基于多層平面波分解的一維單站rcs近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明所涉及的是目標(biāo)電磁散射與逆散射領(lǐng)域，尤其涉及電磁散射的一維單站 RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 目標(biāo)RCS測試需要滿足遠(yuǎn)場條件，目前較為成熟的方法有遠(yuǎn)場地平場測試和緊縮 場測試。然而，對(duì)于電大尺寸目標(biāo)RCS測試，遠(yuǎn)場地平場需要巨大的測試場地支持，緊縮場 需要昂貴的反射面設(shè)施建設(shè)。近年來發(fā)展活躍的RCS近場測試技術(shù)，在不滿足遠(yuǎn)場條件的 近場進(jìn)行測試，再通過近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換得到目標(biāo)RCS，具有低廉便捷的特點(diǎn)。近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法是 上述近場測試的關(guān)鍵。
[0003] 在檢索到的國內(nèi)外公開及有限范圍發(fā)表的文獻(xiàn)中，有論文和專利 (CN201410432104)介紹基于近場成像的近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法，未見基于多層平面波分解的近遠(yuǎn) 場轉(zhuǎn)換方法。另有國外論文介紹多層平面波分解近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法，但該方法不能用于一維 單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換。綜上所述，現(xiàn)有技術(shù)未公開基于多層平面波分解的一維單站RCS近 遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004] 本發(fā)明的目的在于提出一種基于多層平面波分解的一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方 法，達(dá)到非余量采樣，具有快速近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換、自動(dòng)天線方向圖補(bǔ)償、自動(dòng)采樣位置補(bǔ)償、誤差 可控等特點(diǎn)，可指導(dǎo)近場采樣設(shè)置，從而為獲取目標(biāo)RCS(雷達(dá)散射截面）提供一種快速便 捷的方法。
[0005] 本發(fā)明提供一種基于多層平面波分解的一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法，其包含：
[0006] 步驟1:確定近場散射數(shù)據(jù)采樣平面，在該平面上以目標(biāo)中心為圓心，在最近半徑 和最遠(yuǎn)半徑所確定的圓環(huán)內(nèi)，使用任意天線在該圓環(huán)的任意位置進(jìn)行采樣，記錄每個(gè)采樣 點(diǎn)的天線接收電壓及采樣點(diǎn)位置；
[0007] 步驟2:基于近場散射的多層平面波分解公式，即根據(jù)近場采樣數(shù)據(jù)的參數(shù)和系 統(tǒng)所要達(dá)到的精度，計(jì)算方程常數(shù)系數(shù)和矩陣大?。?br>[0008] 步驟3:根據(jù)步驟2計(jì)算所得矩陣大小，將單位圓周上的平面波譜均勻離散化，逐 一填充近場轉(zhuǎn)移矩陣元素，完成矩陣方程的建立；
[0009] 步驟4 :用最陡下降的共輒梯度法求解矩陣方程，當(dāng)?shù)諗繒r(shí)得到目標(biāo)反射率 方向圖；
[0010] 步驟5 :根據(jù)RCS與目標(biāo)反射率方向圖之間的關(guān)系獲得目標(biāo)RCS。
[0011] 本發(fā)明通過一種多層平面波分解快速算法，將近場一維單站散射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)場 散射數(shù)據(jù)，從而獲得目標(biāo)RCS?；趦?yōu)選的實(shí)施例可知，本發(fā)明所述基于多層平面波分解的 一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法，根據(jù)加法定理將目標(biāo)散射近場用多層平面波展開，寫成轉(zhuǎn) 移算子與目標(biāo)反射率方向圖函數(shù)在單位角譜球上的積分；根據(jù)目標(biāo)扁平體特征將球面積分 簡化為圓周積分，依據(jù)算法所需要達(dá)到的精度截?cái)噢D(zhuǎn)移算子，并使用可快速收斂的共輒梯 度法進(jìn)行矩陣求逆。
[0012] 本發(fā)明帶來以下有益效果：
[0013] 本發(fā)明提出一種在水平面上進(jìn)行一維單站近場采樣的近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換算法，其優(yōu)點(diǎn)在 于近場采樣數(shù)與模式截?cái)嚯A數(shù)一致，達(dá)到了非余量采樣，并與算法所要達(dá)到的精度具有明 確的關(guān)系，使得誤差可控；天線方向圖和采樣位置引起的影響在迭代求逆過程中被完全補(bǔ) 償了，使得近場測試時(shí)可選用任意天線，可在平面內(nèi)隨機(jī)位置采樣，避免了轉(zhuǎn)臺(tái)或掃描架等 定位設(shè)備的使用，極大化簡了近場測試系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0014] 圖1是本發(fā)明中的基于多層平面波分解的一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換算法的流程 圖。
【具體實(shí)施方式】
[0015] 以下結(jié)合【附圖說明】本發(fā)明的較佳實(shí)施例。
[0016] 如圖1所示為本發(fā)明中基于多層平面波分解的一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換算法流程 圖。本發(fā)明的計(jì)算方法原理如下：
[0017] 基于一階Born近似和單站設(shè)定，建立入射場與散射場的輻射反射模型；根據(jù)加法 定理和目標(biāo)的扁平體特征，將上述輻射反射模型用多層平面波展開，轉(zhuǎn)換成單位圓周上平 面波譜的積分；使用共輒梯度法進(jìn)行矩陣方程求解。
[0018] 計(jì)算具體步驟如下：
[0019] 步驟1 :確定近場散射數(shù)據(jù)采樣平面，在該平面上以目標(biāo)中心為圓心，在最近和最 遠(yuǎn)半徑所確定的圓環(huán)內(nèi)，使用任意天線在該圓環(huán)的任意位置進(jìn)行采樣，記錄每個(gè)采樣點(diǎn)的 天線接收電壓及采樣點(diǎn)位置；設(shè)采樣點(diǎn)數(shù)為M。
[0020] 步驟2 :基于近場散射的多層平面波分解公式，即根據(jù)近場采樣數(shù)據(jù)的各項(xiàng)參數(shù) 和系統(tǒng)所要達(dá)到的精度，計(jì)算方程常數(shù)系數(shù)和矩陣大??；近場散射的多層平面波分解公式 為：
[0021]
[0022] f為入射波矢，g,k和|分別是波數(shù)和波矢方向，Z是自由空間中的波阻抗，A 是入射電壓，g是采樣點(diǎn)位置，匕?Υ是轉(zhuǎn)移算子，ris是與距離無關(guān)的因子，表達(dá)式為
[0023]
(9)
[0024] 是天線方向圖，<2^是與目標(biāo)有關(guān)的函數(shù)。
[0025] 在預(yù)處理階段需要計(jì)算式（8)的系數(shù)
-維圓周積分的積分點(diǎn) 數(shù)KL
[0026] KL= 2(L+1) (10)
[0027] L是轉(zhuǎn)移算子?Υ的截?cái)嚯A數(shù)，其選取需要滿足如下條件
[0028] L=kd+alog(π+kd) (11)
[0029] d是測試天線與目標(biāo)的距離，α=-l〇ge，ε是算法所要達(dá)到的精度。結(jié)合步驟 1，得到轉(zhuǎn)移算子矩陣的大小為ΜΧ&。
[0030] 步驟3 :根據(jù)步驟2計(jì)算所得矩陣大小，將單位圓周上的平面波譜均勻離散化，逐 一填充近場轉(zhuǎn)移算子矩陣元素，完成矩陣方程的建立；所述矩陣方程是式（8)的離散形式
[0031]
:(1?
[0032] 下標(biāo)表示矩陣的大小。轉(zhuǎn)移算子矩陣C的元素為
[0033]
[0034] 是第二類球漢克爾函數(shù)，乃@ 是勒讓德多項(xiàng)式。
[0035] 步驟4 :用最陡下降共輒梯度法求解矩陣方程（12)，當(dāng)?shù)諗繒r(shí)得到包含目標(biāo) 反射率方向圖的Η矩陣；
[0036] 步驟5 :根據(jù)RCS與目標(biāo)反射率方向圖之間的關(guān)系獲得目標(biāo)RCS。
[0037]
[0038] 綜上所述，本發(fā)明中基于一階Born近似和單站設(shè)定建立輻射散射模型，使用加法 定理將近場散射用多層平面波分解，并針對(duì)扁平體目標(biāo)將單位球面上的平面波積分縮減到 了單位圓周上，實(shí)現(xiàn)了任意天線任意位置非余量采樣下一維單站RCS快速近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方 法，解決了在目標(biāo)散射近場進(jìn)行低廉便捷測試并獲取誤差可控的RCS的需要。
[0039] 盡管本發(fā)明的內(nèi)容已經(jīng)通過上述優(yōu)選實(shí)施例作了詳細(xì)介紹，但應(yīng)當(dāng)認(rèn)識(shí)到上述的 描述不應(yīng)被認(rèn)為是對(duì)本發(fā)明的限制。在本領(lǐng)域技術(shù)人員閱讀了上述內(nèi)容后，對(duì)于本發(fā)明的 多種修改和替代都將是顯而易見的。因此，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求來限定。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種基于多層平面波分解的一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 所述轉(zhuǎn)換方法，包含： 步驟1 :確定近場散射數(shù)據(jù)采樣平面，在該平面上W目標(biāo)中屯、為圓屯、，在最近半徑和最 遠(yuǎn)半徑所確定的圓環(huán)內(nèi)，使用任意天線在該圓環(huán)的任意位置進(jìn)行采樣，記錄每個(gè)采樣點(diǎn)的 天線接收電壓及采樣點(diǎn)位置； 步驟2 :基于近場散射的多層平面波分解公式，即根據(jù)近場采樣數(shù)據(jù)的參數(shù)和系統(tǒng)所 要達(dá)到的精度，計(jì)算方程常數(shù)系數(shù)和矩陣大??； 步驟3 :根據(jù)步驟2計(jì)算所得矩陣大小，將單位圓周上的平面波譜均勻離散化，逐一填 充近場轉(zhuǎn)移矩陣元素，完成矩陣方程的建立； 步驟4 :用最睹下降的共輛梯度法求解矩陣方程，當(dāng)?shù)諗繒r(shí)得到目標(biāo)反射率方向 圖； 步驟5 :根據(jù)RCS與目標(biāo)反射率方向圖之間的關(guān)系獲得目標(biāo)RCS。2. 如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟1中的采樣點(diǎn)數(shù)為M; 步驟2中近場散射的多層平面波分解公式為：(1) 其中，I為入射波矢，系=，k和A:分別是波數(shù)和波矢方向，Z是自由空間中的波阻抗，Ui是入射電壓，是采樣點(diǎn)位置，弓=7:記，1；是轉(zhuǎn)移算子，nS是與距離無關(guān)的因子，表達(dá)式 為傑 是天線方向圖，是與目標(biāo)有關(guān)的函數(shù)； 在預(yù)處理階段需要計(jì)算式（1)的系數(shù):巧日一維圓周積分的積分點(diǎn)數(shù)町 Kl= 2 化+1) (3) L是轉(zhuǎn)移算子的截?cái)嚯A數(shù)，其選取需要滿足如下條件L=kd+al〇g(jT+kd) (4) d是測試天線與目標(biāo)的距離，a= -Ioge，e是算法所要達(dá)到的精度； 結(jié)合步驟1，得到轉(zhuǎn)移算子矩陣的大小為MX町。3. 如權(quán)利要求2所述的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟3中建立的矩陣方程是式（1)的離散形式 下標(biāo)表示矩陣的大??；轉(zhuǎn)移算子矩陣C的元素為 (5)片戶(2Ay；i)是第二類球漢克爾函數(shù)，與(每慮勒讓德多項(xiàng)式。4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)換方法，其特征在于， 步驟4中用最睹下降共輛梯度法求解矩陣方程巧），當(dāng)?shù)諗繒r(shí)得到包含目標(biāo)反射 率方向圖的H矩陣； 步驟5 :根據(jù)RCS與目標(biāo)反射率方向圖之間的關(guān)系獲得目標(biāo)RCS:
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種多層平面波分解的一維單站RCS近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換方法，根據(jù)加法定理將目標(biāo)散射近場用多層平面波展開，寫成轉(zhuǎn)移算子與目標(biāo)反射率方向圖函數(shù)在單位角譜球上的積分；根據(jù)目標(biāo)扁平體特征將球面積分簡化為圓周積分，依據(jù)算法所需要達(dá)到的精度截?cái)噢D(zhuǎn)移算子，并使用可快速收斂的共軛梯度法進(jìn)行矩陣求逆。本發(fā)明通過多層平面波分解快速算法，將近場一維單站散射數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為遠(yuǎn)場散射數(shù)據(jù)，達(dá)到非余量采樣，具有快速近遠(yuǎn)場轉(zhuǎn)換、自動(dòng)天線方向圖補(bǔ)償、自動(dòng)采樣位置補(bǔ)償、誤差可控等特點(diǎn)，可指導(dǎo)近場采樣設(shè)置，從而為獲取目標(biāo)RCS提供一種快速便捷的方法。
【IPC分類】G01S7/41
【公開號(hào)】CN105372640
【申請?zhí)枴緾N201510802086
【發(fā)明人】賀新毅, 童廣德, 徐秀麗, 王曉冰
【申請人】上海無線電設(shè)備研究所
【公開日】2016年3月2日
【申請日】2015年11月19日