[發明專利]用于同時完成多重定標與背景提取測量的定標體設計方法

有效

• 申請號: 201810441965.2
• 申請日: 2018-05-10
• 公開（公告）號: CN108627811B
• 公開（公告）日: 2021-08-20
• 發明（設計）人: 許小劍;梁麗雅
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 北京科迪生專利代理有限責任公司 11251
• 代理人: 楊學明;成金玉

1.一種用于同時完成多重定標與背景提取測量的定標體ECAM的幾何外形的設計方法，其特征在于：在SCAM外形的基礎上，將SCAM外形結構中僅由直徑一個參數確定的圓弧面修改為由短軸和長軸兩個參數共同確定的橢圓弧面，其中橢圓弧面的長軸長等于SCAM定標體的高，短軸長度可以根據實際需求進行調節，稱這一新的外形設計為橢球面CAM，簡記為ECAM；

ECAM的基本外形構成如下：首先由兩個半徑不同、高度相同且相切的直立圓柱體，以及與大、小圓柱體的圓弧面相切的高度等于兩個圓柱體高的兩塊平板，共同構成封閉幾何結構體，稱為雙柱體，簡稱為CAM；在此基礎上，沿CAM外形在360°全方位上增加一個半橢圓弧面，橢圓弧面的長軸長等于CAM的高，短軸長可根據實際需求調節，這樣原來CAM外形兩端面的大、小圓柱側面和側面平板面分別變成大、小橢球柱面和側面橢圓柱面，由此外形構成的新型定標體，稱為ECAM定標體。

2.一種用于同時完成多重定標與背景提取測量的ECAM標準定標體，其為權利要求1所述的定標體ECAM的幾何外形設計方法所設計出來的，其特征在于：ECAM的基本外形構成包括：兩端為大、小不同的兩個橢球柱，兩側為橢圓柱面，上下截面為平板面；將ECAM作為標準定標體進行360°全方位旋轉測量時，可等效為三個標準散射體：大橢球柱,簡稱LEC、小橢球柱,簡稱SEC和橢圓柱面,簡稱RE。

3.根據權利要求2所述的用于同時完成多重定標與背景提取測量的ECAM標準定標體，其特征在于：在高頻區，ECAM定標體的LEC、SEC為SCAM定標體大、小球柱所對應的方位，其理論RCS可采用以下公式計算：

式中，σ_i為LEC、SEC的RCS；a為橢圓弧面的短半軸長；r_i為LEC、SEC的半徑；h為ECAM定標體的高，同時也是ECAM外圍橢圓弧面的長軸長；

ECAM定標體兩側的RE為SCAM兩側圓柱面所對應的方向，其最大RCS電平滿足以下公式：

式中，為波數，c為傳播速度，f為雷達頻率；r₁為LEC的半徑；r₂為SEC的半徑；a為橢圓弧面的短半軸長；h為ECAM定標體的高，可見：

(1)通過調節ECAM橢圓弧面的短軸長度a可以改變ECAM三個等效標準散射體SEC、LEC、RE的RCS電平；在多重定標中，要求多個定標體的RCS值相差越大越好，因此，可以通過調節ECAM橢圓弧面的短半軸長度a，選擇合適的LEC、SEC的RCS比值，以滿足多重定標的需求；

(2)同SCAM類似，ECAM的RCS特性為：等效標準體LEC、SEC的RCS電平不隨頻率變化，等效標準體RE的最大RCS與頻率成正比，這種特性有利于提高RCS測量中的定標精度。

4.一種基于同時完成多重定標與背景提取測量的ECAM標準定標體的背景提取處理方法，ECAM標準定標體為權利要求2所述的ECAM標準定標體，其特征在于：為了提取背景信號，可將ECAM作為輔助測量體置于低散射金屬支架上，對ECAM進行360°全方位旋轉測量，若旋轉中心為大小橢球柱的切點位置，則當ECAM隨支架頂部的轉臺轉動時，ECAM的等效散射體SEC、LEC與天線之間的距離均會發生改變，可將ECAM看作是兩個偏心放置的橢球柱，SEC、LEC的散射特性為：在橢球柱所定義的方位角范圍內，其回波的幅度不隨方位角變化，但由于偏心安裝，其回波的相位隨ECAM的方位旋轉而劇烈變化；而由于低散射支架本身并不轉動，其產生的背景雜波信號的幅度和相位均不隨方位變化；根據兩者信號的這種不同特點，在I/Q相平面上進行同心圓擬合處理，可以得到半徑不同的兩個同心圓，圓心在I-Q平面上的坐標值記為(A,B)，即為背景信號的I、Q分量B_I(f)和B_Q(f)，兩同心圓的半徑分別記為R₁和R₂；

對于每個頻率點，若SEC定義的方位角范圍內的數據集為(X_i,Y_i) i＝1,2,3...N_s，N_s為SEC數據集的方位測量樣本數，數據集中每一點到圓心的距離與半徑平方差可表示為：

δ_i＝(X_i-A)²+(Y_i-B)²-R₁²＝X_i²+Y_i²+aX_i+bY_i+c₁ (26)

對于每個頻率點，若LEC定義的方位角范圍內的數據集為(X_j,Y_j) j＝1,2,3...N_l，N_l為LEC數據集的方位測量樣本數，數據集中每一點到圓心的距離與半徑平方差可表示為：

根據擬合圓算法原理，有：

這樣可將擬合同心圓參數的求解問題轉化為通過優化方程求解參數a,b,c₁,c₂使得f(a,b,c₁,c₂)取最小值；

將式(28)分別對參數a,b,c₁,c₂求偏導可得到：

聯立式(29)-(32)化簡可得：

其中，

解方程組(33)可得：

因此，通過比較式(26)和(27)兩端的系數可得到：

其中，(A,B)表示擬合同心圓的圓心位置，也即背景信號的I、Q分量B_I(f)和B_Q(f)。