一种双站rcs测量定标方法
【专利摘要】公开了一种双站RCS测量定标方法，包括：在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号S1(f)，从S1(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值S1_m(f)；计算定标球的双站RCS理论值S3(f)，从S3(f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S3_m(f)；根据S1_m(f)、S3_m(f)计算复修正系数C；根据C对待测目标的实测散射回波信号S2(f)进行定标。本发明通过从定标球的散射回波信号实测值，以及定标球的RCS理论值中提取镜面散射分量用于定标计算，极大提高了定标结果对定标球位置、双站角等因素的容错性，不仅提高了测量精度，而且提高了测试效率。
【专利说明】
一种双站RCS测量定标方法
技术领域
[0001] 本发明涉及电磁散射测量领域，尤其涉及一种双站RCS测量定标方法。
【背景技术】
[0002] 在测量目标的RCS(雷达散射截面)时，需要对测试系统进行定标，以将测试系统采 集的目标回波信号（功率或电压）与目标的RCS测量值关联起来。目前，在微波暗室内进行 RCS测量时，一般使用相对定标法对测量数据进行定标。
[0003]在RCS测量定标过程中，定标体的选取对定标精度至关重要。在单站RCS测量定标 中，由于金属球具有三维旋转对称性、对摆放姿态精度要求低等优点，使得金属球成为最重 要的定标体之一。然而，在双站RCS测量定标中，尤其是在入射波水平极化(HH)入射、大双站 角情况下，金属球的爬行波效应显著。进一步的，由于爬行波与镜面散射回波的干涉，导致 金属球的RCS值在频域、双站角域均呈现明显的振荡特性。因此，如果采用传统的相对定标 法，即在双站RCS测量中直接利用金属球的实测回波信号、以及金属球的RCS理论值进行定 标，即便定标体位置或双站角存在很小偏差，也会在最终的结果中引入很大的定标误差。
[0004] 因此，针对金属球在双站R C S测量中定标效果不理想的情况，亟需一种新的双站 RCS测量定标方法，以提高定标效果对定标球位置、双站角等因素的容错性。
【发明内容】
[0005] 本发明的目的在于提出一种双站RCS测量定标方法，以提高定标结果对定标球位 置、双站角等因素的容错性，进而提高测量精度与测试效率。
[0006] 本发明提供的双站RCS测量定标方法，包括：
[0007] S1、在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号Si(f)，US:(f)中提取镜面 散射回波分量对应的实测值S^Jf);
[0008] S2、计算所述定标球的双站RCS理论值S3(f)，从S3(f)中提取镜面散射回波分量对 应的RCS理论值S 3_m(f);
[0009] S3、计算复修正系数C;
公式1
[0011] S4、在所述测量系统中测量待测目标的散射回波信号&⑴，并对S2(f)进行定标；
[0012] S4(f)=C*S2(f)公式 2
[0013]其中，S4(f)为定标后待测目标的RCS值。
[0014]优选的，在步骤S1中，从Si(f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值Si_m(f)具体 包括：
[0015] SllWSKf)进行快速傅里叶逆变换，以将Si(f)变换为时域信号51(〇;
[0016] S12、对51 (t)进行时域滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号Si_m(t);
[0017] S13、对Si_m⑴进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的实测值Si_ m ⑴。
[0018] 优选的，步骤S12具体为:在51(〇中确定镜面散射回波波峰位置1^、爬行波波峰位 置L2;构造以U为中心、宽度为4 ￥1的窗函数F1;将所述窗函数&与51(〇相乘，以提取镜面散 射分量Sl_m(t)。
[0019] 优选的，所述窗函数Fi的宽度A W1满足：
[0020] 〇.3|Li-L2| ^ Awi^0.8|Li-L2| ；
[0021] 式中，|U-L2|为1^与1^的间距。
[0022] 优选的，步骤S2包括：
[0023] S21、基于MIE级数计算定标球的双站RCS理论值S3(f);
[0024] S22、对S3(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S3(f)变换为时域信号S 3(t);
[0025] S23、对S3(t)进行滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S3_ m(t);
[0026] S24、对S3_m(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的RCS理论值 S3_m(f)〇
[0027]优选的，步骤S23具体为:在S3(t)中确定镜面散射回波波峰位置L3、爬行波波峰位 置L4;构造以L3为中心、宽度为△抑的窗函数F2;将所述窗函数^与&⑴相乘，以提取镜面散 射回波分量对应的时域信号S3_m(t)。
[0028]优选的，所述窗函数F2的宽度A W2满足：
[0029] 〇.3|L3-L4| ^ Aw2^0.8|L3-L4| ；
[0030] 式中，|L3-L4|为L3与L4的间距。
[0031] 优选的，在步骤S4之前，所述方法还包括:对待测目标的实测散射回波信号S2(f) 进行背景对消、杂波抑制处理。
[0032]优选的，所述测量系统满足：
公式3
[0034] 式中，B为测量系统的最小测试带宽，Co为真空中的光速，R为定标球的半径，0为以 弧度单位表示的双站角。
[0035] 优选的，51(〇、52(〇、53(〇均为功率信号，或者，51(〇、5 2(〇、53(〇均为电压信 号。
[0036] 在本发明的技术方案中，通过测量获取定标球的散射回波信号SKf)，通过计算获 取定标球的双站RCS理论值S3 (f);并且，从Si (f)中提取镜面散射回波分量对应的实测值 (f)、从S3 (f)中提取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S3_m( f);根据Sij f)、S3_m( f)计算 复修正系数C;根据C对待测目标的实测散射回波信号S2(f)进行定标。本发明通过从定标球 的散射回波信号实测值，以及定标球的RCS理论值中提取镜面散射分量用于定标计算，从而 降低了双站RCS定标效果对定标体位置、双站角等因素的敏感度，大幅提高了测量精度与测 试效率。
【附图说明】
[0037] 通过以下参照附图而提供的【具体实施方式】部分，本发明的特征和优点将变得更加 容易理解，在附图中：
[0038]图1是定标球的RCS与镜面散射分量RCS对比示意图；
[0039]图2是实施例中的双站RCS测量定标方法流程示意图；
[0040]图3是定标球的实测回波信号与滤波后的回波信号对比图；
[0041 ]图4a是目标的RCS理论值与采用相对定标法获取的目标RCS测量值曲线；
[0042]图4b是目标的RCS理论值与采用本实施例的定标方法获取的目标RCS测量值曲线。
【具体实施方式】
[0043] 下面参照附图对本发明的示例性实施方式进行详细描述。对示例性实施方式的描 述仅仅是出于示范目的，而绝不是对本发明及其应用或用法的限制。
[0044] 在双站RCS测量中，若选用金属球作为标准定标体、并采用传统的相对定标法进行 定标，则定标结果对定标体位置、双站角等因素的变化的敏感度高，进而导致测量精度与测 试效率较低。
[0045] 针对上述技术问题，本申请的发明人对金属球的RCS、以及与镜面散射分量对应的 RCS进行了研究。图1为定标球的RCS与镜面散射分量RCS对比示意图。其中，图1所用定标球 的半径为250mm，双站角为150°。从图1可见，尽管金属球的双站RCS理论值振荡特性显著，但 是其镜面散射分量对应的RCS的变化较平缓。鉴于此发现，本申请的发明人创造性地提出了 一种新的RCS测量定标方法。本发明的主要思路是，从定标球的实测回波信号与RCS理论计 算值中分别提取镜面散射分量，并基于镜面散射分量进行定标。本发明的方法提高了定标 结果对定标球位置、双站角等因素的容错性，进而大幅提高了测量精度与测试效率。
[0046] 下面结合附图对本发明实施例中的技术方案进行详细说明。
[0047]图2给出了本发明实施例中的双站RCS测量定标方法流程示意图。从图2可见，该方 法具体包括：
[0048]步骤S1、在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号Si (f)，WSi (f)中提取 镜面散射回波分量对应的实测值Si_m(f)。
[0049] 具体地，在双站RCS测量系统中，我们可以通过宽带扫频获取定标球的实测回波信 号31(〇。其中，5 1(〇通常为雷达测得的回波功率值或电压值。在获取5办)之后，我们需要 对31(〇进行处理，以提取镜面散射分量对&(f)的贡献部分，即S^Jf)。
[0050] 其中，从Si(f)中提取SLm(f)具体包括步骤S11、S12、S13。
[00511 SllJ^SKf)进行IFFT(快速傅里叶逆变换），以将信号从频域变换为时域，进而获 取时域信号Si(t)。
[0052] S12、对51 (t)进行时域滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号Sb( t)。
[0053]在步骤S12中，我们可以通过软件距离门技术进行时域滤波。软件距离门技术实质 上就是在时域信号上乘上一个窗函数，以保留软件门内部的信号，而将门外的其他信号截 断。在本发明实施例中，通过软件距离门技术进行时域滤波具体为:首先，在时域信号Si(t) 中确定镜面散射回波的波峰位置Li、爬行波的波峰位置L 2。然后，构造以1^为中心、宽度为A wi的窗函数Fi。最后，将所述窗函数Fi与Si(t)相乘，以提取镜面散射分量对应的时域信号 S l m(t)。在具体实施时，宽度A ￥1的一个优选取值范围为:〇 ? 3 | Li-L21彡A ￥1彡〇 ? 8 | Li-L21。 其中，I U-L21为镜面散射回波波峰位置U与爬行波波峰位置L2之间的距离。当宽度A W1位于 上述取值区间时，窗函数^的滤波效果更好。
[0054] 图3给出了定标球的回波信号与滤波后的回波信号对比图。其中，图3所用定标球 的半径为250mm。从图3可见，在滤波之前，定标球的回波信号中包括:镜面散射波、爬行波、 收发天线泄露波、以及其他背景杂波。经过滤波，我们从回波信号中有效滤除了爬行波、收 发天线泄露波、以及其他背景杂波，从而提取出镜面散射回波分量对应的时域信号S^U)。
[0055] S13、对S^U)进行FFT(快速傅里叶变换），以将信号从时域变换为频域，进而获取 镜面散射回波分量对应的实测值Si_ m(f)。
[0056] 在本发明实施例中，为了在时域上较好的区分出镜面散射回波与爬行波，测试系 统具备的最小测试带宽需满足：
[0058]其中，B为测量系统的最小测试带宽，Co为真空中的光速，R为定标球的半径，0为双 站角。
[0059]步骤S2、计算所述定标球的双站RCS理论值S3(f)，从S3(f)中提取镜面散射回波分 量对应的RCS理论值S3_m(f)。
[0060] 具体地，在步骤S2中，我们可基于Mie级数计算定标球的双站RCS理论值S3(f)。在 获取S 3(f)之后，我们需要对S3(f)进行处理，以提取镜面散射分量对S3(f)的贡献部分，即 S 3_m(f)。其中，从S3(f)中提取S3_m(f)具体包括:对S 3(f)进行快速傅里叶逆变换，以将S3(f) 变换为时域信号s3(t);接下来，对S 3(t)进行滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号 S3_m( t);最后，对S3_m(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的RCS理论值 S 3_m(f)〇
[0061] 其中，在步骤S2中，我们也可通过软件距离门技术进行时域滤波。在本发明实施例 中，通过软件距离门技术对S3 (t)进行滤波具体为:首先，在S3 (t)中确定镜面散射波回波峰 位置L3、爬行波波峰位置L4;然后，构造以L 3为中心、宽度为A W2的窗函数F2;最后，将窗函数 内与&(〇相乘，以提取镜面散射回波分量对应的时域信号S 3_m(t)。为了获得较好的滤波效 果，宽度A W2的一个优选取值范围为:0 ? 3 | L3-L41彡A W2彡〇 ? 8 | L3-L41。其中，| L3-L4 |为L3与 L4的间距。
[0062] 通过步骤S1、S2,我们获取了定标球的实测回波信号SKf)以及定标球的RCS理论 值s 3(f)。并且，我们通过软件距离门技术分别从sKfh&a)中提取了镜面散射回波分量。 需要指出的是，在具体实施时，步骤S1、S2的顺序可进行调整。比如，可先进行步骤S2、后进 行步骤S1，或者，步骤S1、S2同时进行。
[0063] 步骤S3、根据计算复修正系数C。具体地，计算复修正系数C的公式 为：
[0065]步骤S4、在所述测量系统中测量待测目标的散射回波信号S2(f)，并根据复修正系 数C对待测目标的散射回波信号S2(f)进行定标。其中，定标公式具体为:S4(f)=C*S 2(f)。式 中，s4(f)为定标后待测目标的RCS值。需要指出的是，在具体实施时，定标体与待测目标需 在相同的测试条件下进行测试。较佳的，在对目标的散射回波信号s2(f)进行定标前，需要 对s2(f)进行预处理。所述预处理包括:对待测目标的散射回波信号S2(f)进行背景对消、杂 波抑制处理。
[0066]在本发明实施例中，通过步骤S1测取了定标球的散射回波信号&⑴、并从&(f)中 提取了镜面散射分量Si+Jf);通过步骤S2计算得到定标球的RCS理论值S3(f);然后，根据 SLJf)、确定了复修正系数C，并通过复修正系数C进行测量定标。需要指出的是，在具体实 施时，5 1(〇、52(〇、53(〇可以为功率信号，或者，51(〇、5 2(〇、53(〇可以为电压信号。本发 明实施例通过提取镜面散射回波分量用于定标计算，降低了双站RCS定标效果对定标体位 置、双站角等因素的敏感度，大幅提高了测量精度与测试效率。
[0067]下面结合图4a、图4b对本发明实施例的定标方法的技术效果进行详细说明。图4a 为目标的RCS理论值与采用相对定标法获取的目标RCS测量值。图4b为目标的RCS理论值与 采用本实施例的定标法获取的目标RCS测量值。其中，图4a、图4b中选用的测试目标为半径 为150mm的金属球，图4a、图4b选用的定标球为半径为250mm的金属球。从图4a、图4b可见，在 双站RCS测量中，本实施例提供的定标方法的定标效果远远优于传统的相对定标法。
[0068]虽然参照示例性实施方式对本发明进行了描述，但是应当理解，本发明并不局限 于文中详细描述和示出的【具体实施方式】，在不偏离权利要求书所限定的范围的情况下，本 领域技术人员可以对所述示例性实施方式做出各种改变。
【主权项】
1. 一种双站RCS测量定标方法，其特征在于，所述方法包括： 51、 在双站RCS测量系统中测量定标球的散射回波信号S1 (f )，WS1 (f)中提取镜面散射 回波分量对应的实测值S1^a); 52、 计算所述定标球的双站RCS理论值S3 (f )，从S3 (f)中提取镜面散射回波分量对应的 RCS理论值S3_m(f); 53、 计算复修正系教C，公式1 54、 在所述测量系统中测量待测目标的散射回波信号S2(f)，并对S2(f)进行定标； S4(f)=C*S2(f) 公式 2 其中，S4(f)为定标后待测目标的RCS值。2. 如权利要求1所述的方法，其中，在步骤Sl中，从SKf)中提取镜面散射回波分量对应 的实测值S1^a)具体包括： Sll^SKf)进行快速傅里叶逆变换，以将SKf)变换为时域信号51(〇; 512、 对51 (t)进行时域滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号t); 513、 对SbU)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的实测值S^Jf)。3. 如权利要求2所述的方法，其中，步骤S12具体为： 在31(〇中确定镜面散射回波波峰位置1^、爬行波波峰位置L2;构造以L1为中心、宽度为 △奶的窗函数F1;将所述窗函数FgS1⑴相乘，以提取镜面散射分量S^t)。4. 如权利要求3所述的方法，其中，所述窗函数F1的宽度Δ W1满足： 0.3 I Li-L2AwiSO .8 I Li-L21 ; 式中，I L1-L21为Li与L2的间距。5. 如权利要求1所述的方法，其中，步骤S2包括： 521、 基于MIE级数计算定标球的双站RCS理论值S3(f); 522、 对S3⑴进行快速傅里叶逆变换，以将S3⑴变换为时域信号S3(t); 523、 对S3(t)进行滤波，提取镜面散射回波分量对应的时域信号S3_m(t); 524、 对S3_m(t)进行快速傅里叶变换，以获取镜面散射回波分量对应的RCS理论值S3_ m ⑴。6. 如权利要求5所述的方法，其中，步骤S23具体为： 在S3(t)中确定镜面散射回波波峰位置L3、爬行波波峰位置L4;构造以L 3为中心、宽度为 A W2的窗函数F2;将所述窗函数F2与S3 ( t )相乘，以提取镜面散射回波分量对应的时域信号 S3_m( ? ) 〇7. 如权利要求6所述的方法，其中，所述窗函数F2的宽度Δ W2满足： 0 · 3 I L3-L4Δ W2<〇 · 8 I L3-L41 ; 式中，IL3-L41为L3与L4的间距。8. 如权利要求1-7任一所述的方法，其中，在步骤S4之前，所述方法还包括： 对待测目标的实测散射回波信号S2(f)进行背景对消、杂波抑制处理。9. 如权利要求8所述的方法，其中，所述测量系统满足： Gilz 公式3 式中，B为测量系统的最小测试带宽，Co为真空中的光速，R为定标球的半径，Θ为以弧度 单位表示的双站角。10.如权利要求9所述的方法，其中，51(〇52(〇、53(〇均为功率信号，或者，5 1(〇、52 (f)、S3(f)均为电压信号。
【文档编号】G01S7/40GK105891795SQ201610345898
【公开日】2016年8月24日
【申请日】2016年5月23日
【发明人】吕鸣, 高超, 李光天, 李宁
【申请人】北京环境特性研究所