基于扫频RCS测量的时域门变换方法与流程

本发明涉及综合试验测量技术领域，尤其涉及基于扫频rcs测量的时域门变换方法。

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。

在扫频rcs测量中，为了去除目标区外的杂散影响，经常会用到软件时域加门的方法对目标时域响应进行选取。信号加时域窗等效于在频域相卷积，变换后生成的新频域数据等于原始频域数据与sinx/x函数的卷积。sinx/x函数的旁瓣非常大，并且持续相当大的范围，经常掩盖所需的原始函数响应。如果原始函数在频率端点处趋于零，那么截断效应将最小化。应用窗函数可使频率响应逐渐减小，从而限制在截断过程中生成的旁瓣。

然而，加窗处理通常会造成频谱泄漏，即某一频率的信号能量扩散到相邻频率点的现象，具体表现为经过门换的原始频率响应不再清晰、展宽也使得坡度变得平缓，从而降低变换的分辨率并使原始频率响应在拐点处出现失真。这样很难对变换所得函数的真实性进行评估。所以，在采用窗函数法构造时域门函数的时候须在旁瓣幅度和分辨率之间进行折中。另外，时域加门后重新变换生成的频域数据由于变换方法本身也会造成偏差，且在各个频点上的偏差不一致，因此需要对时域变换后的频域数据进行重归一化(重定标)来保持它的物理含义且更接近于真实。

技术实现要素：

本发明的目的在于提出基于扫频rcs测量的时域门变换方法，能够解决时域选通和数据截断过程中造成的数据失真问题，从而增强rcs测量后处理方法和数据的适用性和准确性。

本发明基于扫频rcs测量的时域门变换方法，包括：

s1、根据选通区域构造矩形门，对所述矩形门进行加窗处理，得到门函数；

s2、采用所述门函数对目标的频域回波数据进行加门处理，得到目标频域数据；

s3、采用所述门函数对门中心的单位点定标体的频域回波数据进行加门处理，得到单位点目标频域数据；

s4、利用所述单位点定标体频域数据对所述目标频域数据进行重归一化处理，得到目标的扫频rcs数据。

优选地，步骤s1中采用凯泽kaiserbeta窗或哈明hamming窗对所述矩形门进行加窗处理。

优选地，所述矩形门为：

式中，gr(t)为矩形门；tc为门中心，tp为门的宽度，t为门上任意一点，单位为m。

优选地，步骤s1包括：

获取所述矩形门gr(t)的频域形式gr(f)为：

对所述矩形门gr(t)的频域形式gr(f)加窗后得到gr-w(f)：

gr-w(f)＝gr(f)·w(f)

将gr-w(f)重新变换回时域，得到所述门函数g′r(t)：

其中，f为频率，单位为mhz；w(f)为窗函数；表示卷积；tp为门的宽度，t为门上任意一点，单位为m。

优选地，步骤s2包括：

获取目标的频域回波数据etarg(f)的频域形式etarg(t)；

采用所述门函数g′r(t)对目标的频域回波数据etarg(f)的频域形式etarg(t)加窗后得到etarg(t)·g′r(t)；

将etarg(t)·g′r(t)重新变换回时域，得到目标频域数据e′targ(f)：

其中，f为频率，单位为mhz；w(f)为窗函数；表示卷积。

优选地，步骤s3包括：

获取门中心的单位点定标体的频率响应ecali(f)＝exp(-j2πtcf)，将ecali(f)转换为频域形式ecali(t)；

对ecali(t)加窗后得到ecali(t)·g′r(t)；

将ecali(t)·g′r(t)重新变换回时域，得到门中心的单位点定标体频域数据

式中，f为频率，单位为mhz；tc为门中心，t为门上任意一点，单位为m。

优选地，目标的扫频rcs数据为：

式中，f为频率，单位为mhz；e′targ(f)为目标频域数据；e′cali(f)为门中心的单位点定标体频域数据。

本发明的有益效果如下：

(1)借鉴了滤波器的构造原理，通过加窗处理构造门函数，能够减少旁瓣效应，有效降低原始数据采用门换后的频谱泄漏从环节上减少了数据失真的强度，增强rcs测量后处理方法和数据的适用性和准确性；

(2)利用单位点定标体频域数据对加门处理后的目标频域数据进行重归一化处理，能够修正因为数字化处理过程所带来的能量损失所造成的数据误差，重归一化处理后得到的扫频rcs数据能更真实反映目标的频率特性。

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是本发明基于扫频rcs测量的时域门变换方法的流程示意图；

图2a是目标的门选通示意图，图2b是门内目标区域的频率响应示意图；

图3a是定标体的门选通示意图，图3b是门内定标体区域的频率响应示意图；

图4是重归一化并定标处理后目标的扫频rcs曲线示意图。

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。

在扫频rcs(radarcross-section，即雷达散射截面)测量中，无论是微波暗室rcs测试还是室外场rcs测试，都需要距离选通，把感兴趣的东西(目标)保留下来，把其它东西(杂散)去除。除了硬件门选通，一般都还要用到软件门(也称时域门)对回波效应进行局部微调。而软件时域门选通作为rcs测量最关键的技术之一，处理的好坏将直接影响到测量数据的准确与否。时域门选通主要涉及两个关键环节，一个是构造合适的门函数，另一个是修正数字化处理过程所带来的能量损失所造成的数据误差。

为了构造合适的门函数，本发明在步骤s1中首先根据选通区域构造矩形门，对矩形门进行加窗处理，得到门函数，如图1所示。矩形窗属于时间变量的零次幂窗，这种窗的优点是主瓣比较集中，缺点是旁瓣较高，并有负旁瓣，导致变换中带进了高频干扰和泄漏，甚至出现负谱现象。如果使用简单的矩形门函数则吉布斯gibbs效应会很严重，造成大量的频谱泄漏，使得测量数据在频域的两端出现严重失真。由于使用窗函数能够减少截断效应，因此，本发明利用典型窗函数的这种特性在构造门函数时采用窗函数的方法进行设计，这种设计的最大优点就是简单灵活。通过加窗处理构造门函数，能够减少旁瓣效应，有效降低原始数据采用门换后的频谱泄漏从环节上减少了数据失真的强度，增强rcs测量后处理方法和数据的适用性和准确性。

本领域技术人员可以根据被分析目标的性质与处理要求选择合适的窗函数对矩形门进行加窗处理。如果仅要求精确读出主瓣频率，而不考虑幅值精度，则可选用主瓣宽度比较窄而便于分辨的矩形窗，例如测量物体的自振频率等；如果分析窄带信号，且有较强的干扰噪声，则应选用旁瓣幅度小的窗函数，如汉宁窗、三角窗等；对于随时间按指数衰减的函数，可采用指数窗来提高信噪比。kaiserbeta窗是一种最优化窗，它的优化准则是:对于有限的信号能量，要求确定一个有限时宽的信号波形，它使得频宽内的能量为最大。也就是说，kaiserbeta窗的频带内能量主要集中在主瓣中。hamming窗加权的系数能使旁瓣达到更小，旁瓣抑制性能好。因此，可以采用凯泽kaiserbeta窗或哈明hamming窗对所述矩形门进行加窗处理，如图1所示。

在一些实施例中，矩形门为：

式中，gr(t)为矩形门；tc为门中心坐标，tp为门的宽度，t为门上任意一点，单位为m。

步骤s1中，可以按照如下方法构建门函数，包括：

获取所述矩形门gr(t)的频域形式gr(f)为：

对所述矩形门gr(t)的频域形式gr(f)加窗后得到gr-w(f)：

gr-w(f)＝gr(f)·w(f)

将gr-w(f)重新变换回时域，得到所述门函数g′r(t)：

其中，f为频率，单位为mhz；w(f)为窗函数；表示卷积；tp为门的宽度，t为门上任意一点，单位为m。

在步骤s2中采用步骤s1构建的门函数对目标的频域回波数据进行加门处理，得到目标频域数据。优选地，步骤s2包括：

获取目标的频域回波数据etarg(f)的频域形式etarg(t)；

采用所述门函数g′r(t)对目标的频域回波数据etarg(f)的频域形式etarg(t)加窗后得到etarg(t)·g′r(t)；

将etarg(t)·g′r(t)重新变换回时域，得到目标频域数据e′targ(f)：

其中，f为频率，单位为mhz；w(f)为窗函数；表示卷积。

图2a是目标的门选通示意图，图2b是门内目标区域的频率响应示意图。

在步骤s3中采用步骤s1构建的门函数对门中心的单位点定标体的频域回波数据进行加门处理，得到单位点目标频域数据。图3a是定标体的门选通示意图，图3b是门内定标体区域的频率响应示意图。优选地，步骤s3包括：

获取门中心的单位点定标体的频率响应ecali(f)＝exp(-j2πtcf)，将ecali(f)转换为频域形式ecali(t)；

对ecali(t)加窗后得到ecali(t)·g′r(t)；

将ecali(t)·g′r(t)重新变换回时域，得到门中心的单位点定标体频域数据

式中，f为频率，单位为mhz；tc为门中心，t为门上任意一点，单位为m。

要想得到真实的响应数据，除了设计合理的门函数之外，还需修正因为数字化处理过程所带来的能量损失所造成的数据误差，主要的误差来源是采样与截断、窗函数、选通损耗等。对于此，本发明在步骤s4中，利用单位点定标体频域数据对目标频域数据进行重归一化处理，得到目标的扫频rcs数据。优选地，目标的扫频rcs数据为：

式中，f为频率，单位为mhz；e′targ(f)为目标频域数据；e′cali(f)为门中心的单位点定标体频域数据。

图4示出了本发明优选实施例中重归一化并定标处理后目标的扫频rcs曲线示意图，其中起始频率为8.2mhz，终止频率为12.4nhz，俯仰角和方位角均为0°。

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。