基于近場(chǎng)測(cè)量估計(jì)等效雷達(dá)截面的方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種借助于近場(chǎng)測(cè)量來(lái)估計(jì)對(duì)象的等效雷達(dá)截面（RCS）的方法。該方法使用對(duì)象的遠(yuǎn)場(chǎng)衍射模型和近場(chǎng)衍射模型。這些模型使得確定對(duì)于遠(yuǎn)場(chǎng)和近場(chǎng)的適合于所述對(duì)象的相應(yīng)基準(zhǔn)成為可能。測(cè)量矢量首先投影到近場(chǎng)中適合的基準(zhǔn)上并且所獲得的分量被變換成遠(yuǎn)場(chǎng)的基準(zhǔn)上的分量。然后，所獲得的矢量縮減為RCS分析基準(zhǔn)以提供重構(gòu)矢量。然后，重構(gòu)矢量的分量用于計(jì)算RCS。本發(fā)明還涉及一種用于實(shí)現(xiàn)所述估計(jì)方法的計(jì)算機(jī)程序。
【專利說(shuō)明】基于近場(chǎng)測(cè)量估計(jì)等效雷達(dá)截面的方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及雷達(dá)標(biāo)記并且更具體地涉及等效雷達(dá)截面的判定。
【背景技術(shù)】
[0002]等效雷達(dá)截面或RCS是作為目標(biāo)的特征的基本量。為了區(qū)分對(duì)象(典型地如飛行器)的目的，其用于軍用領(lǐng)域和民用領(lǐng)域(例如，用于空中交通管制)。 [0003]雷達(dá)目標(biāo)的RCS傳統(tǒng)是根據(jù)沿目標(biāo)方向發(fā)射的波的功率與由雷達(dá)接收的波的功率的比較進(jìn)行定義的。在遠(yuǎn)場(chǎng)和接近平面波的波中，事實(shí)上，雷達(dá)方程被寫為:
[。。。4] =(O
[0005]其中，Pe和已分別是雷達(dá)發(fā)射和接收的功率，匕和4為發(fā)射和接收時(shí)的天線增益，d為雷達(dá)和目標(biāo)之間的距離，λ為雷達(dá)使用的波長(zhǎng)。系數(shù)σ為表面的均勻性的并僅取決于感興趣的目標(biāo)，這就是目標(biāo)RCS。
[0006]在由Peninsula Publishing 出版的 G.Τ.Tuck 等的題為 “Radar Cross-SectionHandbook”的作品中將具體地找到RCS的更詳細(xì)描述。
[0007]在表達(dá)式(I)中，假設(shè)用于說(shuō)明目標(biāo)的雷達(dá)與用于接收衍射波的雷達(dá)相同，那么稱為單站雷達(dá)。通常，單站RCS依賴入射波的方向、雷達(dá)的頻率f及發(fā)射入射波并分析接收波
的相應(yīng)的偏振\和JI r。表示為SER(f, Φ , Θ , JI e, 31 r),在此(爐,約為與目標(biāo)有關(guān)的參考系
中的雷達(dá)的相對(duì)的方位角和傾側(cè)角(roll angle)。各個(gè)偏振^和\可是水平的也可以是豎直的，也即，π e=H or V; Jir=H or V。
[0008]以類似的方式，如果雷達(dá)系統(tǒng)是雙站，這就是說(shuō)如果用于分析衍射波的雷達(dá)與用作除去目標(biāo)的雷達(dá)不同，那么稱為雙站RCS。那么這個(gè)雙站RCS不再僅依賴入射波的方向而
且還依賴衍射波的方向。它表示為證/?(/,~《,隊(duì)，其中(《況)和(&況)分別是
入射波以及相應(yīng)衍射波的相對(duì)方位角和傾側(cè)角。
[0009]對(duì)象的RCS可通過(guò)模擬進(jìn)行測(cè)量或估計(jì)。
[0010]然而，這兩種方法確實(shí)具有許多限制。
[0011]借助于單個(gè)天線或借助于相對(duì)于彼此在角度上微小偏移的兩個(gè)單獨(dú)天線在電波暗室中傳統(tǒng)地測(cè)量RCS。根據(jù)情況來(lái)獲得方位角或多個(gè)這種角的單站RCS或準(zhǔn)單站RCS?？蓛H在在赤道面中的幾個(gè)方位角進(jìn)行測(cè)量，使得僅可用目標(biāo)的相當(dāng)簡(jiǎn)明的二維表示。通過(guò)測(cè)量獲得三維RCS是非常罕見(jiàn)的并且經(jīng)常是不可能的。
[0012]此外，測(cè)量經(jīng)常由來(lái)自各種源的噪聲(雜散回波、儀器噪音等)影響，這個(gè)問(wèn)題在吸收效率較低的低頻區(qū)域(波長(zhǎng)大于或遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于對(duì)象的特性維度)中被加重。
[0013]通過(guò)模擬估計(jì)RCS可備選地通過(guò)所謂的亮點(diǎn)方法(bright points method)來(lái)執(zhí)行。根據(jù)這個(gè)方法，目標(biāo)被分解成一組獨(dú)立的基本組成部分，各個(gè)組成部分被分配一個(gè)加權(quán)系數(shù)。換言之，隨后認(rèn)為衍射波是多個(gè)球面波的總和，各個(gè)球面波通過(guò)亮點(diǎn)發(fā)射。然后，目標(biāo)的RCS可以表不為:
N.[0014]σ = 2^ane
"=1 i2)
[0015]其中，an、n=l，..，N為各種組成部分的復(fù)加權(quán)系數(shù)，屺為給出他們的相應(yīng)位置的矢量以及€為衍射波的波矢量。
[0016]然而，亮點(diǎn)方法確實(shí)證明了在低頻區(qū)域中實(shí)現(xiàn)復(fù)雜目標(biāo)形式是特別困難的并且在任何情況下都是不可應(yīng)用的。
[0017]在以本 申請(qǐng)人:的名義提交的專利EP-B-2132586中公開(kāi)了一種從目標(biāo)的衍射模型以及在多個(gè)方向中的測(cè)量來(lái)確定RCS的方法。
[0018]實(shí)質(zhì)上，衍射模型通過(guò)由目標(biāo)衍射的波和入射波的復(fù)數(shù)振幅的比例的矩陣來(lái)表示，各個(gè)比例與一對(duì)入射波和衍射波觀測(cè)的方向有關(guān)。然后，這個(gè)矩陣是模態(tài)分解的對(duì)象，僅選擇最重要模態(tài)矢量(most significant modal vector)。然后,測(cè)量矢量被投影到這些所選的模態(tài)矢量上并且從中得出重構(gòu)矢量，其分量表示對(duì)于模型的方向和偏振對(duì)的入射波和衍射波的復(fù)數(shù)振幅比例。然后，從重構(gòu)矢量的分量計(jì)算RCS。
[0019]這個(gè)依賴衍射模型和測(cè)量方法兩者的混合方法在假設(shè)用于測(cè)量的波可近似化為平面波的情況下(就是說(shuō)在遠(yuǎn)場(chǎng)執(zhí)行測(cè)量時(shí))給出了令人滿意的成果。當(dāng)發(fā)射/接收天線遠(yuǎn)離目標(biāo)放置時(shí)，通常這個(gè)近似對(duì)于高頻(與目標(biāo)的特性維度相比較是短波長(zhǎng))是成立的。然而，在低頻率區(qū)域中和/或在關(guān)注的天線靠近目標(biāo)時(shí)，這個(gè)近似不再成立并且RCS的值可能不正確。
[0020]因此，本發(fā)明的目的是提出一種在確實(shí)具有前述缺點(diǎn)的情況下估計(jì)RCS的方法，也就是當(dāng)不滿足近場(chǎng)假設(shè)時(shí)，能夠正確判定RCS的方法。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0021]本發(fā)明被定義為基于對(duì)象的第一近場(chǎng)衍射模型以及所述對(duì)象的第二近場(chǎng)衍射模型來(lái)估計(jì)等效雷達(dá)截面的方法，第一模型和第二模型能夠分別由對(duì)于入射波以及衍射波觀測(cè)的多(4N2)對(duì)相應(yīng)方向和偏振的復(fù)數(shù)衍射波和入射波振幅比例的第一矩陣(Ab)及第二矩陣(A’b)表示，其中:
[0022]執(zhí)行所述第一矩陣和所述第二矩陣的模態(tài)分解并且選擇這樣分解的所述第一矩陣和所述第二矩陣的最重要模態(tài)矢量(V，V’)，以便獲得模態(tài)矢量的第一基準(zhǔn)(base)和第二基準(zhǔn)；
[0023]在所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量和所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量之間建立對(duì)應(yīng)；
[0024]確定用于從與所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量相關(guān)聯(lián)的第二模態(tài)矢量(λ ’ s)變換到與對(duì)應(yīng)于所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量相關(guān)聯(lián)的第一模態(tài)值(λ s)的算子(F)；
[0025]對(duì)所述入射波以及所述衍射波觀測(cè)的多對(duì)方向以及至少一對(duì)相應(yīng)偏振進(jìn)行近場(chǎng)中的復(fù)數(shù)衍射波和入射波振幅比例的多個(gè)(Nu )測(cè)量；
[0026]由這樣測(cè)量的比例形成的矢量(a’ u )投影到所述第二基準(zhǔn)的所述模態(tài)矢量上，以便獲得該基準(zhǔn)上的第二模態(tài)分量(λ ’ μ ); [0027]在第一模態(tài)基準(zhǔn)上的第一模態(tài)分量(λ μ )通過(guò)將所述算子應(yīng)用于所述第二模態(tài)分量來(lái)獲得；
[0028]從所述第一模態(tài)分量及所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量產(chǎn)生重構(gòu)矢量(a )，所述重構(gòu)矢量的分量代表所述多對(duì)方向和偏振的復(fù)數(shù)入射波和衍射波振幅比例；
[0029]從所述重構(gòu)矢量的至少一個(gè)分量確定等效雷達(dá)截面。
[0030]根據(jù)第一變型，所述模態(tài)分解是對(duì)角線化，并且:
[0031]所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第一模態(tài)值分別是所述第一矩陣的本征矢量及本征值； [0032]所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第二模態(tài)值分別是所述第二矩陣的本征矢量及本征值。
[0033]根據(jù)第三變型，所述模態(tài)分解是到奇異值的分解，并且:
[0034]所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及第一模態(tài)值分別是所述第一矩陣的奇異矢量及奇異值；
[0035]所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及第二模態(tài)值分別是所述第二矩陣的奇異矢量及奇異值。
[0036]所述對(duì)應(yīng)能夠通過(guò)尋找與所述第二基準(zhǔn)的各個(gè)模態(tài)矢量最接近的所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量來(lái)建立。
[0037]備選地，所述對(duì)應(yīng)能夠借助于多個(gè)連續(xù)的算子在所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量之間逐步建立，各個(gè)關(guān)聯(lián)與中間模態(tài)矢量基準(zhǔn)相關(guān)。
[0038]所述算子被定義為F=Diag ( λ s/ λ ’ s)，其中，λ s、λ ’ s分別表示第一模態(tài)值及第二模態(tài)值并且Diag (.)是秩為s的對(duì)角矩陣，s等于第一 /第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量的數(shù)目。
[0039]備選地，所述算子被定義為對(duì)于一組λ；:、λ:對(duì)，Ρ=1，...，Ρ，將F(X’S)和λ3之間
的距離最小化的偽逆矩陣，其中，K和^是通過(guò)第一衍射模型和第二衍射模型的相應(yīng)模擬
獲得的第一模態(tài)值和第二模態(tài)值。
[0040]第二模態(tài)分量通過(guò)下式被有利地確定:
[0041]
λ’μ =(Vm)'a,μ
[0042]其中，λ’ μ表示所述第二模態(tài)分量的矢量，(V’ u) +為V’ u的偽逆矩陣，V’ u是列是所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量并且行與第二多個(gè)測(cè)量的比例對(duì)應(yīng)的矩陣。
[0043]所述重構(gòu)矢量S可隨后由3 = 產(chǎn)生，其中Vs是列是所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量并且行與所述第一模型的第一多個(gè)比例對(duì)應(yīng)的矩陣。
[0044]對(duì)于入射波和衍射波的觀測(cè)方向?qū)σ约瓣P(guān)聯(lián)的偏振對(duì)的等效雷達(dá)截面()能夠隨后從所述重構(gòu)矢量的分量的平方的模()獲得。
[0045]如果矩陣V’ uY u的條件數(shù)大于預(yù)定閾值(condT)，那么V’ μ的偽逆矩陣能夠通過(guò)(V’ -y= (Y' - Y -)? μΗ獲得，矩陣V’ μ先前是矩陣的恢復(fù)(reconditioning)的對(duì)象。
[0046]本發(fā)明還涉及一種包括軟件構(gòu)件的計(jì)算機(jī)程序，在通過(guò)計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，所述軟件構(gòu)件被適配為實(shí)施所述估計(jì)方法的步驟?！緦＠綀D】

【附圖說(shuō)明】
[0047]本發(fā)明的其它特征和優(yōu)勢(shì)將通過(guò)閱讀參照附圖給出的本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式來(lái)顯露，在附圖中:
[0048]圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施方式的從遠(yuǎn)場(chǎng)測(cè)量估計(jì)RCS的方法的流程圖；
[0049]圖2至圖4示意性地示出了用于本發(fā)明的某些實(shí)施方式的矩陣恢復(fù)方法的變型。
【具體實(shí)施方式】
[0050]在下面，我們將考慮一種目標(biāo)，希望不論在高頻率還是在低頻中，都估計(jì)其單站或雙站RCS在以上定義的意思內(nèi)。
[0051]一般地說(shuō)，對(duì)于給定頻率f，目標(biāo)的雙站RCS的描述可表示為以下尺寸2NX2N的矩
陣形式:
[0052]
【權(quán)利要求】
1.一種基于對(duì)象的第一近場(chǎng)衍射模型以及所述對(duì)象的第二近場(chǎng)衍射模型來(lái)估計(jì)等效雷達(dá)截面的方法，所述第一近場(chǎng)衍射模型和所述第二近場(chǎng)衍射模型能夠分別由對(duì)于入射波以及衍射波觀測(cè)的多(4N2)對(duì)相應(yīng)方向和偏振的復(fù)數(shù)衍射波和入射波振幅比例的第一矩陣(Ab)及第二矩陣(A’b)表示，其中: 執(zhí)行所述第一矩陣和所述第二矩陣的模態(tài)分解并且選擇(130)這樣分解的所述第一矩陣和所述第二矩陣的最重要模態(tài)矢量(V，V’)，以便獲得模態(tài)矢量的第一基準(zhǔn)和第二基準(zhǔn)；在所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量和所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量之間建立(140)對(duì)應(yīng)； 確定(150)用于從與所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量相關(guān)聯(lián)的第二模態(tài)矢量(λ’3)變換到與對(duì)應(yīng)于所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量相關(guān)聯(lián)的第一模態(tài)值(λ s)的算子(F)； 對(duì)所述入射波以及所述衍射波觀測(cè)的多對(duì)方向以及至少一對(duì)相應(yīng)偏振進(jìn)行(160)近場(chǎng)中的復(fù)數(shù)衍射波和入射波振幅比例的多個(gè)(Nu )測(cè)量； 由這樣測(cè)量的比例形成的矢量(a’ μ )投影(180)到所述第二基準(zhǔn)的所述模態(tài)矢量上，以便獲得該基準(zhǔn)上的第二模態(tài)分量(λ ’ u ); 在第一模態(tài)基準(zhǔn)上的第一模態(tài)分量(λ μ)通過(guò)將所述算子應(yīng)用于所述第二模態(tài)分量來(lái)獲得(190)； 從所述第一模態(tài)分量及所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量產(chǎn)生(193)重構(gòu)矢量(3 )，所述重構(gòu)矢量的分量代表所述多對(duì)方向和偏振的復(fù)數(shù)入射波和衍射波振幅比例； 從所述重構(gòu)矢量的至少一個(gè)分量確定(195)等效雷達(dá)截面。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述模態(tài)分解是對(duì)角線化，并且: 所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第一模態(tài)值分別是所述第一矩陣的本征矢量及本征值； 所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第二模態(tài)值分別是所述第二矩陣的本征矢量及本征值。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述模態(tài)分解是到奇異值的分解，并且: 所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第一模態(tài)值分別是所述第一矩陣的奇異矢量及奇異值； 所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第二模態(tài)值分別是所述第二矩陣的奇異矢量及奇異值。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述對(duì)應(yīng)能夠通過(guò)尋找與所述第二基準(zhǔn)的各個(gè)模態(tài)矢量最接近的所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量來(lái)建立。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述對(duì)應(yīng)能夠借助于多個(gè)連續(xù)的算子在所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量及所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量之間逐步建立，各個(gè)關(guān)聯(lián)與中間模態(tài)矢量基準(zhǔn)相關(guān)。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述算子被定義為F=DiagUs/X’s)，其中，Xs、λ、分別是第一模態(tài)值及第二模態(tài)值并且DiagC )是秩為s的對(duì)角矩陣，s等于第一 /第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量的數(shù)目。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5中的任一項(xiàng)所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述算子被定義為對(duì)于一組λ；:、K對(duì)，ρ=1，...，P，將F( λ ’s)和λ s之間的距離最小化的偽逆矩陣，其中，λ;和λ；:是通過(guò)第一衍射模型和第二衍射模型的P個(gè)相應(yīng)模擬獲得的第一模態(tài)值和第二模態(tài)值。
8.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的估計(jì)方法，其特征在于，λ,μ =(ν’μ)ν.其中，λ ’ μ表示所述第二模態(tài)分量的矢量，(V’ u) +為V’ μ的偽逆矩陣，V’ μ是列是所述第二基準(zhǔn)的模態(tài)矢量并且行與第二多個(gè)測(cè)量的比例對(duì)應(yīng)的矩陣。
9.根據(jù)根據(jù)權(quán)利要求8所述的估計(jì)方法，其特征在于，所述重構(gòu)矢量S由下式產(chǎn)生: a = W 其中，Vs是列是所述第一基準(zhǔn)的模態(tài)矢量并且行與所述第一近場(chǎng)衍射模型的第一多個(gè)比例對(duì)應(yīng)的矩陣。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的估計(jì)方法，其特征在于，對(duì)于入射波和衍射波的觀測(cè)方向?qū)σ约瓣P(guān)聯(lián)的偏振對(duì)的等效雷達(dá)截面(5^'能夠隨后從所述重構(gòu)矢量的分量的平方的模(|2)獲得。
11.根據(jù)權(quán)利要求8至10中的任一項(xiàng)所述的估計(jì)方法，其特征在于，V’u的偽逆矩陣能夠通過(guò)(V’ U)?=(V’ uY U)_V’ UH獲得，如果矩陣V’ uY μ的條件數(shù)大于預(yù)定閾值(condT)矩陣V’ μ先前是矩陣的恢復(fù)的對(duì)象。
12.一種包括軟件構(gòu)件的計(jì)算機(jī)程序，在通過(guò)計(jì)算機(jī)執(zhí)行時(shí)，所述軟件構(gòu)件被適配為實(shí)施所述估計(jì)方法的`步驟。
【文檔編號(hào)】G01S7/41GK103635827SQ201280029890
【公開(kāi)日】2014年3月12日 申請(qǐng)日期:2012年6月13日 優(yōu)先權(quán)日:2011年6月17日
【發(fā)明者】西爾萬(wàn)·莫爾萬(wàn), 奧利維耶·瓦楚茨 申請(qǐng)人:法國(guó)原子能及替代能源委員會(huì)