一种复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法

摘要

本发明涉及一种复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法，包括：构建顶帽结构的参数化模型；针对任一入射角，提取顶帽结构在顶帽结构在该入射角下的RCS变化曲线；根据顶帽结构在任一入射角下的RCS变化曲线，获取顶帽结构的RCS空间分布图；依据RCS空间分布图和参数化模型确定顶帽结构的尺寸参数信息。根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法，无须要求顶帽结构满足帽顶高度和帽沿宽相等的条件，能够针对一般的顶帽结构，且能够提高复杂目标中顶帽结构尺寸参数提取的准确性和精确性。

说明书

技术领域

本发明涉及雷达目标特性技术领域，特别涉及一种复杂目标中顶帽结构 的尺寸参数提取方法。

背景技术

以下对本发明的相关技术背景进行说明，但这些说明并不一定构成本发 明的现有技术。

光学区雷达目标的电磁散射表现为目标某些局部位置上电磁散射的合 成，这些局部性的散射源表现出不同的散射机理。散射机理通常与特定的散 射结构相关，包括三面角、二面角、顶帽、球、平板等，针对这些散射结构， 可以建立相应的参数化模型。这种基于电磁散射机理的参数化模型可用于从 复杂目标的散射信号中提取特定散射结构的尺寸参数。

典型散射结构尺寸信息的提取方法尚处于起步阶段，目前国内外已提出 了若干参数化模型及参数提取算法，但这些模型和提取算法存在以下不足： 一方面，这些模型所描述的散射结构过于理想，例如要求顶帽结构满足帽顶 高度和帽沿宽相等的条件，因而这些模型常常不能描述实际目标中的散射结 构，尺寸参数提取的准确性较差；另一方面，由于复杂目标中的多散射结构 之间存在几何遮挡效应，以及特定角度下散射源在距离像中的位置相互重叠 等问题，其尺寸参数的提取更为困难，进而影响尺寸参数提取的准确性。

因此，现有技术中需要一种能够解决由于光学区雷达目标的散射结构复 杂而导致复杂目标中散射结构尺寸信息提取的准确性差的问题的解决方案。

发明内容

本发明的目的在于提出一种能够针对一般的顶帽结构、且提取准确性好 的复杂目标中复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法。

根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法，包括：

构建顶帽结构的参数化模型；

针对任一入射角，获取顶帽结构在所述入射角下的一维距离像历程图以 及一维距离像信息，提取顶帽结构在顶帽结构在该入射角下的雷达散射截面 (RCS，Radar Cross Section)变化曲线；所述RCS变化曲线是指顶帽结构 的RCS强度值与方位角之间的关系；

根据顶帽结构在任一入射角下的RCS变化曲线，获取顶帽结构的RCS 空间分布图；

依据RCS空间分布图，提取顶帽结构在任一方位角下的RCS强度最大 值，以及与RCS强度最大值对应的入射角，并根据参数化模型确定顶帽结 构的尺寸参数信息。

优选地，方位角为0°～360°。

优选地，尺寸参数信息包括顶帽结构的帽顶高度和帽沿宽度。

优选地，参数化模型公式为：

$S_{hh}^{top-hat}=2\sqrt{jkrsin\theta }min\{h,\frac{d}{\tan \theta }\}{e}^{j2krsin\theta }$    公式1

式中，为电压，用来表征目标RCS强度值的大小，且RCS强度 值＝20logj为复数单位，k为波数，r为帽顶半径，h为帽顶高度，d 为帽沿宽度，θ为入射角。为比较函数，即取中较小者。

优选地，当时，取最大值，公式1改写为：

$max\left(S_{hh}^{top-hat}\right)=2\sqrt{jkrsin\theta }·h·e^{j2krsin\theta }$    公式2

则，顶帽结构的帽顶高度h和帽沿宽度d分别为：

$h=\frac{max\left(S_{hh}^{top-hat}\right)}{2\sqrt{jkrsin\theta }{e}^{j2krsin}\theta }$    公式3

d＝h·tanθ    公式4。

优选地，获取顶帽结构在所述入射角下的一维距离像历程图以及一维距 离像信息，提取顶帽结构在所述入射角下的RCS变化曲线具体为：

根据扫频数据获得顶帽结构在所述入射角下的一维距离像历程图；根据 顶帽结构的三维位置，得到顶帽结构在所述入射角下的一维距离像信息，并 在一维距离像历程图上绘制一维距离像信息与所述一维距离像历程图的对 比图；从对比图中提取顶帽结构在所述入射角下的RCS变化曲线。

优选地，在确定顶帽结构的尺寸参数信息之后，尺寸参数提取方法进一 步包括：对所述RCS空间分布图进行误差分析。

优选地，所述对所述RCS空间分布图进行误差分析具体为：根据帽顶 高度、帽沿宽度以及公式1，确定顶帽结构在各个入射角下的RCS强度值； 依据顶帽结构在各个姿态角下的RCS强度值，获取顶帽结构的反演RCS空 间分布图；对RCS空间分布图和反演RCS空间分布图进行误差分析。

优选地，误差分析是指对对RCS空间分布图和反演RCS空间分布图的 最小均方差进行误差分析。

根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法，包括：构建顶 帽结构的参数化模型；针对任一入射角，获取顶帽结构在该入射角下的一维 距离像历程图以及一维距离像信息，提取顶帽结构在顶帽结构在该入射角下 的RCS变化曲线；根据顶帽结构在任一入射角下的RCS变化曲线，获取顶 帽结构的RCS空间分布图；依据RCS空间分布图，提取顶帽结构在任一方 位角下的RCS强度最大值，以及与RCS强度最大值对应的入射角，并进一 步根据参数化模型确定顶帽结构的尺寸参数信息。根据本发明的复杂目标中 顶帽结构的尺寸参数提取方法，无须要求顶帽结构满足帽顶高度和帽沿宽相 等的条件，能够针对一般的顶帽结构，且能够提高复杂目标中顶帽结构尺寸 参数提取的准确性和精确性。

附图说明

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：

图1是示出根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法 示意图；

图2是示出根据本发明的复杂目标结构示意图；

图3是示出根据本发明的复杂目标中顶帽结构的示意图；

图4是根据本发明的顶帽结构在70°入射角下的一维距离像历程图；

图5是根据本发明的顶帽结构的一维信息对比图；

图6是根据本发明的顶帽结构在70°入射角下的RCS变化曲线；

图7是根据本发明的顶帽结构在70°入射角下的RCS空间分布图；

图8是根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法反演 出的帽顶高度示意图；

图9是根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法反演 出的帽沿宽度示意图；

图10是根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法反 演出的反演RCS空间分布图；

图11是根据本发明的RCS空间分布图与反演RCS空间分布图的最 小均方差。

具体实施方式

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。

目前，顶帽结构尺寸信息的参数化模型及参数提取算法存在以下不足： 一方面，这些模型所描述的散射结构过于理想，例如要求顶帽结构满足帽顶 高度和帽沿宽相等的条件，因而这些模型常常只适用于特定结构的顶帽结 构，当应用于描述实际目标中的顶帽结构时，尺寸参数提取的准确性较差； 另一方面，由于复杂目标中的多散射结构之间存在几何遮挡效应，以及特定 角度下散射源在距离像中的位置相互重叠等问题，其尺寸参数的提取更为困 难，进而影响尺寸参数提取的准确性。

针对现有技术中的缺陷，本发明旨在提出一种既能够适用于一般的顶帽 结构、又能应用于复杂目标中准确地提取顶帽结构的尺寸参数的方法，从而 提高顶帽结构尺寸参数提取的准确性。

为了阐明本发明的尺寸参数提取方法，本发明构建了一个包含若干典型 散射结构的复杂目标，图2示出了复杂目标的一个实施例，包括顶帽结构1、 三角面结构2、圆柱结构3和二面角结构4。

下面以右侧顶帽结构为例，参见图3，并结合附图2-11，对根据本发明 的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法进行详细说明。

根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法，包括：

S101.构建顶帽结构的参数化模型。

根据本发明的尺寸参数提取方法的优选实施例，尺寸参数信息包括顶帽 结构的帽顶高度和帽沿宽度。

优选地，顶帽结构的参数化模型公式为：

$S_{hh}^{top-hat}=2\sqrt{jkrsin\theta }min\{h,\frac{d}{\tan \theta }\}{e}^{j2krsin}\theta$    公式1

式中，为电压，用来表征目标RCS强度值的大小，且RCS强度 值＝20logj为复数单位，k为波数，r为帽顶半径，h为帽顶高度，d 为帽沿宽度，θ为入射角，为比较函数，即取中较小者。

当时，相对于入射角θ的一阶导数即 是单调递增的；

当时，相对于入射角θ的一阶导数即是单调递减的

当时，取最大值。

优选地，当取最大值时，获取顶帽结构的帽顶高度h和帽沿宽度 d的表达式，具体地，

当时公式1改写为：

$max\left(S_{hh}^{top-hat}\right)=2\sqrt{jkrsin\theta }·h·e^{j2krsin\theta }$    公式2

则，顶帽结构的帽顶高度h和帽沿宽度d分别为：

$h=\frac{max\left(S_{hh}^{top-hat}\right)}{2\sqrt{jkrsin\theta }{e}^{j2krsin\theta }}$    公式3

d＝h·tanθ    公式4。

S102.针对任一入射角，获取顶帽结构在该入射角下的一维距离像历程 图以及一维距离像信息，提取顶帽结构在顶帽结构在该入射角下的RCS变 化曲线；其中，RCS变化曲线是指顶帽结构的RCS强度值与方位角之间的 关系。

优选地，步骤S102具体包括：

S1021.针对某一入射角，根据扫频数据获得顶帽结构的一维距离像历程 图；

S1022.根据顶帽结构的三维位置，得到顶帽结构在该入射角下的一维 距离像信息，并在一维距离像历程图上绘制一维距离像信息与一维距离像历 程图的对比图；

S1023.从对比图中提取顶帽结构在该入射角下的RCS变化曲线。

以70°入射角为例，首先获取复杂目标在70°入射角下的扫频数据， 根据该扫频数据获取顶帽结构在70°入射角下的一维距离像历程图，参见 图4。然后根据顶帽结构的三维位置获取顶帽结构的一维距离像信息，并在 一维距离像历程图上绘制一维距离像信息与一维距离像历程图的对比图，参 见图5。图5中的黑色星形曲线是顶帽结构的一维信息，且与一维距离像历 程图中的某条曲线基本重合。根据图5提取出顶帽结构在70°入射角下的 RCS变化曲线，参见图6。

S103.根据顶帽结构在任一入射角下的RCS变化曲线，获取顶帽结构 的RCS空间分布图。

按照步骤S102的方法，依次获取顶帽结构在不同入射角下的RCS变化 曲线，进而得到顶帽结构的RCS空间分布图，参见图7。

S104.依据RCS空间分布图，提取顶帽结构在任一方位角下的RCS强 度最大值，以及与RCS强度最大值对应的入射角，根据参数化模型确定顶 帽结构的尺寸参数信息。

对于任一方位角，从图7中提取与该方位角对应的RCS强度最大值 以及与RCS强度最大值对应的入射角θ，然后根据 公式3和公式4即可获得该方位角下的顶帽结构的帽顶高度h和帽沿宽度d。 帽顶高度h与方位角φ之间的关系参见图8，帽沿宽度d与方位角φ之间的 关系参见图9。

为了验证根据本发明的尺寸参数提取方法的准确性，优选地，在确 定顶帽结构的尺寸参数信息之后，根据本发明的尺寸参数提取方法进一步 包括：对所述RCS空间分布图进行误差分析。

优选地，对所述RCS空间分布图进行误差分析具体为：

根据步骤S104获得的帽顶高度h、帽沿宽度d以及公式1，确定顶帽 结构在各个入射角下的RCS强度值；

依据顶帽结构在各个入射角下的RCS强度值，获取顶帽结构的反演 RCS空间分布图，参见图10；

对RCS空间分布图和反演RCS空间分布图进行误差分析。优选地，所 述误差分析是指对对RCS空间分布图和反演RCS空间分布图的最小均方差 进行误差分析。图11示出了RCS空间分布图与反演RCS空间分布图的 最小均方差。根据图11可知，根据本发明的尺寸参数提取方法提取顶帽 结构尺寸参数的效果较好。

根据本发明的复杂目标中顶帽结构的尺寸参数提取方法，无须要求顶帽 结构满足帽顶高度和帽沿宽相等的条件，能够针对一般的顶帽结构，且能够 提高复杂目标中顶帽结构尺寸参数提取的准确性和精确性。

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。