一种基于SAR的RCS提取方法与流程

一种基于sar的rcs提取方法
技术领域
1.本发明涉及rcs提取技术领域，尤其涉及基于sar的rcs提取方法。


背景技术：

2.雷达散射截面(rcs)为单位立体角内散射体朝接收方向散射的电磁波功率密度与从给定方向入射于该散射体的电磁波功率密度之比的4π倍。孔径雷达(sar)，是一种主动式的对地观测系统，可安装在飞机、卫星、宇宙飞船等飞行平台上，全天时、全天候对地实施观测、并具有一定的地表穿透能力
3.雷达系统由发射机、接收机、散射体、发射天线到散射体的传播路径、散射体到接收天线的传播路径等组成。
4.rcs参数提取需要雷达测试角反射器配合，简单金属形状的雷达截面积可以通过等式估算，但对于像飞机这样非常复杂的目标，其表面与rcs之间没有牢固的关系，它会随照射雷达的方向而显着变化，目标的rcs提取和确定则会较为困难，且效率和准确度并不理想。


技术实现要素：

5.本发明的目的是为了解决现有技术中存在的缺陷，而提出的基于sar的rcs提取方法。
6.为了实现上述目的，本发明采用了如下技术方案：
7.一种基于sar的rcs提取方法，包括以下步骤：
8.步骤一：准备雷达测试角反射器；
9.步骤二：将角反射器放置在水平地面，控制角反射器口面中心线瞄准sar航线，误差控制在
±3°
以内；
10.步骤三：对角反射器进行腔体rcs的快速计算；
11.步骤四：对腔体rcs进行计算提取；
12.步骤五：将获取的rcs值进行校准评价，完成rcs提取。
13.进一步地，所述角反射器采用三面角反射器或平板结构的角反射器中的任意一种，优先选用三面角反射器。
14.进一步地，用于步骤三中，角反射器的rcs计算，包括以下步骤：
15.(a)利用go对入射波和反射波进行射线追迹以确定每次入射场及其相对应的照明区域；
16.(b)利用gordan面元积分法对每个照明区域求散射场并累加得到总rcs。
17.进一步地，在步骤三中，对腔体rcs计算方法包括时域有限差分法、矩量法、导波模式法、弹跳射线法、高斯波束法、复射线法，优先选用矩量法。
18.进一步地，在步骤四中，采用几何光学提取rcs或物理光学法获取rcs；
19.其中，几何光学提取rcs，具体包括以下步骤：
20.步骤一：找到镜面反射点；
21.步骤二：求出该反射点的的主曲率半径ρ1与ρ2；
22.步骤三：得到rcs值。
23.具体的，计算方式为σ＝πρ1ρ2。
24.其中，物理光学法的出发点是散射问题的stratton-chu积分方程。通过一些近似假设，将积分方程进行简化，将散射问题的积分方程简化为散射体表面的近似积分问题。
25.进一步地，在步骤四中，采用定量评价的方法，利用相似系统进行rcs值信度评价，其中，采用相关相似度对两个rcs值序列进行相似度评价。
26.相比于现有技术，本发明的有益效果在于：
27.可以通过sar使用不同规格的角反射器获得的rcs值与rcs的理论值进行相关相似度比较，从而确定sar的rcs参数值准确度；
28.能够在较宽的入射角度范围内取得稳定的rcs，对各类空腔结构rcs的能够保持足够的计算仿真效率。
附图说明
29.附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。
30.图1是本发明提出的一种基于sar的rcs提取方法的流程示意图。
31.图2是本发明提出的一种基于sar的rcs提取方法中几何光学法获取rcs的示意图。
具体实施方式
32.下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。
33.实施例一
34.如图1所示，一种基于sar的rcs提取方法，包括以下步骤：
35.步骤s101：准备雷达测试角反射器；
36.步骤s103：将角反射器放置在水平地面，控制角反射器口面中心线瞄准sar航线，误差控制在
±3°
以内；
37.具体的，所述角反射器的3db宽度为25
°
和40
°
；
38.角反射器的3db宽度能覆盖该卫星sar天线所有模式对应的入射角范围，也就是sar天线入射角范围一直处于3db之内；
39.步骤s105：对角反射器进行腔体rcs的快速计算；
40.步骤s107：对腔体rcs进行计算提取；
41.步骤s109：将获取的rcs值进行校准评价，完成rcs提取。
42.实施例二
43.在实施例一的基础上，所述角反射器采用三面角反射器或平板结构的角反射器中的任意一种，优先选用三面角反射器。
44.具体的，三面角反射器包括矩形三面角反射器(rtcr)器和三角形三面角反射器(ttcr)，因为在相同波束宽度情况下，rtcr相对于ttcr能提供更大的雷达截面积，但rtcr的
3db宽度小且不稳定，尤其在风压会使平板弯曲的环境里，在三面角反射器中优先选用矩形三面角反射器。
45.实施例三
46.在实施例一的基础上，用于步骤s105中，采用平面结构的角反射器，平面结构的角反射器的rcs计算，包括以下步骤：
47.(a)利用go对入射波和反射波进行射线追迹以确定每次入射场及其相对应的照明区域；
48.(b)利用gordan面元积分法对每个照明区域求散射场并累加得到总rcs。
49.具体的，无需对照明区域进行任何剖分，只需知道照明区域的轮廓就可以应用gordan的围线积分进行该区域的rcs计算，然后对每个照明区域的rcs直接累加即可得到总的rcs。
50.实施例四
51.在实施例二或实施例三任一基础上，在步骤s105中，对腔体rcs计算方法包括时域有限差分法、矩量法、导波模式法、弹跳射线法、高斯波束法、复射线法，优先选用矩量法；
52.在步骤s107中，采用几何光学提取rcs或物理光学法获取rcs；
53.其中，如图2，几何光学提取rcs，具体包括以下步骤：
54.步骤一：找到镜面反射点；
55.步骤二：求出该反射点的的主曲率半径ρ1与ρ2；
56.步骤三：得到rcs值。
57.具体的，计算方式为σ＝πρ1ρ2。
58.其中，物理光学法的出发点是散射问题的stratton-chu积分方程。通过一些近似假设，将积分方程进行简化，将散射问题的积分方程简化为散射体表面的近似积分问题。
[0059][0060][0061]
在步骤s107中，采用定量评价的方法，利用相似系统进行rcs值信度评价，其中，采用相关相似度对两个rcs值序列进行相似度评价。
[0062]
具体的，定量评价的方法是以相似学原理为基础，通过数学手段对评价策略进行描述，给出测量rcs值与对比值之间的一致性结果。
[0063]
其中，具体步骤如下：将2组数据之间的趋势一致性程度称为它们的相关度。
[0064]
假设一对待评估系统中的某相似元可以用具有n个值的序列x描述，2个系统对应的序列x1与x2之间具有k个趋势相关点，则x1与x2的相关度为：
[0065][0066]
利用相关度对相似度进行调节，得到2个数据序列的相关相似度：
[0067]
将对数正太分布的概率密度函数代入卡方分布的概率密度函数得到2组数据序列的相关相似度为：
[0068]
ξ(ui)＝q(ui)ri＝q(ui)riꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(16)
[0069]
相似元的相关相似度ξ(ui)可以视为其相似度q(ui)的一种优化解，因此在评估系
统间的相似度(可信度)q(a,b)时，可以用相关相似度ξ(ui)替代相似度q(ui)参与计算。
[0070]
具体的：
[0071]
所述对数正太分布的概率密度函数为：
[0072][0073]
其中：σm为σ的中值，sd为
[0074]
卡方分布的概率密度函数为：
[0075][0076]
其中：2m为其自由度，通常为整数；
[0077]
是σ的均值。
[0078]
更具体的，在相似度评价中如果相关相似度大则表明两个rcs值序列较接近，反之则认为两个rcs值序列差异很大；
[0079]
不同sar图像采集设备采集到的rcs值序列存在差异，使用相关相似度评价不同rcs值序列可以把控不同采集设备测量rcs的误差，根据误差可以校准rcs参数值。
[0080]
为了更好的理解本发明的技术方案，以下对各个实施例进一步阐述。
[0081]
相似系统：系统a由k个要素组成，系统b由l个要素组成，系统a与b有m对相似要素(相似元)，每对相似元的相似程度记为q(ui)，系统间的相似度记为q，则相似系统的数学模型可描述为：q＝f(k，1，m，q(ui)),1＜m＜min(k，1)。
[0082]
进一步的，系统相似度为：
[0083][0084]
式中：m/(k+1-m)表示系统a与b之间相似要素数量m对系统相似度的影响；βiq(ui)表示每一相似要素的相似程度及其权重对系统相似度的影响；相似度q(ui)：0≤q(ui)≤1。
[0085]
更具体的，相似度的确定的方式：
[0086]
采用如下的模型来计算相似元的相似度，计算仿真系统输出的第i个参数序列x
′i与实际系统相应的输出或实测数据xi，对应第k点数据的相似度为：
[0087][0088]
数据序列长度为n的2组数据序列的相似度为：
[0089][0090]
以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同替换或改变，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

技术特征：
1.一种基于sar的rcs提取方法，其特征在于，包括以下步骤：步骤一：准备雷达测试角反射器；步骤二：将角反射器放置在水平地面，控制角反射器口面中心线瞄准sar航线，误差控制在
±3°
以内；步骤三：对角反射器进行腔体rcs的快速计算；步骤四：对腔体rcs进行计算提取；步骤五：将获取的rcs值进行校准评价，完成rcs提取。2.根据权利要求1所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，所述角反射器采用三面角反射器或平板结构的角反射器中的任意一种，优先选用三面角反射器。3.根据权利要求2所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，用于步骤三中，角反射器的rcs计算，包括以下步骤：(a)利用go对入射波和反射波进行射线追迹以确定每次入射场及其相对应的照明区域；(b)利用gordan面元积分法对每个照明区域求散射场并累加得到总rcs。4.根据权利要求3所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，在步骤三中，对腔体rcs计算方法包括时域有限差分法、矩量法、导波模式法、弹跳射线法、高斯波束法、复射线法，优先选用矩量法。5.根据权利要求3所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，在步骤四中，采用几何光学提取rcs或物理光学法获取rcs。6.根据权利要求5所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，其中，几何光学法提取rcs，具体包括以下步骤：步骤一：找到镜面反射点；步骤二：求出该反射点的的主曲率半径ρ1与ρ2；步骤三：得到rcs值；其计算公式为σ＝πρ1ρ2。7.根据权利要求5所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，其中，物理光学法的出发点是散射问题的stratton-chu积分方程；通过一些近似假设，将积分方程进行简化，将散射问题的积分方程简化为散射体表面的近似积分问题。8.根据权利要求3所述的基于sar的rcs提取方法，其特征在于，在步骤四中，采用定量评价的方法，利用相似系统进行rcs值信度评价，其中，采用相关相似度对两个rcs值序列进行相似度评价。

技术总结
本发明公开了一种基于SAR的RCS提取方法，属于RCS提取领域，包括以下步骤：步骤一：准备雷达测试角反射器；步骤二：将角反射器放置在水平地面，控制角反射器口面中心线瞄准SAR航线，误差控制在


技术研发人员：韦博 逄博 杨勇 张春新 席祖品 谢贤哲 赵康
受保护的技术使用者：安徽感知未来电子科技有限公司
技术研发日：2023.05.15
技术公布日：2023/8/9