一种基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法与流程

本发明涉及目标电磁散射特性分析和特征提取方法，具体涉及一种基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法。

背景技术：

一般情况，目标的散射特性随观测角度的快速变化，目前，不同观测角下的目标的散射特性一般采用逐点采样方法，采样的目标电磁特性数据量较大，导致计算或测量工作量巨大，对目标特性数据的存储压力也较大。

如何降低角度域电磁散射特性采样量是人们急需解决的一个重要问题，国内外学者做了大量的工作，提出了基于积分方程的模型估计(简称mbpe)、渐近波形估计(简称awe)、和梅利等方法。

代表性参考文献如下：

张晓燕等2015年发表在《北京理工大学学报》上的非专利文献“目标后向散射rcs基于mbpe均匀采样的快速计算”公开了目标雷达散射截面(radarcross-section，简称rcs)的空、频两域的mbpe均匀采样方案，在空间域，提出基于球面波角谱空间展开的宽角度采样方案，提出先在低频段上训练不同入射角下的采样经验，然后再在高频段上进行mbpe插值计算。数值结果表明，在空间域，mbpe的采样点数一般仅为快速多极子采样点数的1/2，并随插值角度范围的缩小而减少。该方法基于球面波角谱，未涉及到非均匀波的应用。

陈文锋等2014年发表在《微波学报》上的非专利文献“一种雷达目标宽角域散射的快速分析方法”公开了一种新型自适应积分方法结合梅利逼近技术快速分析目标空域散射特性的方法，该方法利用高斯插值算子求解投影系数，更容易编程实现，对于宽角域散射问题，利用梅利逼近计算目标在其他角度下上的rcs，在保证低误差的情况下，该方法在内存需求和计算时间上有明显改善，该方法基于梅利逼近，也未涉及到非均匀波的应用。

韩国栋等2009年发表在《微波学报》上的非专利文献“amcbfm-mbpe快速分析三维目标的宽带宽角散射特性”公开了一种自适应修正特征基函数法(am-cbfm)与基于模型参数估(mbpe)的技术结合来构造一种快速分析三维目标体宽带宽角电磁特性的混合算法，比逐点计算目标体电磁特性的传统方法明显减少了采样点的数目，但未涉及到非均匀波的应用。

由于本发明专利基于非均匀波，以下给出了非均匀波及其散射函数的概念。

非均匀波是指波前阵面上场强分布不均匀的电磁波。为便于分析，人们可对其进行一维方向的幂级数展开，不同幂级数表示不同阶的非均匀波。不失一般性，假定非均匀波传播方向为坐标系-x轴方向，电场极化方向设为坐标系+z轴方向，y轴方向按右手法则确定，且假定场强变化沿y轴方向，则m阶非均匀波在波前阵面上的场强分布可写为

e(y)＝emy^m(1)

式中，em为m阶非均匀波场强变化的系数。

对一维非均匀波的散射，可定义对应的非均匀波散射函数

式中，rr为观测点与坐标原点间距离，es为观测点处散射场分布；er为单位接收极化矢量；为沿y轴方向的n阶求导，其中0阶求导即为原函数，即表示散射场n阶的变化系数；em为目标区域内非均匀波入射场强度变化，m为入射的非均匀波阶数。主要参考文献如下：

梁子长等2013年发表在《制导与引信》上的非专利文献“角反射器的线性非均匀电磁波散射特性”公开了典型目标非均匀波散射特性的计算过程，未涉及角度域电磁散射特性的合成。

万国宾等2008年发表在《电波科学学报》上的非专利文献“带罩天线散射计算的子平面波技术”公开了基于非均匀电磁波的子平面波等效和gordon公式的电磁流辐射积分计算天线罩散射的方法，未涉及角度域电磁散射特性的合成。

刘福平等2006年发表在《地球物理学报》上的非专利文献“非均匀电磁波在导电媒质界面反射的横向偏移”公开了非均匀电磁波在导电介质界面的横向偏移计算方法，未涉及角度域电磁散射特性的合成。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法，解决目标电磁散射特性角度域变换问题，实现对目标不同观测角度下的散射特性进行压缩，大幅降低目标特性数据的存储要求的目的。

为了达到上述的目的，本发明提供一种基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法，包含以下步骤：

步骤s1，根据目标几何外形参数确定目标沿非均匀波观测方向的最大长度l；同时，根据均匀平面波观测角的角度变化方向确定目标的最大横向尺寸d；

步骤s2，根据目标最大长度l确定相应的最大观测角并通过所述最大观测角来确定可合成的均匀平面波散射特性观测角度范围；

步骤s3，根据目标最大横向尺寸d以及观测角度范围确定非均匀波最小合成阶数n；

步骤s4，通过对接收散射场求导计算观测角度范围内任意一个中心观测角下，目标的0～n阶的非均匀波散射函数；

步骤s5，根据所述0～n阶非均匀波散射函数合成中心观测角附近设定范围内其他角度下均匀平面波rcs。

优选地，在所述步骤s2中，所述可合成的均匀平面波散射特性观测角度范围为

所述最大观测角为

式中，k＝2πf/c为电磁波波数，f为电磁波频率，c为电磁波传播速度。

优选地，在所述步骤s2中，所述合成均匀平面波散射特性的最大有效角满足的条件，其中k为电磁波波数。

优选地，在所述步骤s3中，所述非均匀波最小合成阶数n取目标横向电尺寸kd与最大观测角正弦乘积的一倍以上，即其中k为电磁波波数，d为目标最大横向尺寸。

优选地，在所述步骤s4中，所述接收散射场通过不同电磁算法仿真计算获得或利用电磁散射测量系统测量获得。

优选地，在所述步骤s5中，利用任意中心观测角下的目标的0～n阶非均匀波散射函数，通过加权合成计算得到所述中心观测角附近一定角度范围内均匀平面波rcs。

优选地，在所述步骤s5中，所述均匀平面波rcs的合成计算公式如下：

a0＝1

式中，为均匀平面波的入射角；

与现有技术相比，本发明的有益效果是：

本发明利用一个观测角度的高阶非均匀平面波散射特性实现了其它观测角度下均匀平面波散射特性的合成。一方面，利用本发明，利用一个观测角下的目标散射特性外推其它观测角度下的目标散射特性，从而满足目标不同角度下的散射特性计算或测试量的需求；另一方面，利用本发明可对目标在不同观测角度下的散射特性进行压缩，大幅降低了对目标散射特性数据的存储要求。

附图说明

图1是本发明基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法的流程图；

图2是本发明基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法的实施例的计算目标非均匀波散射函数的示意图；

图3是本发明基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法的实施例的不同阶非均匀波散射函数变化曲线图；

图4是本发明基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法的实施例的非均匀波展开方法获取的角度域散射特性曲线对比图。

具体实施方式

以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。

结合图1～图4所示，在本实施例中，基于非均匀波的角度域电磁散射特性合成方法包括以下步骤：

步骤s1，根据目标几何外形参数确定目标沿非均匀波观测方向的最大长度l；同时，根据均匀平面波观测角度变化方向确定目标的最大横向尺寸d。

如图2所示，目标为金属球与金属平板的组合体，其中金属球直径0.2m，球心坐标为(0，-0.2m，0)；平板边长为0.1m，中心坐标为(0，0.2m，0)；非均匀电磁波观测方向为x轴方向，该方向上目标最大长度l＝0.2m，均匀平面波观测角度沿水平方向变化，这里观测角是指均匀平面波观测方向与x轴夹角记为观测角变化方向为y轴方向，对应的目标最大横向尺寸d＝0.55m。

步骤s2，根据目标最大长度l确定可合成的均匀平面波散射特性观测角度范围，即

式中，k＝2πf/c为电磁波波数，f为电磁波频率，在本实施例中取为8ghz，c为电磁波传播速度，在本实施例中取为3×10⁸m/s。代入计算后可得到

步骤s3，根据目标最大横向尺寸d以及观测角度范围确定要求的非均匀波最小合成阶数n；估算公式如下：

本实施例中n取为18。

步骤s4，计算中心观测角下0～n阶的非均匀波散射函数；

本实施例中，观测点与坐标系原点间距离设为rr＝2km，采用物理光学法计算了金属球与金属平板组合体目标在观测点附近的散射场；再根据非均匀波散射函数定义，通过求导计算获取0～18阶的非均匀波散射场变化系数，进而计算非均匀波散射函数，其结果如图3所示。

步骤s5，利用计算的0～n阶非均匀波散射函数合成其它角度下均匀平面波rcs，其中加权系数与观测角相关；本实施例中，均匀平面波rcs的合成计算公式如下：

a0＝1(8)

式中，为均匀平面波的入射角；

如图4所示，本实施例中，根据公式(6)～(10)，利用非均匀波散射函数合成计算的均匀平面波rcs结果与直接计算的均匀平面波rcs结果吻合较好，验证了本方法的有效性。

综上所述，本发明利用一个观测角度的高阶非均匀平面波散射特性实现了其它观测角度下均匀平面波散射特性的合成。一方面，利用本发明，利用一个观测角下的目标散射特性外推其它观测角度下的目标散射特性，从而满足目标不同角度下的散射特性计算或测试量的需求；另一方面，利用本发明可对目标在不同观测角度下的散射特性进行压缩，大幅降低了对目标散射特性数据的存储要求。

尽管本发明的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本发明的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本发明的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本发明的保护范围应由所附的权利要求来限定。