隐身飞机散射特性现场快速判定方法及装置制造方法
【专利摘要】一种隐身飞机散射特性现场快速评估方法及装置，其中该方法包括：对前后两次的回波数据处理得到两幅雷达二维图像，对图像进行平滑滤波，相干斑抑制，图像变化检测，结果分析。本发明通过对反应隐身飞机散射特性的前后两次雷达二维图像进行比对，来实现对隐身飞机的散射特性现场快速准确评估，检测隐身飞机隐身性能的变化；对发生恶化的散射源区域进行定位；为隐身飞机的维护维修提供参考。
【专利说明】隐身飞机散射特性现场快速判定方法及装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种对快速判定方法和装置，具体的，涉及一种对飞机的散射特性的现场测量，以实现隐身飞机散射特性现场快速判定的方法及装置。
【背景技术】
[0002]隐身飞机的隐身性能一直是人们关注的焦点，而“4S”标准也将隐身性能列为首位，目前对于隐身飞机的散射特性的测量主要有四种方法即，紧缩场测量，室外地面场测量，动态飞行测量和室内近场测量，上述方法适用于飞机的设计，定型，生产交付等各个阶段。
[0003]紧缩场测试系统由于静区尺寸的限制，主要使用在隐身飞机的设计阶段，对缩比模型或飞机真实部件进行精确的测量。这种测量方式的特点是目标尺寸适度，模型加工费用低，对于新型号设计较为有利。但缩比后加工精度要更高，材料(特别是非均匀介质和磁性材料)的相似性难以保证，在更高频率上的测试设备和测试场地也不易解决。
[0004]专门修建的室外测试场，进行整机的散射特性测试，主要用在整机设计完成后的1:1模型测试(使用低反射金属支架)以及生产中样机的测试(放置于地面采用泡沫支架支撑)。为了满足平面波入射和散射的远场条件，测试距离很大。例如，新墨西哥州中南部白沙导弹场上的RATSCAT测试场，占地十余平方公里，测试频率范围30MHz?95GHz，最大测试距离达2286m，可测试25m的大型目标，转台最大承重达22.7t，已用来测试过F-102等战斗机。静态测量的缺点是难以消除地面和目标支架等杂散回波的影响。
[0005]动态飞行测试是隐身目标具备飞行状态后不可缺少的测试环节，动态测量可以完全模拟和测量目标运动时的真实雷达截面特性，但飞行姿态及航迹的重复性较差，制约其很难作为定量的、可重复的、可分析的通用测试手段来判定以及指导改进飞行器的隐身性能，并且动态测试的成本很高。动态飞行测试主要应用在隐身飞机产品的出厂验收阶段。
[0006]室内全尺寸近场测试是RCS测试的新技术，通过近场扫描测量和近远场变换技术实现对全尺寸隐身飞机目标散射特性的快速准确测量。主要用于整机研制和整机出厂验收阶段，能够替代大部分的动态飞行测试，节约大量成本。在F-22和F-35的全尺寸整机模型及真实飞机的隐身检测和认证评价中，室内全尺寸近场测试系统扮演了极为重要的角色，也极大程度降低了测试成本和缩短了产品的研制周期。
[0007]前三种测试手段，经过国内相关科研单位的多年研究，技术上已经成熟，已经在国内建成了多个测试厂。第四种室内近场测量手段，相关理论及方案已经逐渐成熟，但尚未实施，目前正在逐步转入实施建设阶段。
[0008]但是，对于已经交付到部队，正在使用中的隐身飞机，其散射特性或者说隐身性能必然会随着飞机的使用而发生变化。比如飞机上的隐身材料，飞机结构上的台阶、缝隙等，在飞机出厂时能够保持一个较好的状态，在使用一段时间过后，甚至一次起飞/降落过后，都有可能发生变化。如何快速准确的判定、检测隐身飞机隐身性能的这个变化，对隐身飞机隐身性能的维护提供参考数据，目前国内这方面是一个空白，缺乏能够快速部署，现场对隐身飞机进行测量判定的相关设备和技术。
[0009]因此，如何能够提供一种现场对隐身飞机的散射特性进行测量判定的方法及其装置，成为现有技术亟需解决的技术问题。
【发明内容】
[0010]本发明的目在于提出了对反应隐身飞机散射特性的前后两次雷达二维图像进行比对判定的方法，以便能够满足在飞机投入使用后能够对飞机的隐身特性进行检测，从而更好的对飞机进行保养和维护。
[0011]为达此目的，本发明采用以下技术方案:
[0012]一种隐身飞机散射特性现场快速判定方法，包括如下步骤:
[0013]步骤1，图像形成步骤:利用成像算法对回波数据进行处理得到飞机使用前后的雷达二维图像；
[0014]步骤2，预处理步骤:对步骤I得到的两幅雷达二维图像进行平滑预处理；
[0015]步骤3，相干斑抑制步骤:对平滑处理后的雷达二维图像利用kuan滤波法对相干斑进行滤除；
[0016]步骤4，图像变化检测步骤:对步骤3得到的雷达二维图像检测图像的变化；
[0017]步骤5，结果分析步骤:寻找发生变化的点作为需要进行维护的点。
[0018]优选地，在步骤I中，利用波谱传播和stolt插值算法对雷达回波数据进行处理得到雷达二维图像。
[0019]优选地，在步骤2中，通过高斯低通滤波器进行平滑滤波处理。
[0020]优选地，在步骤4中，利用两幅二维图像直接相减进行变化检测。
[0021]优选地，在步骤5中，当得到两幅二维图像的差分图像后，对差值图像在分辨单元面积上积分，得到在分辨率范围内的散射点发生的变化之和，然后进行阈值判断，对于大于阈值的，再求分辨单元的中心，并将该中心定义为需要进行维护的点。
[0022]本发明还公开了一种隐身飞机散射特性现场快速判定装置，包括如下单元:
[0023]图像形成单元:利用成像算法对回波数据进行处理得到飞机使用前后的雷达二维图像；
[0024]预处理单元:对图像形成单元得到的两幅雷达二维图像进行平滑预处理；
[0025]相干斑抑制单元:对平滑处理后的雷达二维图像利用kuan滤波法对相干斑进行滤除；
[0026]图像变化检测单元:对相干斑抑制单元得到的雷达二维图像检测图像的变化；
[0027]结果分析单元:寻找发生变化的点作为需要进行维护的点。
[0028]优选地，在图像形成单元中，利用波谱传播和stolt插值算法对雷达回波数据进行处理得到雷达二维图像。
[0029]优选地，在预处理单元中，通过高斯低通滤波器进行平滑滤波处理。
[0030]优选地，在图像变化检测单元中，利用两幅二维图像直接相减进行变化检测。
[0031]优选地，在结果分析单元中，当得到两幅二维图像的差分图像后，对差值图像在分辨单元面积上积分，得到在分辨率范围内的散射点发生的变化之和，然后进行阈值判断，对于大于阈值的，再求分辨单元的中心，并将该中心定义为需要进行维护的点。[0032]本发明能够通过图像的对比，实现对隐身飞机散射特性的快速准确的判定，检测隐身飞机隐身性能的变化，对发生恶化的散射源区域进行定位，为隐身飞机的维护维修提
供参考。
【专利附图】
【附图说明】
[0033]图1是根据本发明的隐身飞机散射特性现场快速判定方法的流程图；
[0034]图2是根据本发明的隐身飞机散射特性现场快速判定装置的框图；
【具体实施方式】
[0035]下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。
[0036]本发明通过对反应隐身飞机散射特性的前后两次雷达二维图像进行比对的思想方法来实现隐身飞机散射特性现场快速判定。
[0037]电磁散射理论表明，在光学区目标在垂直于波阵面方向的尺寸远大于入射波长，此时散射体各部分之间的相互影响已变得很小，散射成为局部现象而不再是累积的过程，表面电流积分的主要贡献来自于驻相点和积分端点，散射也就可以认为是主要来自于这些离散点，称为目标的散射中心。
[0038]散射中心是雷达目标在高频区等效的散射源。那么对于飞机目标而言，飞机的散射就是各个离散的散射点响应的矢量之和。如果要快速的对飞机的散射特性的变化进行评估和定位，也就是对这些孤立的散射点的变化进行评估和定位。关键是系统能够对这些散射点进行分辨和识别，对变化进行检测。当系统具有了对这些孤立的散射点进行分辨和定位的能力的时候，只用对前后两次的图像进行比对，即可看到其变化，通过量的变化以及对这些变化的定位就能够判断并定位飞机的散射特性的变化。所以本发明所提出方法和装置基于图像处理等相关理论方法，具有很好的可行性。
[0039]通过对雷达二维图像的分析可以发现雷达二维图像具有以下特点:
[0040]1.雷达散射源的二维成像图已经体现为离散的散射点的集合，散射强度的大小由点的颜色或灰度值体现出来。
[0041]2.雷达二维图像的散射点的个数前后并不一致。
[0042]3.相干斑使得具有均匀散射系数的区域SAR图像中并不具有均匀的强度，仍然呈现出很强的噪声。
[0043]因此，根据上述的分析，提出了根据本发明的隐身飞机散射特性现场快速判定方法，包括如下步骤:
[0044]步骤1，图像形成步骤:利用成像算法对回波数据进行处理得到飞机使用前后的
雷达二维图像。
[0045]步骤2，预处理步骤:对步骤I得到的两幅雷达二维图像进行平滑预处理。由于每个散射中心只是目标局部散射强度合成的代表，为了对目标有更全面的描述，有必要对图像中各个孤立的散射中心进行平滑处理。
[0046]步骤3，相干斑抑制步骤:对平滑处理后的雷达二维图像利用kuan滤波法对相干斑进行滤除。
[0047]步骤4，图像变化检测步骤:对步骤3得到的雷达二维图像检测图像的变化；
[0048]步骤5，结果分析步骤:寻找发生变化的点作为需要进行维护的点。
[0049]其中，在步骤I中，利用波谱传播和stolt插值算法对雷达回波数据进行处理得到雷达二维图像。
[0050]在步骤2中，通过高斯低通滤波器进行平滑滤波处理。
[0051]在步骤4中，图像变化检测采用比较简单的数学代数运算即两幅二维图像直接相减的方法进行变化检测。
[0052]在步骤5中，当得到两幅图像的差分图像后，得到的数据相当于得到了一个矩阵，而两个距离在分辨率之内的点是不能被分辨出来的，因此，在步骤5中，可以对差值图像在分辨单元面积上积分，得到在分辨率范围内的散射点发生的变化之和，然后进行阈值判断，大于阈值的，一个是一个面积，再求分辨单元的中心，并将该中心定义为需要进行维护的点。
[0053]参见图2，本发明还公开了一种隐身飞机散射特性现场快速判定装置，包括如下单元:
[0054]图像形成单元11:利用成像算法对回波数据进行处理得到飞机使用前后的雷达二维图像；
[0055]预处理单元12:对图像形成单元得到的两幅雷达二维图像进行平滑预处理；
[0056]相干斑抑制单元13:对平滑处理后的雷达二维图像利用kuan滤波法对相干斑进行滤除；
[0057]图像变化检测单元14:对相干斑抑制单元得到的雷达二维图像检测图像的变化；
[0058]结果分析单元15:寻找发生变化的点作为需要进行维护的点。
[0059]优选地，在图像形成单元中，利用波谱传播和stolt插值算法对雷达回波数据进行处理得到雷达二维图像。
[0060]优选地，在预处理单元中，通过高斯低通滤波器进行平滑滤波处理。
[0061]优选地，在图像变化检测单元中，利用两幅二维图像直接相减进行变化检测。
[0062]优选地，在结果分析单元中，当得到两幅二维图像的差分图像后，对差值图像在分辨单元面积上积分，得到在分辨率范围内的散射点发生的变化之和，然后进行阈值判断，对于大于阈值的，再求分辨单元的中心，并将该中心定义为需要进行维护的点。
[0063]本发明能够通过图像的对比，实现对隐身飞机散射特性的快速准确的判定，检测隐身飞机隐身性能的变化，对发生恶化的散射源区域进行定位，为隐身飞机的维护维修提供参考。
[0064]显然，本领域技术人员应该明白，上述的本发明的各单元或各步骤可以用通用的计算装置来实现，它们可以集中在单个计算装置上，可选地，他们可以用计算机装置可执行的程序代码来实现，从而可以将它们存储在存储装置中由计算装置来执行，或者将它们分别制作成各个集成电路模块，或者将它们中的多个模块或步骤制作成单个集成电路模块来实现。这样，本发明不限制于任何特定的硬件和软件的结合。
[0065]以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的【具体实施方式】仅限于此，对于本发明所属【技术领域】的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单的推演或替换，都应当视为属于本发明由所提交的权利要求书确定保护范围。
【权利要求】
1.一种隐身飞机散射特性现场快速判定方法，包括如下步骤: 步骤1，图像形成步骤:利用成像算法对回波数据进行处理得到飞机使用前后的雷达二维图像； 步骤2，预处理步骤:对步骤I得到的两幅雷达二维图像进行平滑预处理； 步骤3，相干斑抑制步骤:对平滑处理后的雷达二维图像利用kuan滤波法对相干斑进行滤除； 步骤4，图像变化检测步骤:对步骤3得到的雷达二维图像检测图像的变化； 步骤5，结果分析步骤:寻找发生变化的点作为需要进行维护的点。
2.根据权利要求1所述的隐身飞机散射特性现场快速判定方法，其特征在于: 在步骤I中，利用波谱传播和stolt插值算法对雷达回波数据进行处理得到雷达二维图像。
3.根据权利要求1所述的隐身飞机散射特性现场快速判定方法，其特征在于: 在步骤2中，通过高斯低通滤波器进行平滑滤波处理。
4.根据权利要求1所述的隐身飞机散射特性现场快速判定方法，其特征在于: 在步骤4中，利用两幅二维图像直接相减进行变化检测。
5.根据权利要求4所述的隐身飞机散射特性现场快速判定方法，其特征在于: 在步骤5中，当得到两幅二维图像的差分图像后，对差值图像在分辨单元面积上积分，得到在分辨率范围内的散射点发生的变化之和，然后进行阈值判断，对于大于阈值的，再求分辨单元的中心，并将该中心定义为需要进行维护的点。
6.一种隐身飞机散射特性现场快速判定装置，包括如下单元: 图像形成单元:利用成像算法对回波数据进行处理得到飞机使用前后的雷达二维图像； 预处理单元:对图像形成单元得到的两幅雷达二维图像进行平滑预处理； 相干斑抑制单元:对平滑处理后的雷达二维图像利用kuan滤波法对相干斑进行滤除； 图像变化检测单元:对相干斑抑制单元得到的雷达二维图像检测图像的变化； 结果分析单元:寻找发生变化的点作为需要进行维护的点。
7.根据权利要求6所述的隐身飞机散射特性现场快速判定装置，其特征在于: 在图像形成单元中，利用波谱传播和stolt插值算法对雷达回波数据进行处理得到雷达二维图像。
8.根据权利要求6所述的隐身飞机散射特性现场快速判定装置，其特征在于: 在预处理单元中，通过高斯低通滤波器进行平滑滤波处理。
9.根据权利要求6所述的隐身飞机散射特性现场快速判定装置，其特征在于: 在图像变化检测单元中，利用两幅二维图像直接相减进行变化检测。
10.根据权利要求9所述的隐身飞机散射特性现场快速判定装置，其特征在于: 在结果分析单元中，当得到两幅二维图像的差分图像后，对差值图像在分辨单元面积上积分，得到在分辨率范围内的散射点发生的变化之和，然后进行阈值判断，对于大于阈值的，再求分辨单元的中心，并将该中心定义为需要进行维护的点。
【文档编号】G01S13/89GK103852758SQ201410066618
【公开日】2014年6月11日 申请日期:2014年2月26日 优先权日:2014年2月26日
【发明者】洪韬, 赵京城, 宋丹, 张嘉 申请人:北京航空航天大学