一种旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法

本发明属于雷达散射截面计算，特别是涉及一种旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法。

背景技术：

1、近年来，越来越多带有旋转叶片的目标出现在雷达监视范围中，特别是伴随着风电产业和消费级无人机产业的快速发展，以风力发电机和旋翼无人机为代表的带有旋转叶片的目标数量逐年增加。风力发电场潜在电磁影响的评估和旋翼无人机目标特征的分析，往往需要对其旋转叶片动态雷达散射截面进行计算。

2、对于旋转叶片雷达散射截面的计算，目前的主要方法有：外场实验测量、缩比模型测量、电磁计算和解析模型等。外场实验测量和缩比模型测量方法测量过程繁琐，若需分析不同尺寸参数叶片的雷达散射截面往往需要多次测量；电磁计算方法需要对叶片进行建模，并利用电磁计算软件花费大量时间进行运算。上述方法在工程应用中的便利性都不是很好，计算周期长。解析模型虽然便利性高，但目前的解析模型还仅能计算旋转叶片雷达散射截面的峰值，无法对叶片旋转过程中变化的全过程雷达散射截面数据进行快速计算。

技术实现思路

1、本发明的目的在于提供一种旋转叶片动态雷达散射截面的便利计算方法，以解决上述背景技术中提出的问题。

2、为了达到上述目的，本发明提供的一种旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，包括如下步骤：获取一种旋转叶片的雷达散射截面的实测数据；根据所述实测数据得到调制函数；根据所述实测数据得到乘性因子；根据叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数、所述调制函数和所述乘性因子的乘积构建计算模型；获取待求解叶片的尺寸参数；将所述尺寸参数输入所述计算模型，求解得到动态雷达散射截面。

3、作为优选，所述计算模型满足以下公式：

4、σ＝k·σpeak(λ,l,l1,l2)·y(θ)      (1)

5、其中，σ表示旋转叶片动态雷达散射截面，y(θ)表示完整的调制函数，σpeak(λ,l,l1,l2)表示叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数，k表示乘性因子，所述完整的调制函数为以θ为自变量的周期函数，θ为旋转叶片相对参考位置的旋转角度，λ为入射电磁波波长，l为单个叶片长度、l1为单个叶片根部弦长的一半，l2为单个叶片最大弦长的一半，k为正实数。

6、作为优选，所述根据所述实测数据得到调制函数，具体包括：

7、对于叶片数、单个叶片长度、单个叶片根部弦长和单个叶片最大弦长已知的一种旋转叶片，获取旋转状态下同型号的多个不同旋转叶片在不同时刻的实测雷达散射截面数据集；

8、根据雷达视线与叶轮旋转面的夹角，将所述雷达散射截面数据集分为三个不同的子集，其中，所述三个不同的子集包括：雷达视线与叶轮旋转面平行子集、垂直子集和中间状态子集；

9、对于所述雷达视线与叶轮旋转面平行子集中的数据，按降序排列，得到排序后的第一降序数据序列；

10、对所述第一降序数据序列进行归一化，使所述第一降序数据序列的最大值为0，然后使用多项式拟合对归一化后的所述第一降序数据序列进行拟合，得到拟合函数；

11、使用如下公式得到调制函数在一个周期内的值

12、

13、其中，yt(θ)表示一个周期内的调制函数；yt/2(θ)表示拟合函数，n表示叶片数；

14、对所述一个周期内的调制函数进行周期延拓，得到所述完整的调制函数；

15、对所述垂直子集按降序排列，得到排序后的第二数据序列，得到雷达视线与叶轮旋转面垂直状态下的所述完整的调制函数。

16、作为优选，所述雷达散射截面数据集分为三个不同的子集的方法为，当所述雷达视线与所述叶轮旋转面之间的夹角在0度到12.5度之间时，划分为雷达视线与叶轮旋转面平行；当所述雷达视线与所述叶轮旋转面之间的夹角在77.5度到90度之间时，划分为雷达视线与叶轮旋转面垂直；当所述雷达视线与所述叶轮旋转面之间的夹角大于12.5度小于77.5度时，划分为中间状态。

17、作为优选，所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法还包括以下步骤：对所述第一降序数据序列进行均匀分段，采用各段的中值组成的新序列代替所述第一降序数据序列作为多项式拟合的目标函数。

18、作为优选，多项式拟合所采用的多项式函数为3次多项式函数，满足如下公式：

19、yt/2(θ)＝aθ3+bθ2+cθ,θ∈[0,π/2n)       (3)

20、其中，a、b、c分别为多项式拟合所采用的多项式函数的系数。

21、作为优选，由一种旋转叶片的实测数据得到的，可用于其它尺寸的旋转叶片动态雷达散射截面计算的所述拟合函数为：

22、

23、其中，θ的取值范围为0到π/2n。

24、作为优选，所述叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数由基于物理光学法得到的理想导体圆柱形多叶片峰值雷达散射截面公式直接计算而得出。

25、作为优选，不同尺寸的所述叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数的计算方法满足如下公式：

26、

27、式(5)中，σpeak(λ,l,l1,l2)为叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数，λ为入射电磁波波长，l为单个叶片长度，l1为单个叶片根部弦长的一半，l2为单个叶片最大弦长的一半。

28、作为优选，所述根据所述实测数据得到乘性因子，满足如下公式：

29、

30、式(6)中，dkl(p||m)为kl散度，其定义为

31、

32、其中，p(x)为实测雷达散射截面数据集的概率密度函数，m(x)为计算得到的雷达散射截面数据的概率密度函数。

33、作为优选，由一种旋转叶片的雷达散射截面的实测数据得到的，可用于其它尺寸的旋转叶片动态雷达散射截面计算的乘性因子k为：

34、

35、与现有技术比较，本发明具有以下有益效果：

36、只利用一种尺寸旋转叶片的雷达散射截面的实测数据，即可得到旋转叶片动态雷达散射截面的快速计算公式，由此公式可快速计算各种不同尺寸的同类旋转叶片的动态雷达散射截面。计算得到的结果具有良好准确性，可以为分析旋转叶片雷达散射截面的统计特征提供数据支撑。

技术特征：

1.一种旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：包括：

2.根据权利要求1所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：所述计算模型满足以下公式：

3.根据权利要求2所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：所述根据所述实测数据得到调制函数，具体包括：

4.根据权利要求3所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：所述雷达散射截面数据集分为三个不同的子集的方法为，当所述雷达视线与所述叶轮旋转面之间的夹角在0度到12.5度之间时，划分为雷达视线与叶轮旋转面平行；当所述雷达视线与所述叶轮旋转面之间的夹角在77.5度到90度之间时，划分为雷达视线与叶轮旋转面垂直；当所述雷达视线与所述叶轮旋转面之间的夹角大于12.5度小于77.5度时，划分为中间状态。

5.根据权利要求3所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：还包括以下步骤：对所述第一降序数据序列进行均匀分段，采用各段的中值组成的新序列代替所述第一降序数据序列作为多项式拟合的目标函数。

6.根据权利要求3所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：多项式拟合所采用的多项式函数为3次多项式函数，满足如下公式：

7.根据权利要求3所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：由一种旋转叶片的雷达散射截面的实测数据得到的，可用于其它尺寸的旋转叶片动态雷达散射截面计算的所述拟合函数为：

8.根据权利要求2至7中任一项所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：所述叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数由基于物理光学法得到的理想导体圆柱形多叶片峰值雷达散射截面公式直接计算而得出。

9.根据权利要求8所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：不同尺寸的所述叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数的计算方法满足如下公式：

10.根据权利要求2至7中任一项所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：所述根据所述实测数据得到乘性因子，满足如下公式：

11.根据权利要求10所述的旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，其特征在于：由一种旋转叶片的雷达散射截面的实测数据得到的，可用于其它尺寸的旋转叶片动态雷达散射截面计算的乘性因子k为：

技术总结
本申请提供了一种旋转叶片动态雷达散射截面的计算方法，包括：获取一种旋转叶片的雷达散射截面的实测数据；根据所述实测数据得到调制函数；根据所述实测数据得到乘性因子；根据叶片理想导体模型雷达散射截面峰值函数、所述调制函数和所述乘性因子的乘积构建计算模型；获取待求解叶片的尺寸参数；将所述尺寸参数输入所述计算模型，求解得到动态雷达散射截面。该方法只利用一种尺寸旋转叶片的实测数据，即可得到旋转叶片动态雷达散射截面快速计算公式，由此公式可快速计算各种不同尺寸的同类旋转叶片的动态雷达散射截面。计算得到的结果具有良好准确性，可以为分析旋转叶片雷达散射截面的统计特征提供数据支撑。

技术研发人员：王晓亮,施宇翔,何炜琨
受保护的技术使用者：中国民航大学
技术研发日：
技术公布日：2024/1/14