基于地平场的非均匀照射不确定度分析方法

摘要

公开了基于地平场的非均匀照射不确定度分析方法，包括：S1、分别在两个天线高度条件下获取目标的RCS数据，确定两个天线高度条件下的RCS比；S2、对RCS比进行短时傅里叶变换，提取目标散射中心的高度；S3、根据目标散射中心的高度查询预设的映射关系，确定目标散射中心的非均匀照射误差。本发明通过获取两个不同天线高度条件下目标的RCS数据，基于短时傅里叶变换(Short‑Time Fourier Transform,STFT)的方法直接从RCS数据中提取频域的散射特性；利用数学方法提取出目标散射中心的高度信息，结合地面反射场的几何结构推导出其非均匀照射误差。本发明能够对目标散射中心的入射场强质量进行评估，分析方法简单，结果准确度高。

说明书

技术领域

本发明涉及一种。

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。

室外RCS地面测试场面临的一个主要问题是每时每刻都在变化的背景环境，特别是对地车载RCS测量系统的测量环境并未经过严格处理，地面对目标区的入射场强的影响难以控制。另外地面平面场定标所采用的定标目标尺寸一般远比测试目标的尺寸小，这就造成扩展目标在远离定标中心部分的测试误差大、测量精度低。因此，为保证测量精度，在测量前需要对目标区的入射场强质量进行评估。常用的一种评估方法是探头扫描法，即在测试区域架设平面扫描架测量整个测试区的场强分布。这种方法需要专用的低散射扫描架，成本高、效率低。

发明内容

基于现有技术存在的问题，本发明提供基于地平场的非均匀照射不确定度分析方法，包括：

S1、分别在两个天线高度条件下获取目标的RCS数据，确定两个天线高度条件下的RCS比；

S2、对所述RCS比进行短时傅里叶变换，提取目标散射中心的高度；

S3、根据目标散射中心的高度查询预设的映射关系，确定目标散射中心的非均匀照射误差；

其中，所述映射关系是指目标散射中心的高度与非均匀照射误差之间的一一对应关系。

优选地，天线高度满足如下关系：

式中，h_ac是天线定标高度，h_tc是目标的中心高度，R_c是目标与天线之间的水平定标距离，单位为m；λ_c是中心波长，单位为nm。

优选地，两个天线高度条件下目标的RCS数据分别为：

式中，A′(f；γ_a1,ε)为一个天线高度条件下目标的RCS数据，A(f；γ_a1,ε)为该一个天线高度条件下目标的理论辐照功率增益；A′(f；γ_a2,ε)另一个天线高度条件下目标的RCS数据，A(f；γ_a1,ε)为该另一个天线高度条件下目标的理论辐照功率增益；σ(r'_i)为与目标有关的散射特性；γ_f＝f/f_c；f为测试频率，f_c为中心频率，单位为MHz；γ_a1＝h_a1/h_ac；γ_a2＝h_a2/h_ac，h_a1、h_a2分别为两个天线高度，单位为m；ε＝γ_t/γ_R，γ_t＝h_t/h_tc，γ_R＝R/R_c；h_t为目标散射中心的高度，R为目标与天线之间的水平实测距离，单位为m。

优选地，步骤S2中对所述RCS比进行短时傅里叶变换，得到如下关系式：

式中，R(f；h₁,h₂,ε)为RCS比；α₁＝ε·γ_a1，α₂＝ε·γ_a2。

优选地，提取目标散射中心的高度包括：

用线性方差估计所述RCS比，即：根据任意两个测试频率条件下的RCS比确定拟合参数和

将拟合参数和带入公式6，得到目标散射中心的高度。

优选地，和满足如下关系式：

优选地，当α₁≈1和α₂≈1时，ε的估计值满足如下关系式：

优选地，目标散射中心的高度估计值为：

本发明通过获取两个不同天线高度条件下目标的RCS数据，基于短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)的方法直接从RCS数据中提取频域的散射特性；利用数学方法提取出目标散射中心的高度信息，结合地面反射场的几何结构推导出其非均匀照射误差。本发明能够对目标散射中心的入射场强质量进行评估，分析方法简单，结果准确度高。

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是示出室外RCS地面测试场的几何模型的示意图；

图2是示出本发明提供基于地平场的非均匀照射不确定度分析方法的流程示意图；

图3a、3b、3c、3d、3e、3f分别为本发明优选实施例中6个目标散射中心的辐照误差示意图。

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。

本发明通过获取两个不同天线高度条件下目标的RCS数据，基于短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)的方法直接从RCS数据中提取频域的散射特性；利用数学方法提取出目标散射中心的高度信息，结合地面反射场的几何结构推导出其非均匀照射误差。

室外RCS地面测试场的几何模型如图1所示。假设在地面反射区(P)的镜面反射率为-1，直接反射区(D)和地面反射区(P)有相同的能量。另外，假设h_ac,h_tc＜＜R。则，两条路径影响的能量模式为

本发明基于地平场的非均匀照射不确定度分析方法，在步骤S1中首先分别在两个天线高度条件下获取目标的RCS数据，确定两个天线高度条件下的RCS比。

为了使中心频率有最优的测量条件，天线高度满足如下关系：

式中，h_ac是天线定标高度，h_tc是目标的中心高度，R_c是目标与天线之间的水平定标距离，单位为m；λ_c是中心波长，单位为nm。

将定标体安置在理想定标中心完成定标，定标后联合地面反射的辐照功率增益方程为

其中γ_f＝f/f_c＝λ_c/λ，γ_t＝h_t/h_tc，γ_a＝h_a/h_ac和γ_R＝R/R_c。公式3显示了最优的天线高度时定标辐照方程几何上沿一系列的常数ε＝γ_t/γ_R的变化，我们可以发现ε越偏离1，辐照误差将越大。目标的理论辐照功率增益：

目标的RCS数据受到与目标相关的散射特性的影响，然而与目标相关的散射特性难以准确确定。在本发明的一些实施例中，两个天线高度条件下目标的RCS数据分别为：

式中，A′(f；γ_a1,ε)为一个天线高度条件下目标的RCS数据，A(f；γ_a1,ε)为该一个天线高度条件下目标的理论辐照功率增益；A′(f；γ_a2,ε)另一个天线高度条件下目标的RCS数据，A(f；γ_a1,ε)为该另一个天线高度条件下目标的理论辐照功率增益；σ(r'_i)为与目标有关的散射特性；γ_f＝f/f_c；f为测试频率，f_c为中心频率，单位为MHz；γ_a1＝h_a1/h_ac；γ_a2＝h_a2/h_ac，h_a1、h_a2分别为两个天线高度，单位为m；ε＝γ_t/γ_R，γ_t＝h_t/h_tc，γ_R＝R/R_c；h_t为目标散射中心的高度，R为目标与天线之间的水平实测距离，单位为m。

采用上述方式表征两个天线高度条件下目标的RCS数据，在确定两个天线高度条件下的RCS比时，便可以消除与目标相关的散射特性对RCS比的影响，并同时移除定标体对RCS比的影响。

S2、对所述RCS比进行短时傅里叶变换，提取目标散射中心的高度。

本领域技术人员可以根据实际情况选择合适的短时傅里叶变换方法，在一些实施例中，利用泰勒级数展开将RCS比的表达式线性化，步骤S2中对RCS比进行短时傅里叶变换，得到如下关系式：

式中，R(f；h₁,h₂,ε)为RCS比；α₁＝ε·γ_a1，α₂＝ε·γ_a2。

对天线在两个不同高度的RCS数据的RCS比进行短时傅里叶变换(Short-Time Fourier Transform,STFT)，其本质是提取每个散射中心点的相位历史信息。为了便于比较，可以用线性方差估计目标散射中心的偏离水平面程度，提取目标散射中心的高度包括：

用线性方差估计所述RCS比，即：公式7，根据任意两个测试频率条件下的RCS比确定拟合参数和

将拟合参数和带入公式6，得到目标散射中心的高度。

优选地和满足如下关系式

由于cot(πα/2)≈π(1-α)/2，因此，当α₁≈1和α₂≈1时，ε的估计值满足如下关系式

结合地面测试场的几何结构便可通过提取的值反推出目标散射中心的高度信息。优选地，目标散射中心的高度估计值为：

S3、根据目标散射中心的高度查询预设的映射关系，确定目标散射中心的非均匀照射误差；其中，映射关系是指目标散射中心的高度与非均匀照射误差之间的一一对应关系。

实施例

假设地面测试场测试水平距离为1500m，定标高度为56m，仿真频率为50-600MHz。表1给出了定标位置附近一系列散射中心的位置信息。每个散射中心均为0dB，相互独立。两个相对天线高度分别为γ_a1＝0.9和γ_a1＝1.1。提取的6个散射中心高度信息对比结果如表2所示，相应的辐照误差分别如图3a-3f所示。

表1散射中心位置信息

散射点xyzγ_Rγ_tε10.00.00.01.001.001.0020.00.0-5.01.000.910.9130.00.05.01.001.091.0940.0-30.00.01.001.001.00510.030.00.01.011.000.99610.030.05.01.011.091.08

表2散射中心高度信息提取值对比结果

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。