专利名称：大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法
技术领域：
本发明涉及雷达散射截面的计算方法，具体是一种大气波导内目标物体雷达散射截面分层计算方法。
背景技术：
雷达作为远程探测装备，目前已成为我军战场监视和信息获取的重要手段。但是地球的曲率严重限制了地面雷达的视距探测范围，要探测视距以外的远距离目标就需要研制和装备具有超视距探测能力的雷达系统。对于海面舰船目标的远程探测，依靠大气波导条件的微波超视距雷达具有明显的优势，已成为对海超视距雷达装备的重要发展方向。而大气波导内舰船目标散射特性的研究对微波超视距雷达效能的发挥起着十分重要的作用。 综合国内外现状，目前可以获得大气波导内舰船目标RCS(Radar Cross-kction，雷达散射截面)的散射特性的方法主要有实验测量和建模仿真两大类。其中实验测量方法由于是对舰船目标进行超视距电磁特性的测量，所需要的测量场地和平台是非常大的，其中必然会受到各种杂波、干扰的影响，使得测量精度得不到保证。而普通的微波暗室又难以测量出目标在大气波导条件下的电磁特性，因此建模仿真就成为获取和分析大气波导内舰船目标 RCS电磁散射特性的主要方法。目前，对于雷达目标电磁特性的建模和仿真绝大部分都是在远场均勻平面波照射的条件下进行计算的。但是对于微波超视距雷达，上述建模计算方法都不再适用，因为微波超视距雷达探测目标时电磁波不再是直线传播，目标处入射波的强度与高度有关，如
图1 所示，入射波强度是分层变化的。因此必须要得到与之相对应的目标RCS分层变化关系才能获得目标对电磁波的散射功率。对于这种大气波导内舰船目标RCS散射特性的分层计算目前还没有可行的方法。
发明内容
本发明的目的在于解决微波超视距雷达的技术发展、装备更新和作战运用中遇到的RCS散射特性的分层计算问题，提供有效的大气波导范围内舰船目标RCS散射特性的分层计算方法。本发明的目的是这样实现的一种大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，依次执行以下步骤，步骤一建立该舰船目标的三维几何模型；步骤二 对舰船目标的三维几何模型进行划分，使划分后的各部件满足随机摆动条件下非相干叠加条件；步骤三对划分后的各部件按照与其最接近的几何形状近似为基本散射体；步骤四提取各个基本散射体的几何信息；步骤五 计算各个基本散射体的雷达散射截面；步骤六计算各部件的等效雷达散射截面值；步骤七结合舰船目标各部件的高度，计算出舰船各部件在不同高度上的雷达散射截面值的变化关系。进一步地，在步骤一中，先对舰船目标上各个部件单独建立三维几何模型，再对所有部件进行三维空间的拼接，组合成舰船目标的三维几何模型。在步骤二中，在模型空间中划分舰船目标的三维几何模型时，步长划分时的步长1 满足kl Y(1>> 1，其中Ytl为舰船目标随机摆动的角度，1 = 2π/λ =2Jif/c为电磁波波数，λ为电磁波波长，f为电磁波的频率。在步骤三中，将划分后的各个部件按照其几何形状与球形或椭球形、矩形、圆柱形、二面角等基本形状的近似度，选取其最接近的基本形状近似为基本散射体。在步骤三完成后进行遮挡面判别，先做自遮挡面判别，将基本散射体的法线方向朝向雷达视点方向的面判别为可见面，然后做互遮挡面判别，将各个基本散射体之间互投影平面上每一点所对应的面元深度进行比较，取最近面元为可见面。在步骤四中提取舰船目标模型的几何信息，式在3DS Max三维建模软件中选择 ASCII场景导出ASE文件，对ASE文件的结构进行解析，导出网格模型中每个点的三维坐标值、法向量坐标及纹理坐标；每个网格面的拓扑结构信息；网格面的编号、面上点的索引、 面上点的纹理索引及面的法向量坐标信息中的一个或多个。在步骤五中，先根据提取得到的各基本散射体的几何信息，计算基本散射体雷达散射截面，然后计算出随机摆动条件下各基本散射体的平均雷达散射截面值。其中，上述步骤五中，计算基本散射体的雷达散射截面公式为
权利要求
1.一种大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，依次执行以下步骤，步骤一 建立该舰船目标的三维几何模型；步骤二 对舰船目标的三维几何模型进行划分，使划分后的各部件满足随机摆动条件下非相干叠加条件；步骤三对划分后的各部件按照与其最接近的几何形状近似为基本散射体；步骤四提取各个基本散射体的几何信息；步骤五计算各个基本散射体的雷达散射截面；步骤六计算各部件的等效雷达散射截面值；步骤七 结合舰船目标各部件的高度，计算出舰船各部件在不同高度上的雷达散射截面值的变化关系。
2.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤一中，先对舰船目标上各个部件单独建立三维几何模型，再对所有部件进行三维空间的拼接，组合成舰船目标的三维几何模型。
3.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤二中，在模型空间中划分舰船目标的三维几何模型时，步长划分时的步长1满足 kl Y C1 > > 1，其中Y C1为舰船目标随机摆动的角度，k = 2Ji/X = 2Jif/c为电磁波波数， λ为电磁波波长，f为电磁波的频率。
4.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤三中，将划分后的各个部件按照其几何形状与球形或椭球形、矩形、圆柱形、二面角等基本形状的近似度，选取其最接近的基本形状近似为基本散射体。
5.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，步骤三完成后进行遮挡面判别，先做自遮挡面判别，将基本散射体的法线方向朝向雷达视点方向的面判别为可见面，然后做互遮挡面判别，将各个基本散射体之间互投影平面上每一点所对应的面元深度进行比较，取最近面元为可见面。
6.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，步骤四中提取舰船目标模型的几何信息，式在3DS Max三维建模软件中选择ASCII场景导出ASE文件，对ASE文件的结构进行解析，导出网格模型中每个点的三维坐标值、法向量坐标及纹理坐标；每个网格面的拓扑结构信息；网格面的编号、面上点的索引、面上点的纹理索引及面的法向量坐标信息中的一个或多个。
7.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤五中，先根据提取得到的各基本散射体的几何信息，计算基本散射体雷达散射截面，然后计算出随机摆动条件下各基本散射体的平均雷达散射截面值。
8.根据权利要求1或7所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤五中，计算基本散射体的雷达散射截面公式为
9.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤五中，计算各个基本散射体的雷达散射截面后，进一步计算出随机摆动条件下各基本散射体的平均雷达散射截面值；摆动条件下各基本散射形状的平均雷达散射截面计算表达式为 式中，σ (θ，γ)为基本散射形状随角度变化的Rcs，w(e，y)是摇摆角、颠簸角的二维概率密度函数。
10.根据权利要求1所述的大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，其特征在于，在步骤六中，计算海面影响下各部件的等效雷达散射截面值公式为$ ν ，式中，Vav为海面的平均影响系数，是由海面存在时对电磁波传播产生的多径效应，根据海面参数可计算出海面的平均影响系数为其中的参数有镜面反射系数^s，漫反射系数^d，目标和雷达天线的高度h、Iv以及海面瑞利参数;卩4:《，瑞利参数中的λ为电磁波波长，β为入射波的掠射角，μ为海面起伏的波高均方根值。进一步，镜面反射系数和漫反射系数也是由瑞利参数所决定的，它们之间的关系为
全文摘要
本发明公开了大气波导内舰船目标雷达散射截面分层计算方法，对舰船目标的三维几何模型划分后近似为基本散射体，提取各个基本散射体的几何信息计算其雷达散射截面，结合基本散射体的高度，计算出舰船目标在不同高度上的雷达散射截面值的变化关系，根据大气波导的电磁波传播因子，计算舰船目标的散射功率强度。本发明提供的大气波导范围内舰船目标RCS散射特性的分层计算方法，大大减少了计算量及对计算设备的要求，可实现实时计算，且充分考虑了起伏海面对电磁波传播的影响，计算结果更加合理、有效，对于微波超视距雷达的技术发展、装备更新和作战运用具有重要的军事意义。
文档编号G01S7/41GK102226840SQ20111006981
公开日2011年10月26日 申请日期2011年3月23日 优先权日2011年3月23日
发明者卢建斌, 席泽敏, 张明敏 申请人:中国人民解放军海军工程大学