基于压缩感知算法获取介质目标宽角度RCS的方法

本发明属于雷达，更进一步涉及电磁仿真一种基于压缩感知算法cs(compressed sensing)获取介质目标宽角度雷达散射截面rcs(radar crosssection)的方法。本发明可用于获取介质目标宽角度的雷达散射截面。

背景技术：

1、目前，在低频数值法中，矩量法mom(moment of moment)广泛应用于获取简单理想导体目标宽角度rcs，而传统的获取介质目标宽角度rcs方法是基于pmchwt(poggio-miller-chan-harrington-wu-tsai)积分方程的矩量法。该方法在分析介质目标的雷达散射截面时，基于pmchwt积分方程的矩量法是针对每个角度建立起pmchwt积分方程，通过两个rwg基函数来分别模拟电流和磁流，而后构建电磁流混合矩阵方程并求解电流和磁流，最后通过电流和磁流计算雷达散射截面。但是该方法在求解介质目标宽角度雷达散射截面时，需要用两个rwg基函数建立方程组并求解，使得方程组维度增大导致计算时间和内存急剧增大，计算效率低下，不具有可行性。

2、北京理工大学在其申请的专利文献“一种基于矩量法的含介质基板天线电磁仿真方法”(申请日：2023年4月18日，申请号：202310273517.7，申请公布号：cn 115983053a)中公开了一种基于矩量法的含介质基板天线电磁仿真方法。该方法首先对天线馈电和阻抗加载端口的面、线进行标记；其次沿着天线的金属贴片边缘，在其相邻的介质表面与金属贴片内部添加网格剖分辅助线；然后根据所述标记设置天线端口，并设置求解条件；接着根据所述网格剖分辅助线对所述天线的结构进行网格三角形单元剖分，并记录剖分网格信息；最后根据所述求解条件和所述剖分网格信息进行电磁仿真。此方法在天线金属贴片内部及介质表面添加网格剖分辅助线，有效提高了利用矩量法仿真含介质基板结构天线的电磁特性时的精准度和计算效率。但是，该方法仍然存在的不足之处是：其一，该方法需要手动添加网络剖分辅助线，增加了rwg基函数的数量，使得方程维度增大导致计算时间增大。其二，该方法需要用两个rwg基函数建立方程组并求解，使得方程组维度增大导致计算时间和内存急剧增大，计算效率低下。

3、安徽理工大学在其申请的专利文献“一种快速求解三维目标双站rcs的方法”(申请日2022年3月22日，申请号：202210286946.3，申请公布号：cn 114722589a)中公开了一种快速求解三维目标双站rcs的方法，设计电磁数值计算领域，能有效提高三维导体目标双站rcs的求解效率。该方法首先采用区域分解策略求解每个块的有效模式并构造特征模基函数。然后，采用特征模基函数对应感应电流进行稀疏转换。最后，构造低维的压缩感知模型并重构出感应电流。该发明为基于压缩感知的矩量法提供了一种新的稀疏基构造方法，实现了三维目标表面感应电流的稀疏转换，提高了矩阵方程的填充和求解效率。但是，该方法仍然存在的不足之处是：其一，该方法采用按行随机抽取阻抗矩阵和激励向量的方法，不能保证抽取到矩阵中所有的有效信息，导致计算结果与传统矩量法结果仍有较大误差。其二，该方法仅适用于求解导体目标，不适用于求解介质目标。

技术实现思路

1、本发明的目的在于针对上述现有技术中存在的缺陷，提出一种基于压缩感知算法获取介质目标宽角度雷达散射截面rcs的方法，用于解决现有技术中存在的因计算次数过多导致的介质目标rcs计算效率较低的技术问题，以及随机按行抽取矩阵元素导致的介质目标rcs计算结果误差较大问题。

2、为实现上述目的，本发明的技术思路是，将每个角度产生的激励矢量作为行矢量组成激励矩阵，对激励矩阵中的每一列进行稀疏并压缩，避免了现有技术一种快速求解目标双站rcs中随机抽取阻抗矩阵和激励矢量导致的原矩阵方程中有效信息丢失问题，提高了计算介质目标的宽角度rcs时的计算精确度，再将压缩后的激励矩阵按行分解为压缩后的激励矢量并代入矩量法方程中求解，得到压缩后的感应电流矢量，再将压缩后的感应电流矢量按行组成压缩后的感应电流矩阵，对压缩后的感应电流矩阵中的每一列利用正交匹配追踪omp(orthogonal matching pursuit)算法将原压缩后的感应电流矩阵恢复成原感应电流矩阵，避免了现有技术一种基于矩量法的含介质基板天线电磁仿真方法中pmchwt矩量法方程维度较大导致求解pmchwt矩量法方程时计算效率低下的问题，从而快速计算介质目标的宽角度雷达散射截面。

3、本发明采取的技术方案包括如下步骤：

4、步骤1，设置照射介质目标的宽角度均匀入射平面波；

5、步骤2，定义rwg基函数并计算每个入射角度的激励矢量；

6、步骤3，对激励矢量分别进行稀疏、压缩；

7、步骤4，生成目标表面的pmchwt方程；

8、步骤5，求解pmchwt方程得到压缩感应电磁流矢量；

9、步骤6，通过omp算法恢复原感应电磁流矩阵；

10、步骤7，根据恢复的感应电磁流矢量，计算介质目标的雷达散射截面。

11、本发明与现有技术相比，具有如下优点：

12、第一，本发明对激励矩阵的列矢量进行稀疏并压缩，再将其带入pmcht矩量法方程求解，解决了现有问题一种基于矩量法的含介质基板天线电磁仿真方法中pmchwt矩量法方程维度过大导致的计算效率低下问题，使得本发明在仅需要求解较少次数pmchwt矩量法方程的前提下快速获取介质目标宽角度rcs，降低了求解pmchwt矩量法方程的计算复杂度，有效提高了雷达散射截面rcs的计算效率。

13、第二，本发明在对激励矩阵的列矢量进行压缩操作时，对激励矩阵中每一个列矢量左乘随机高斯矩阵，即对激励矩阵每一列中的每一个元素都乘以相应的系数再求和，保证抽取到pmchwt矩量法方程中的所有有效信息，以此降低了计算原感应电流时的误差，本发明解决了现有技术一种快速求解三维目标双站rcs的方法中随机抽取阻抗矩阵和激励向量导致的方程有效信息的丢失问题，有效提高了计算介质目标雷达散射截面rcs的准确度。

技术特征：

1.一种基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，对激励矢量分别进行稀疏、压缩，生成目标表面的pmchwt方程，求解pmchwt方程得到压缩感应电磁流矢量，通过omp算法恢复原感应电磁流矩阵；该方法包括如下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤2中所述的rwg基函数的表达式为：

3.根据权利要求2所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤1中所述的激励矢量的表达式为：

4.根据权利要求1所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤3中所述的对激励矢量进行稀疏指的是，将每个入射角度激励矢量按行组合成激励矩阵，再对每一列激励矢量左乘一个傅里叶稀疏矩阵，得到稀疏激励矩阵。

5.根据权利要求1所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤3中所述的对激励矢量进行压缩指的是，对稀疏激励矩阵中的每个列矢量左乘一个随机高斯矩阵，得到压缩激励矩阵。

6.根据权利要求3所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤4中所述的生成目标表面的pmchwt方程如下：

7.根据权利要求1所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤5中所述的求解pmchwt方程指的是通过lu分解求解得到压缩感应电磁流矢量。

8.根据权利要求1所述的基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站rcs获取方法，其特征在于，步骤6中所述的恢复原感应电磁流矩阵指的是，将压缩感应电磁流矢量按行组合成压缩感应电磁流矩阵，再对每一列通过omp算法恢复成原感应电磁流矩阵。

技术总结
本发明公开了基于压缩感知算法获取介质目标宽角度单站RCS获取方法，实现步骤为：设置照射介质目标的宽角度均匀入射平面波；定义RWG基函数并计算每个入射角度的激励矢量；对激励矢量分别进行稀疏、压缩；生成目标表面的PMCHWT方程并求解得到压缩感应电磁流矩阵；将压缩感应电磁流矩阵的每一列通过OMP算法恢复成原感应电磁流矩阵；根据感应电磁流矢量，计算介质目标的雷达散射截面。本发明能通过较少的PMCHWT方程求解次数，再结合OMP恢复算法求解出任意角度上的RCS结果，在保证精确性的前提下减小了介质目标宽角度RCS的求解时间。

技术研发人员：王兴,隽文俊,龚皓轩,刘春恒,张海荣,刘英
受保护的技术使用者：西安电子科技大学
技术研发日：
技术公布日：2024/2/21