一种基于时反的目标宽带累积得益及方位敏感性分析方法与流程

本发明涉及电磁散射建模，特别涉及一种基于时反的目标宽带累积得益及方位敏感性分析方法。

背景技术：

1、从目标电磁散射机理上分析，相对雷达入射波长目标表现为电大尺寸，高频散射构成了目标主要散射贡献，使得目标表面边缘、顶点、几何不连续处等位置，属性结构一致，后向散射能量聚集，形成局部的散射源或散射中心。目标的散射场是多散射中心电场的空间矢量合成。在窄带情况下，由于分辨率较低，目标各散射中心贡献混叠，无法实现有效分辨，而其在散射中心贡献累积过程中由于其相位的随机性，存在对消现象，不利于目标检测。而在宽带情况下，若能通过对主要散射中心贡献的最佳匹配接收，将各散射中心贡献进行有效积累，可实现散射能量的增强与探测能力的提升。

2、虽然国内外多家单位针对宽带情况下目标的探测问题开展了研究，研究方向涵盖宽带下的目标检测、目标分类等。但对于如何利用宽带信号实现扩展目标散射中心能量的积累，以及目标的最佳匹配宽带信号的方位敏感性问题尚存在欠缺。因此亟需开展基于时反的目标宽带累积得益及方位敏感性分析方法研究。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种基于时反的目标宽带累积得益及方位敏感性分析方法，从时域电磁散射模拟测试入手，利用宽带窄脉冲信号对目标进行一次探测，对目标的一次回波响应信号进行时间反转与能量匹配，获取与目标散射中心分布最佳匹配的二次发射信号，通过二次发射实现扩展目标多散射中心贡献的宽带累积得益分析。本发明还将基于时域的时反分析方法推广到扫频信号，利用宽带扫频特性数据进行目标宽带累积得益分析。本发明还在方位角失配的情况下，通过分析窄脉冲响应信号、失配响应信号(分别作为扫频模拟测试时的一次、二次回波信号)的时域峰值和频谱峰值差异，对匹配接收响应信号(作为扫频模拟测试时的二次发射信号)的方位敏感性进行研究。

2、为了达到上述目的，本发明提供一种基于时反的目标宽带累积得益及方位敏感性分析方法，包括：

3、s1、利用宽带窄脉冲信号ptx对目标进行一次探测，并接收对应的一次回波信号prx；对所述一次回波信号prx进行时间反转与能量匹配操作，生成时反匹配信号mtx；利用所述时反匹配信号mtx对目标进行二次探测，并接收对应的二次回波信号mrx；基于所述一次回波信号prx、二次回波信号mrx分析目标宽带累积得益；

4、s2、为目标的宽带扫频散射特性数据设计对应的高斯窄脉冲信号，利用所述高斯窄脉冲信号对目标进行一次探测；基于第i方位角下的所述宽带扫频散射特性数据，生成第i方位角下目标对高斯窄脉冲信号的窄脉冲响应信号si(t)；对所述窄脉冲响应信号si(t)进行时间反转与能量匹配操作，得到对应的时反匹配信号s′i(t)；i∈[1,n]，n为方位角的总个数；

5、s3、将所述时反匹配信号s′i(t)作为第i方位角下对目标进行二次探测的发射信号，获取目标对时反匹配信号s′i(t)的匹配接收响应信号s″i(t)，比较所述匹配接收响应信号s″i(t)和窄脉冲响应信号si(t)，分析目标宽带累积得益；

6、s4、将时反匹配信号s′i(t)作为第j方位角下对目标进行二次探测的发射信号，获取第j方位角下目标对时反匹配信号s′i(t)的失配响应信号sij(t)；j∈[1,n]；基于失配响应信号sij(t)和窄脉冲响应信号sj(t)，分析方位角失配情况下的目标宽带累积得益；sj(t)为第j方位角下目标对高斯窄脉冲信号的窄脉冲响应信号。

7、可选的，步骤s1中，时反匹配信号mtx的表达式为：

8、

9、t为时间，a为宽带窄脉冲信号ptx相对一次回波信号prx的能量归一化系数，

10、

11、可选的，步骤s1中，基于一次回波信号prx、二次回波信号mrx分析目标宽带累积得益，包括：

12、s11、分析一次回波信号prx、二次回波信号mrx的时域峰值差异；

13、s12、获取一次回波信号prx、二次回波信号mrx的频谱分布，分析一次回波信号prx、二次回波信号mr的频谱峰值差异。

14、可选的，步骤s12中，通过离散时间序列的傅里叶变换，获取一次回波信号prx、二次回波信号mrx的频谱分布。

15、可选的，步骤s2包括：

16、s21、为目标的宽带扫频散射特性数据设计对应的高斯窄脉冲信号，利用所述高斯窄脉冲信号对目标进行一次探测；

17、s22、通过傅里叶变换，将第i方位角下的宽带扫频散射特性数据转换为第i方位角下的一维距离像，将该一维距离像的横轴由径向距离改为时间，得到第i方位角下目标的冲击响应ci(t)；

18、s23、对所述冲击响应ci(t)进行差值处理，保证其与所述高斯窄脉冲信号具有相同的时间采样间隔；

19、s24、将高斯窄脉冲信号与冲击响应ci(t)进行卷积，得到第i方位角下目标对高斯窄脉冲信号的窄脉冲响应信号si(t)；

20、s25、对所述窄脉冲响应信号si(t)进行时间反转与能量匹配操作，得到对应的时反匹配信号s′i(t)；i∈[1,n]，n为方位角的总个数；

21、

22、t为时间，β为冲击响应ci(t)相对时反匹配信号s′i(t)的能量归一化系数，

23、

24、可选的，步骤s21中，高斯窄脉冲信号的时域波形为sg(t)，

25、

26、t为时间；π为圆周率；fc、b分别为宽带扫频特性数据的载频、带宽；e为自然指数；ts为时域波形sg(t)的脉冲宽度，

27、ts＝1/b。

28、可选的，步骤s3包括：

29、s31、将时反匹配信号s′i(t)与冲击响应ci(t)进行卷积，得到目标对时反匹配信号s′i(t)的匹配接收响应信号s″i(t)；

30、s32、通过比较匹配接收响应信号s″i(t)和窄脉冲响应信号si(t)的时域峰值差异，分析目标宽带累积得益；

31、s33、获取匹配接收响应信号s″i(t)、窄脉冲响应信号si(t)的频谱分布；通过比较匹配接收响应信号s″i(t)、窄脉冲响应信号si(t)的频谱峰值差异，分析目标宽带累积得益。

32、可选的，步骤s4包括：

33、s41、将时反匹配信号s′i(t)与冲击响应cj(t)进行卷积，得到第j方位角下目标对时反匹配信号s′i(t)的失配响应信号sij(t)；cj(t)为第j方位角下的目标的冲击响应；

34、s42、比较失配响应信号sij(t)与窄脉冲响应信号si(t)的时域峰值差异，分析目标宽带累积得益；

35、s43、获取失配响应信号sij(t)、窄脉冲响应信号si(t)的频谱分布；通过比较失配响应信号sij(t)、窄脉冲响应信号si(t)的频谱峰值差异，分析目标宽带累积得益。

36、可选的，所述第一回波信号prx包含目标的方位、距离、瞬态散射中的至少一个。

37、与现有技术相比，本发明的有益效果在于：

38、本发明的基于时反的目标宽带累积得益及方位敏感性分析方法，在时域电磁散射模拟测试时，基于目标对宽带窄脉冲信号(时域电磁散射模拟测试的一次发射信号)响应的时反匹配信号(时域电磁散射模拟测试的二次发射信号)，分析匹配接收(二次发射信号匹配目标散射中心分布)时对二次回波能量峰值的提升效果。

39、本发明在扫频模拟测试时，基于任意频率的宽带扫频特性数据，为目标模拟生成对应的高斯窄脉冲信号(作为扫频模拟测试时的一次发射信号)，获取目标对高斯窄脉冲信号的窄脉冲响应信号，将该窄脉冲响应信号作为扫频模拟测试时的二次发射信号，分析方位角匹配、失配情况下，二次回波能量峰值的提升效果。本发明不受扫描步进频率限制，并能够获得目标宽带累积得益的方位敏感性，具有重要的研究价值。