一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法
【专利摘要】本发明公开了一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法，该方法包含如下步骤：获取地海粗糙面被照射区域的中心位置。采用高频近似法计算获取多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值。计算获取目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献。将观测位置设置在目标被照射区域正下方的水平面处，计算获取多个目标双站强散射点的双站散射RCS值。通过基尔霍夫近似原则计算垂直入射时，地海粗糙面关于目标局部的镜像散设贡献。合成计算近场超低空目标与地海粗糙面的主要复合散射贡献，获取复合散射RCS值。该方法将强散射点引入近场目标与粗糙面复合多次散射计算中，降低了目标与地海面耦合散射计算量；同时不局限于平坦地海面，可适用于较大起伏的地海粗糙面。
【专利说明】一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法
【技术领域】
[0001]本发明涉及目标电磁散射特性计算获取技术，具体涉及一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法。
【背景技术】
[0002]对超低空飞行或地海面目标，目标散射回波与地海面背景回波将相互混叠,且目标与地海面间存在较强的复合多次散射，目标回波信号通常被地海杂波淹没，这将极大地影响了目标的探测，需要深入研究目标与地海面复合散射特性，仿真计算作为获取上述特性的主要手段之一，其研究是近年来国内外电磁散射建模主要热点之一。2001年，“四路径”的半空间模型方法已被提出，用于近似计算远场情况下目标与较平坦地海面的复合散射问题。但近场窄波束照射情况下，被照射的地海面区域较小，其统计特征随区域位置剧烈变化，难以采用上述“四路径”方法；尤其对超低空运动目标，目标与粗糙面相对位置时刻变化，需逐点计算两者间耦合散射，且通常近场仿真计算要求的取样点密度较高(单次计算要求几千上万采样点)，其计算量十分巨大，迫切要求一种快速有效的近场复合散射计算方法。
[0003]另一方面，近年来各种电磁算法也被用于研究目标与地海面复合散射问题，但与单纯目标的电磁散射问题有限计算量相比，目标与地海粗糙面的复合电磁散射求解问题在厘米波、毫米波等高频段下的电尺寸十分巨大(达几万波长以上)，且目标与粗糙面间存在较大耦合，目前仍缺少有效的快速算法:然而电磁流迭代及波束追踪算法等高频渐进法尽管可实现目标与地海面复合多次散射的计算，但其计算速度还有待提高，仍难以满足工程应用每计算点耗时秒量级以下的要求，这极大地限制了目标与环境复合散射模型的推广应用。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法，用于解决现有技术中近场超低空目标与地海粗糙面复合散射计算速度较慢，难以满足工程应用要求的问题。
[0005]为了达到上述目的，本发明通过以下技术方案实现:
[0006]一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法，其特点是，该方法包含如下步骤:
[0007]步骤1，获取地海粗糙面被照射区域的中心位置。
[0008]步骤2，根据地海粗糙面被照射区域的中心位置，采用高频近似法计算获取多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值σ π。
[0009]步骤3，根据上述的多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值。π，通过基尔霍夫近似原则计算获取目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献Sp
[0010]步骤4，将观测位置设置在目标被照射区域正下方的水平面处，采用高频近似法计算获取多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 2i。
[0011]步骤5，根据上述的多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 2i ;通过基尔霍夫近似原则计算垂直入射时，地海粗糙面关于目标局部的镜像散设贡献S2。
[0012]步骤6，合成计算近场超低空目标与地海粗糙面的主要复合散射贡献，获取复合散射RCS值σ。
[0013]上述的步骤I包含如下步骤:
[0014]步骤1.1，将地海粗糙面进行网格面元剖分。
[0015]步骤1.2，根据观测天线主波束照射范围，提取被照射区域内的多个地海粗糙面网格面元。
[0016]步骤1.3，将提取被照射区域内的各个地海粗糙面网格面元中心进行平均计算，获取地海粗糙面的被照射区域中心位置。
[0017]上述的步骤2包含如下步骤:
[0018]步骤2.1，将获取的地海粗糙面被照射区域中心位置设置为观测位置Ml。
[0019]步骤2.2，根据目标距离地海粗糙面的高度，将目标进行分块处理。
[0020]步骤2.3，采用高频近似法分别计算各分块目标的后向散射RCS值，并将其分别等效为位置处于各分块目标中心、幅度为后向散射RCS值的散射点。
[0021]步骤2.4，根据各散射点的幅度，通过计算保留幅度大于阈值的强散射点，即获取了多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值σ π。
[0022]上述的步骤3包含:
[0023]步骤3.1，将上述的步骤2获取目标的多个镜像强散射点的位置分别设为接收观测点。
[0024]步骤3.2，根据该多个接收观测点，通过基尔霍夫近似原则计算出地海粗糙面的双站散射函数值ζ2?。
[0025]步骤3.3，根据上述的地海粗糙面的双站散射函数值ζ 21、观测天线到上述的观测位置Ml、上述的多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值。π、上述的观测位置Ml到多个目标镜像强散射点的距离，计算获取上述的目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献Sp
[0026]上述的步骤4包含如下步骤:
[0027]步骤4.1，在观测天线主波束照射下，将观测位置M2设定在目标被照射区域正下方的水平面处。
[0028]步骤4.2，根据目标距离地海粗糙面的高度，将目标进行分块处理。
[0029]步骤4.3，分别计算各分块目标的双站散射RCS值，并将其分别等效为位置处于各分块目标中心、幅度为双站散射RCS值的散射点。
[0030]步骤4.4，根据各散射点的幅度，通过计算保留幅度具有大于阈值的强散射点，SP获取了多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 2i。
[0031]上述的步骤5包含如下步骤:
[0032]步骤5.1，将通过上述的步骤4获取的多个目标双站强散射点的位置分别设为接收观测点。
[0033]步骤5.2，根据该多个接收观测点，通过基尔霍夫近似原则计算出地海粗糙面的后向散射函数值ζπ。
[0034]步骤5.3，根据上述的地海粗糙面的后向散射函数值ζ π、观测天线到多个目标双站强散射点的距离、上述的多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 21、上述的观测位置M2到多个目标双站强散射点的距离，计算获取上述的地海粗糙面关于目标局部的镜像散设贡献S2。
[0035]上述的步骤6中根据上述的步骤3获取的上述的目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献S1、根据上述的步骤5获取的目上述的地海粗糙面关于目标局部的镜像散射贡献S2及单独目标的散射贡献St，单独地海粗糙面的散射贡献Ssea，及观测天线至目标中心的距离；根据如下球面波下雷达散射截面积的定义:
[0036]ο = 4π R4| S1+S2+S1+SSEA |2 ；
[0037]计算获取复合散射的雷达散射截面积σ。
[0038]本发明与现有技术相比具有以下优点:
[0039]本发明根据目标与粗糙面间主要的复合多次散射机制，利用目标单双站强散射点的特性，实现近场超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算，具有如下优点:(I)、本发明方法将强散射点引入近场目标与粗糙面复合多次散射计算中，极大地降低了目标与地海面耦合散射计算量，在毫米波段全尺寸巡航弹目标与粗糙海面复合散射单点计算耗时可降低至秒量级(单进程)，满足工程应用需求。(2)本发明方法不局限于平坦地海面，可适用于较大起伏的地海粗糙面。
【专利附图】
【附图说明】
[0040]图1为本发明一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法的流程图。
[0041]图2为本发明一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法的地海粗糙面被照射区域示意图。
[0042]图3为本发明一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法的对应超低空目标腹部的镜像散射点分布图。
[0043]图4为本发明一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法的目标双站散射点分布图。
[0044]图5为本发明一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法的复合散射RCS结果及对比图之一。
[0045]图6为本发明一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法的复合散射RCS结果及对比图之二。
【具体实施方式】
[0046]以下结合附图，通过详细说明一个较佳的具体实施例，对本发明做进一步阐述。
[0047]如图1所示，一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法，该方法包含如下步骤:
[0048]如图2所示，图中观测天线处于Α0，目标离地海粗糙面高度为H。
[0049]步骤1，获取地海粗糙面被照射区域的中心位置。该步骤包含如下步骤:
[0050]步骤1.1，将地海粗糙面进行网格面元剖分。
[0051]步骤1.2，根据观测天线主波束照射范围，提取被照射区域内的多个地海粗糙面网格面元。
[0052]本实施例中，按照归一化天线波束增益不小于_3dB提取被照射区域内的地海粗糙面网格面元。
[0053]步骤1.3，将提取被照射区域内的各个地海粗糙面网格面元中心进行平均计算，获取地海粗糙面的被照射区域中心位置。如图2所示，点Ml即为地海粗糙面的被照射区域中心位置。
[0054]步骤2，根据地海粗糙面被照射区域的中心位置，采用高频近似法计算获取多个目标镜像强散射点的后向散射RCS (Radar Cross-Sect1n雷达散射截面积，简称RCS)值σ π。该步骤包含如下步骤:
[0055]步骤2.1，将获取的地海粗糙面被照射区域中心位置设置为观测位置Μ1，即从目标的腹部方向进行观测。
[0056]步骤2.2，根据目标距离地海粗糙面的高度，将目标进行分块处理。
[0057]本实施例中，根据目标距离地海粗糙面的高度H，各个分块目标的尺寸D满足:
【权利要求】
1.一种超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速计算方法，其特征在于，该方法包含如下步骤: 步骤1，获取地海粗糙面被照射区域的中心位置； 步骤2，根据地海粗糙面被照射区域的中心位置，采用高频近似法计算获取多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值σ π ; 步骤3，根据所述的多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值。π，通过基尔霍夫近似原则计算获取目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献S1 ； 步骤4，将观测位置设置在目标被照射区域正下方的水平面处，采用高频近似法计算获取多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 2i ; 步骤5，根据所述的多个目标双站强散射点的双站散射RCS值O2i ;通过基尔霍夫近似原则计算垂直入射时，地海粗糙面关于目标局部的镜像散设贡献S2 ； 步骤6，合成计算近场超低空目标与地海粗糙面的主要复合散射贡献，获取复合散射RCS 值 σ。
2.如权利要求1所述的用于超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速算法，其特征在于，所述的步骤I包含如下步骤: 步骤1.1，将地海粗糙面进行网格面元剖分； 步骤1.2，根据观测天线主波束照射范围，提取被照射区域内的多个地海粗糙面网格面元; 步骤1.3，将提取被照射区域内的各个地海粗糙面网格面元中心进行平均计算，获取地海粗糙面的被照射区域中心位置。
3.如权利要求2所述的用于超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速算法，其特征在于，所述的步骤2包含如下步骤: 步骤2.1，将获取的地海粗糙面被照射区域中心位置设置为观测位置Ml ； 步骤2.2，根据目标距离地海粗糙面的高度，将目标进行分块处理； 步骤2.3，采用高频近似法分别计算各分块目标的后向散射RCS值，并将其分别等效为位置处于各分块目标中心、幅度为后向散射RCS值的散射点； 步骤2.4，根据各散射点的幅度，通过计算保留幅度大于阈值的强散射点，即获取了多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值σ π。
4.如权利要求3所述的用于超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速算法，其特征在于，所述的步骤3包含: 步骤3.1，将所述的步骤2获取目标的多个镜像强散射点的位置分别设为接收观测点； 步骤3.2，根据该多个接收观测点，通过基尔霍夫近似原则计算出地海粗糙面的双站散射函数值ζ 2i ； 步骤3.3，根据所述的地海粗糙面的双站散射函数值ζ 21、观测天线到所述的观测位置Ml的距离、所述的多个目标镜像强散射点的后向散射RCS值。π、所述的观测位置Ml到多个目标镜像强散射点的距离，计算获取所述的目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献Sp
5.如权利要求4所述的用于超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速算法，其特征在于，所述的步骤4包含如下步骤: 步骤4.1，在观测天线主波束照射下，将观测位置M2设定在目标被照射区域正下方的水平面处； 步骤4.2，根据目标距离地海粗糙面的高度，将目标进行分块处理； 步骤4.3，采用高频近似法分别计算各分块目标的双站散射RCS值，并将其分别等效为位置处于各分块目标中心、幅度为双站散射RCS值的散射点； 步骤4.4，根据各散射点的幅度，通过计算保留幅度具有大于阈值的强散射点，即获取了多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 2i。
6.如权利要求5所述的用于超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速算法，其特征在于，所述的步骤5包含如下步骤: 步骤5.1，将通过所述的步骤4获取的多个目标双站强散射点的位置分别设为接收观测点； 步骤5.2，根据该多个接收观测点，通过基尔霍夫近似原则计算出地海粗糙面的后向散射函数值ζ ? ； 步骤5.3，根据所述的地海粗糙面的后向散射函数值ζ π、观测天线到多个目标双站强散射点的距离、所述的多个目标双站强散射点的双站散射RCS值σ 21、所述的观测位置M2到多个目标双站强散射点的距离，计算获取所述的地海粗糙面关于目标局部的镜像散设贡献 S2。
7.如权利要求6所述的用于超低空目标与地海粗糙面复合散射的快速算法，其特征在于，所述的步骤6中根据所述的步骤3获取的所述的目标关于地海粗糙面镜像的散射贡献S1、根据所述的步骤5获取的目所述的地海粗糙面关于目标局部的镜像散射贡献S2及单独目标的散射贡献&，单独地海粗糙面的散射贡献Ssea，及观测天线至目标中心的距离R ;根据球面波下雷达散射截面积的定义:
σ = 4 31 R41 S^SJSJSsea |2
计算获取复合散射的雷达散射截面积σ。
【文档编号】G06F19/00GK104077482SQ201410300754
【公开日】2014年10月1日 申请日期:2014年6月27日 优先权日:2014年6月27日
【发明者】梁子长, 王晓冰, 高伟, 林嘉轩 申请人:上海无线电设备研究所