现性。

技术实现思路

[0005]为解决上述技术问题，本专利技术提供一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法，针对大尺寸多散射目标RCS精确测量的问题，采用单发多收(SIMO)的一维线阵近场测量方法和基于平面波谱综合的近远场变换算法，仅采用部分双站信息获得远场测量RCS，在满足精度要求的基础上兼顾工程的可实现性。
[0006]为达到上述目的，本专利技术采用如下技术方案：
[0007]一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法，包括如下步骤：
[0008]步骤1、设置接收天线阵列的宽度、接收天线阵列与发射天线的相对位置关系，确定扫描范围和扫描起始位置；
[0009]步骤2、发射天线发射柱面波，稀疏的接收天线阵列同时接收散射回波信号；
[0010]步骤3、待测目标保持静止，将发射天线和稀疏的接收天线阵列作为一个整体沿y轴平移，并判断天线是否超出扫描设定范围，若没有超出则返回步骤2；
[0011]步骤4、采用基于平面波角谱理论的近远场变换方法对获得的数据做近远场变换，获得目标散射数据；
[0012]步骤5、将待测标准体也进行步骤2、步骤3、步骤4的操作得到标准体数据；
[0013]步骤6、将步骤4获得的目标散射数据与步骤5获得的标准体数据相除，完成定标，得到目标的远场RCS。
[0014]有益效果：
[0015]本专利技术突破传统链条关系式中多发多收的限制，可通过稀疏一维线阵单发多收的扫描方法降低近场扫描精准测量RCS的成本。本专利技术无需获得完备的双站信息，仅需获取部分双站信息即可得到目标的远场RCS，可有效缩短测量时间。本专利技术以二面角与机尾模型为例，仅需设置10m左右的接收线阵即可获得误差小于1dB的目标远场RCS。
附图说明
[0016]图1为接收阵列、发射天线与目标相对位置关系图；
[0017]图2为近场数据图；
[0018]图3为定标过程图；
[0019]图4为本专利技术的一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法流程图；
[0020]图5为RCS测量的平均误差图；
[0021]图6为机尾模型尺寸图；
[0022]图7为机尾模型的RCS测量误差与接收范围和阵列位置的关系图；
[0023]图8为多站反演RCS与理想远场RCS的对比图。
具体实施方式
[0024]为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。此外，下面所描述的本专利技术各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。
[0025]本专利技术针对大尺寸多散射目标RCS精确测量的问题，采用单发多收(SIMO)的一维线阵近场测量方法和基于平面波谱综合的近远场变换算法，仅采用部分双站信息获得远场测量RCS，在满足精度要求的基础上兼顾工程的可实现性。
[0026]其中，单发多收(SIMO)近场测量RCS的近远场变换算法包括：
[0027]根据麦克斯韦方程平面波形式的基本解A(k)e
‑
jk
·
r
，空间的复杂电磁波分布可被分解为无数子平面波之和：
[0028][0029]其中，为电磁波的电场，j为虚数单位，k为电磁波波数，r为电磁波传播矢量，定义为平面波角谱，是K空间中子平面波的集合：
[0030][0031]由平面波角谱可计算无源空间任一点的场，包括近场和无穷远处的场。根据平面波角谱的理论，对测量平面上的场数据做傅里叶变换，可以把散射场的平面波谱求解出来，进而计算目标散射场在远场的值。对散射场数据的每一列做快速傅里叶变换是近远场变换的过程，对散射场数据的每一行做快速傅里叶变换相当于对每个位置的柱面波源赋不同的初始相位并叠加，是模拟平面波照射目标的过程。因此，对散射场数据做二维傅里叶变换得到的就是符合RCS平面波照射和远场接收这个定义的结果。取变换后对角线的散射值就得到了反演RCS。
[0032]理论上来说，对远场的精确计算需要将测量平面上所有位置的场切向分量全部采集下来，实现难度较大。除了扫描平面宽度和接收阵列范围无法做到无限大之外，还有一个与理想情况存在差异的方面，那就是测量平面上场分布是连续的，而数据采集是离散的。这种工程与理论的差异不同于扫描面的宽度有限而造成的误差。从信号处理的角度看，后者相当于给实空间域的信号加了一个矩形窗函数，相应的K空间域平面波谱则卷积一个sinc函数，造成的是平面波谱的畸变。而实空间的离散采样造成的是K空间域平面波谱的混叠。两者最终均会造成RCS反演结果的误差。为解决这个问题，本专利技术提出接收阵列本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种柱面波一发多收一维稀疏线阵扫描的RCS精准测量方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤1、设置接收天线阵列的宽度、接收天线阵列与发射天线的相对位置关系，确定扫描范围和扫描起始位置；步骤2、发射天线发射柱面波，稀疏的接收天线阵列同时接收散射回波信号；步骤3、待测目标保持静止，将发射天线和稀疏的接收天线阵列作为一个整体沿y轴平...

【专利技术属性】
技术研发人员：苗俊刚，杨宗凯，娄长玉，赵京城，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：