[發(fā)明專利]基于物理光學(xué)法獲取太赫茲波段目標(biāo)雷達(dá)散射截面的方法

有效

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• 申請日: 2020-12-04
• 公開（公告）號: CN112684426B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發(fā)明（設(shè)計(jì)）人: 李江挺;張海峰;卞政;郭立新;史曉敏
• 申請（專利權(quán)）人: 西安電子科技大學(xué)
• 主分類號: G01S7/41
• 分類號: G01S7/41;G06T7/10
• 代理公司: 陜西電子工業(yè)專利中心 61205
• 代理人: 王品華;張問芬

本發(fā)明涉及一種基于物理光學(xué)法獲取太赫茲波段目標(biāo)雷達(dá)散射截面的方法，主要解決現(xiàn)有技術(shù)在太赫茲波段由于目標(biāo)的剖分面元數(shù)量過多而難以獲取目標(biāo)RCS的問題。其方案為：建立目標(biāo)幾何模型，并對其進(jìn)行分割；剖分分割模型得到含有面元信息的剖分文件；每次選取若干份剖分文件進(jìn)行合并得到多份合并文件；標(biāo)記合并文件中的照亮面元；計(jì)算每一個(gè)照亮面元的散射電場因子I；將所有I相加得到合并文件的散射電場因子I'；重復(fù)計(jì)算所有合并文件的散射電場因子I'，將所有I'相加得到目標(biāo)總的散射電場因子Isubgt;總/subgt;；根據(jù)Isubgt;總/subgt;獲取目標(biāo)在太赫茲波段的雷達(dá)散射截面。本發(fā)明能得出剖分面元數(shù)在數(shù)千萬到上億的目標(biāo)RCS，并可減少剖分文件所占內(nèi)存。

技術(shù)領(lǐng)域

本發(fā)明屬于電磁波散射技術(shù)領(lǐng)域，特別涉及一種太赫茲波段目標(biāo)雷達(dá)散射截面的獲取方法，可用于目標(biāo)電磁散射特性分析和目標(biāo)探測。

背景技術(shù)

雷達(dá)散射截面RCS是探測物體電磁散射特性的重要物理量，通過對其分析，可以獲知目標(biāo)的外形、運(yùn)動(dòng)姿態(tài)、材料特征等重要參量。在探究高頻段目標(biāo)的雷達(dá)散射截面時(shí)目標(biāo)的電尺寸會(huì)很大，運(yùn)用傳統(tǒng)的低頻算法，會(huì)消耗大量的計(jì)算時(shí)間和內(nèi)存資源，甚至超出計(jì)算機(jī)的運(yùn)行能力，而高頻算法，如物理光學(xué)法，在保證計(jì)算精度的前提下，可以加快計(jì)算速度、減少占用的內(nèi)存資源。

太赫茲波段是介于紅外和微波之間的波段，其頻率范圍為0.1-10THz，波長范圍為0.03mm-3mm，國際上對其研究的起步較晚。由于其在物體檢測、成像和目標(biāo)探測等方面擁有廣闊的發(fā)展前景，近些年來越來越受到各個(gè)國家的重視。太赫茲頻段相比于微波頻段頻率更高，更容易發(fā)射大帶寬信號。在太赫茲頻段探測物體，目標(biāo)表面的細(xì)微結(jié)構(gòu)、粗糙度等細(xì)節(jié)會(huì)顯著影響其散射特性，可以據(jù)此實(shí)現(xiàn)更小尺寸目標(biāo)的探測、更精確目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)與物理參數(shù)反演。

現(xiàn)有用物理光學(xué)法獲取目標(biāo)雷達(dá)散射截面的主要步驟為：建立目標(biāo)模型、剖分模型得到剖分文件、程序讀取剖分文件并通過計(jì)算獲取目標(biāo)RCS。其中，剖分模型就是剖分軟件將目標(biāo)表面分割為若干個(gè)相同大小的等邊三角形，該三角形的邊長一般設(shè)置為入射波波長的1/10到1/6,并得到包含有所有三角形點(diǎn)坐標(biāo)等面元信息的文件。剖分軟件剖分一次最多能夠得到的三角形面元個(gè)數(shù)通常在數(shù)百萬個(gè)。當(dāng)入射電磁波頻率在微波波段時(shí)，根據(jù)模型大小的不同，剖分得到的三角形面元數(shù)在幾千個(gè)到幾十萬個(gè)不等，這時(shí)剖分軟件可一次性將目標(biāo)剖分完成，再用程序讀取剖分文件中所有三角形的點(diǎn)坐標(biāo)并通過計(jì)算獲取目標(biāo)RCS。而當(dāng)入射電磁波頻率升高時(shí)，剖分面元數(shù)會(huì)急劇增加，在太赫茲波段剖分面元個(gè)數(shù)通常會(huì)達(dá)到幾千萬個(gè)甚至數(shù)億個(gè)，這時(shí)會(huì)面臨兩個(gè)問題：一是剖分軟件不能一次性將目標(biāo)剖分完，無法直接獲得所有剖分面元信息；二是當(dāng)剖分面元個(gè)數(shù)達(dá)到兩千萬左右時(shí)，程序由于計(jì)算機(jī)存儲空間有限而無法讀入全部三角形點(diǎn)坐標(biāo)信息進(jìn)行運(yùn)算。因而在這種情況下現(xiàn)有技術(shù)沒有有效對面元信息的處理及后續(xù)計(jì)算方法，難以獲取目標(biāo)在高頻率下的RCS。另外，含有數(shù)千萬份的面元信息的剖分文件往往占據(jù)了數(shù)十GB的內(nèi)存，不利于電腦的存儲和運(yùn)算。因此怎樣剖分目標(biāo)以及對數(shù)千萬份剖分面元信息的處理與計(jì)算一直是太赫茲波段獲取目標(biāo)RCS的難點(diǎn)。

發(fā)明內(nèi)容

本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)的不足，提出一種基于物理光學(xué)法獲取太赫茲波段目標(biāo)RCS的方法，以減少面元信息占用的內(nèi)存，有效解決當(dāng)剖分面元數(shù)在數(shù)千萬到上億時(shí)目標(biāo)RCS的求解問題。

為實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案包括如下步驟：

(1)建立目標(biāo)幾何模型，并根據(jù)目標(biāo)預(yù)計(jì)在太赫茲波段剖分的面元數(shù)量和剖分軟件一次能夠剖分的最大面元數(shù)量確定對目標(biāo)模型的分割份數(shù)；

(2)對確定的分割模型進(jìn)行三角剖分，分別得到包含有三角形面元信息的文件；

(3)選取若干份剖分文件獲取它們包含的所有三角形點(diǎn)坐標(biāo)信息并進(jìn)行合并，每一份合并文件包含的三角形數(shù)目為1000萬-2000萬個(gè)；

(4)將每一份合并文件中的三角形頂點(diǎn)坐標(biāo)信息讀入，計(jì)算每個(gè)三角形單位外法向矢量判斷該合并文件中的三角形面元能否被入射波照亮：