本發(fā)明涉及電磁散射領域，尤其涉及一種室外場RCS測量方法及系統(tǒng)。

背景技術：
現有的室外場RCS(RadarCrossSection，雷達散射截面)測量往往是通過低通濾波器把中頻信號處理到基帶信號進行運算，此方法的缺點是信號處理過程環(huán)節(jié)較多，容易累積較多的誤差。在信號采集和處理速度較慢的情況下，上述方法采用較多。但在新型大型室外RCS測量場建設中，信號采集處理設備的處理速度、分辨率、帶寬等指標都大幅提高，完全能夠直接采集中頻回波信號并進行運算，這時再采用傳統(tǒng)的方法就無法適應硬件發(fā)展的形勢及RCS測量精度的要求。其次，現有的室外場RCS測量采用異地定標的方式進行定標，在多次采集目標、定標體的中頻回波信號計算RCS時，通常是分別計算目標、定標體回波中心頻率對應的電場強度的平均值，再代入RCS計算公式求得結果。上述方法中，多次測試累積生成的目標及定標體的上述電場強度并不相干，測試場內外各種有源無源干擾會嚴重影響測得的目標RCS準確性。再者，現有的室外場RCS測量在采用多次架設定標的方式進行定標時，需要單獨測量目標及定標體的回波信號，必須將定標體不斷架設或移除，由此造成測量結果嚴重依賴于系統(tǒng)的穩(wěn)定度，測量的具體過程無法決定最后的測量結果。故上述方法無法用于對穩(wěn)定性及可靠性要求較高的測量環(huán)境。因此，亟需一種采用異地定標方式，直接對回波中頻信號進行采樣生成數字IQ信號，多次測量結果累積具備較好相干性的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)以解決上述問題。

技術實現要素：
本發(fā)明提供了一種室外場RCS測量方法及系統(tǒng)，采用異地定標方式進行定標，降低了系統(tǒng)穩(wěn)定度對測量精度的影響；通過直接在中頻采樣得到數字IQ信號，進而根據該數字IQ信號計算目標RCS，避免了現有技術從中頻到基帶的變頻及解調、濾波，減小了上述信號處理過程造成的大量誤差；同時，在多次測量時，采用先代入公式計算一組數據的RCS，后對所有RCS進行累積的方法，成功利用定標體信號對于目標的相參作用，有效消除了由于外部干擾產生的相位噪聲及衰減，保證了RCS測量的準確性。本發(fā)明一方面提供一種室外場RCS測量方法，包括：采集至少一組回波信號，所述至少一組回波信號中的任一組包括對應于同一發(fā)射信號的、中心頻率相等的目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號；針對任一組回波信號，將該組回波信號中的目標中頻回波信號進行模數轉換生成第一數字信號；將該組回波信號中的定標體中頻回波信號進行模數轉換生成第二數字信號；對第一數字信號進行快速傅里葉變換，得到第一復量信號，根據第一復量信號獲取第一電場強度；對第二數字信號進行快速傅里葉變換，得到第二復量信號，根據第二復量信號獲取第二電場強度；根據第一電場強度及第二電場強度計算基于該組回波信號的候選RCS；若采集的回波信號為一組，將基于該組回波信號的候選RCS作為目標RCS；所述第一電場強度為第一復量信號中，頻率等于目標中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度；所述第二電場強度為第二復量信號中，頻率等于定標體中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度。優(yōu)選地，若采集的回波信號至少為兩組，將基于每一組回波信號的候選RCS的算術平均值作為目標RCS。優(yōu)選地，根據滿足公式1的采樣頻率及采樣點數對目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號進行模數轉換；公式1其中，fm為目標中頻回波信號中心頻率；fs為采樣頻率；N為采樣點數；k為正整數。優(yōu)選地，根據第一復量信號獲取第一電場強度具體包括：選取第一復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第一電場強度；根據第二復量信號獲取第二電場強度具體包括：選取第二復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第二電場強度。優(yōu)選地，根據第一電場強度及第二電場強度計算候選RCS具體包括：根據第一電場強度、第二電場強度及公式2計算候選RCS；公式2其中，為候選RCS；為候選RCS幅值；為目標固有相位；為第一電場強度；為第二電場強度；Rt為目標到雷達的距離；Rc為定標體到雷達的距離；Cc為定標體理論值；j為虛數單位。優(yōu)選地，在對第一數字信號及第二數字信號進行快速傅里葉變換之前，檢測并去除第一數字信號及第二數字信號中的直流偏置分量。本發(fā)明還提供一種室外場RCS測量系統(tǒng)，包括：信號采集單元、模數轉換單元、FFT單元、電場強度獲取單元、RCS計算單元；其中，信號采集單元用于采集至少一組回波信號，并將采集的回波信號發(fā)送到模數轉換單元；所述至少一組回波信號中的任一組包括對應于同一發(fā)射信號的、中心頻率相等的目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號；模數轉換單元用于接收回波信號；針對任一組回波信號，將該組回波信號中的目標中頻回波信號進行模數轉換生成第一數字信號；將該組回波信號中的定標體中頻回波信號進行模數轉換生成第二數字信號；將第一數字信號及第二數字信號發(fā)送到FFT單元；FFT單元用于對接收的第一數字信號進行快速傅里葉變換，得到第一復量信號；對接收的第二數字信號進行快速傅里葉變換，得到第二復量信號；將第一復量信號及第二復量信號發(fā)送到電場強度獲取單元；電場強度獲取單元用于根據接收的第一復量信號獲取第一電場強度；根據接收的第二復量信號獲取第二電場強度，并將第一電場強度及第二電場強度發(fā)送到RCS計算單元；RCS計算單元用于根據接收的第一電場強度及第二電場強度計算基于該組回波信號的候選RCS，并在采集的回波信號為一組時，將基于該組回波信號的候選RCS作為目標RCS；所述第一電場強度為第一復量信號中，頻率等于目標中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度；所述第二電場強度為第二復量信號中，頻率等于定標體中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度。優(yōu)選地，RCS計算單元還用于在采集的回波信號至少為兩組時，將基于每一組回波信號的候選RCS的算術平均值作為目標RCS。優(yōu)選地，模數轉換單元根據滿足公式1的采樣頻率及采樣點數對目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號進行模數轉換；公式1電場強度獲取單元選取第一復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第一電場強度，選取第二復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第二電場強度。優(yōu)選地，RCS計算單元基于第一電場強度、第二電場強度及公式2計算候選RCS；公式2其中，為候選RCS；為候選RCS幅值；為目標固有相位；為第一電場強度；為第二電場強度；Rt為目標到雷達的距離；Rc為定標體到雷達的距離；Cc為定標體理論值；j為虛數單位。根據本發(fā)明提供的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)，能夠有效減小現有技術中多個信號處理過程產生的誤差，并利用目標與定標體的相干特性消除相位噪聲，提高測量結果精確性。同時，本發(fā)明提供的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)便于設計，不依賴于系統(tǒng)穩(wěn)定性，只與RCS的具體測量過程相關，適合在工程應用中推廣。附圖說明圖1是本發(fā)明的室外場RCS測量方法示意圖；圖2是本發(fā)明的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)的定標示意圖；圖3是本發(fā)明的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)的第一電場強度獲取示意圖；圖4是本發(fā)明的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)的第二電場強度獲取示意圖；圖5是本發(fā)明的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)的測量結果圖。具體實施方式為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現本發(fā)明的這些方面。本發(fā)明考慮到現有的室外場RCS測量中多次架設定標的方法嚴重依賴于系統(tǒng)的穩(wěn)定度，測量的具體過程無法決定最后的測量結果，故采用穩(wěn)定性及可靠性較高的異地定標方法。同時，利用性能大幅提升的模數轉換單元及數字信號處理單元，直接在中頻對回波信號進行采樣得到數字IQ信號，進而根據該數字IQ信號計算目標RCS，極大減小了現有技術信號處理過程中產生的大量誤差。另外，在多次測量時，采用先代入公式計算每次測量的RCS，后對所有結果進行累積的方法，成功利用定標體信號對于目標的相參作用，有效地消除了由于外部干擾產生的相位噪聲及衰減，保證了RCS測量的準確性。本發(fā)明一方面提供一種室外場RCS測量方法，如圖1所示，包括：S1.采集至少一組回波信號，所述至少一組回波信號中的任一組包括對應于同一發(fā)射信號的、中心頻率相等的目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號；針對任一組回波信號，將該組回波信號中的目標中頻回波信號進行模數轉換生成第一數字信號；將該組回波信號中的定標體中頻回波信號進行模數轉換生成第二數字信號。步驟S1中任一組回波信號中的目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號為同一雷達發(fā)射信號經過目標及定標體散射，又經過射頻到中頻的下變頻處理而形成的，二者是高度相干的信號，包含相同的相位噪聲，定標體中頻回波信號形成目標RCS測量的相參信號。步驟S1通過直接在中頻采樣得到數字信號，減小了現有技術中對模擬信號處理產生的大量誤差，有效提高了測量精度。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，根據滿足公式1的的采樣頻率及采樣點數對目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號進行模數轉換；公式1其中，fm為目標中頻回波信號中心頻率；fs為采樣頻率；N為采樣點數；k為正整數。上述操作設置了采樣頻率及采樣點數，為后續(xù)電場強度的獲取提供了依據。優(yōu)選地，目標中頻回波信號中心頻率，等于定標體中頻回波信號中心頻率，為60MHz，采樣頻率為240MHz。采樣點數根據測量具體環(huán)境及測量精度要求確定；優(yōu)選地，采樣點數為128。S2.對第一數字信號進行快速傅里葉變換(FFT)，得到第一復量信號，根據第一復量信號獲取第一電場強度；對第二數字信號進行快速傅里葉變換，得到第二復量信號，根據第二復量信號獲取第二電場強度；第一電場強度為第一復量信號中，頻率等于目標中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度；第二電場強度為第二復量信號中，頻率等于定標體中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度。在步驟S2中，對經過模數轉換的目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號進行快速傅里葉變換，進而獲取第一電場強度及第二電場強度，從而計算出目標RCS。避免了現有技術從中頻到基帶的變頻及解調、濾波，消除了系統(tǒng)在各環(huán)節(jié)的累積誤差，簡化了系統(tǒng)硬件配置，減小了RCS測量的數據運算量，有助于快速準確地實現RCS的測量。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，選取第一數字信號中的一部分采樣點進行快速傅里葉變換，所述一部分采樣點包括至少一個第一數字信號周期內的全部采樣點。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，選取第二數字信號中的一部分采樣點進行快速傅里葉變換，所述一部分采樣點包括至少一個第二數字信號周期內的全部采樣點。以上兩個步驟能夠進一步減小快速傅里葉變換的運算量，提高目標RCS的計算速度。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，根據第一復量信號獲取第一電場強度具體包括：選取第一復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第一電場強度；根據第二復量信號獲取第二電場強度具體包括：選取第二復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第二電場強度。在上述步驟中，第一復量信號中第(k+1)個頻點的頻率等于目標中頻回波信號中心頻率；第二復量信號中第(k+1)個頻點的頻率等于定標體中頻回波信號中心頻率。本領域技術人員理解，第一復量信號、第二復量信號中的各頻點按照頻率從小到大的順序排列，上述步驟中頻點的選取即根據此順序。S3.根據第一電場強度及第二電場強度計算基于該組回波信號的候選RCS；若采集的回波信號為一組，將基于該組回波信號的候選RCS作為目標RCS。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，根據第一電場強度及第二電場強度計算候選RCS具體包括：根據第一電場強度、第二電場強度及公式2計算候選RCS；公式2其中，為候選RCS；為候選RCS幅值；為目標固有相位；為第一電場強度；為第二電場強度；Rt為目標到雷達的距離；Rc為定標體到雷達的距離；Cc為定標體理論值；j為虛數單位。其中，為候選RCS幅值修正項；exp[4πj(Rt-Rc)]為候選RCS相位修正項；的測量結果對RCS測量有直接影響。由于及(Rt-Rc)的測量屬于現有技術，此處不再贅述。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，本發(fā)明的室外場RCS測量方法還包括：若采集的回波信號至少為兩組，將基于每一組回波信號的候選RCS的算術平均值作為目標RCS。上述步驟實現了對多組RCS測量結果的累積?，F有技術在多次采集目標、定標體的中頻回波信號計算RCS時，通常是根據測量數據分別計算目標、定標體回波中心頻率值對應的電場強度的平均值，再代入RCS計算公式求得結果。該方法多次測試累積生成的目標及定標體的上述電場強度并不相干，測試場內外各種有源無源干擾會嚴重影響由此計算的目標RCS的準確性。本發(fā)明在多次測量時，采用先代入公式計算(分別計算每組信號的RCS)，后進行累積(求所有RCS的平均值)的方法，成功利用定標體信號對于目標的相參作用，消除由于外部干擾產生的相位噪聲及衰減，保證了RCS測量結果的準確性。以上步驟通過計算多次測量結果的算術平均值實現累積，得到的目標RCS的信噪比提高為M倍(M為采集并測量的回波信號組數，M為大于1的正整數)，如公式3所示：公式3其中，χ為上述方法計算的目標RCS的信噪比；C0為系統(tǒng)常數；為上述方法獲取目標RCS的噪聲功率。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，在對第一數字信號及第二數字信號進行快速傅里葉變換之前，檢測并去除第一數字信號及第二數字信號中的直流偏置分量。本發(fā)明通過對中頻回波信號進行處理實現RCS的計算，小的直流偏置分量不會對處理結果產生較大影響，但若直流偏置分量太大，其帶來的高次諧波會影響到目標及定標體回波信號的獲取，故在對第一數字信號及第二數字信號進行快速傅里葉變換之前，通過采集卡檢測第一數字信號及第二數字信號中的直流偏置分量，并分別在第一數字信號及第二數字信號中予以去除。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，利用最小線性二乘法，通過對定標體的多個中頻回波信號的估計，能夠得到上述直流偏置分量。本發(fā)明另一方面提供一種室外場RCS測量系統(tǒng)，包括：信號采集單元、模數轉換單元、FFT單元(快速傅里葉變換單元)、電場強度獲取單元、RCS計算單元；其中，信號采集單元用于采集至少一組回波信號，并將采集的回波信號發(fā)送到模數轉換單元；所述至少一組回波信號中的任一組包括對應于同一發(fā)射信號的、中心頻率相等的目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號；模數轉換單元用于接收回波信號；針對任一組回波信號，將該組回波信號中的目標中頻回波信號進行模數轉換生成第一數字信號；將該組回波信號中的定標體中頻回波信號進行模數轉換生成第二數字信號；將第一數字信號及第二數字信號發(fā)送到FFT單元；FFT單元用于對接收的第一數字信號進行快速傅里葉變換，得到第一復量信號；對接收的第二數字信號進行快速傅里葉變換，得到第二復量信號；將第一復量信號及第二復量信號發(fā)送到電場強度獲取單元；電場強度獲取單元用于根據接收的第一復量信號獲取第一電場強度；根據接收的第二復量信號獲取第二電場強度，并將第一電場強度及第二電場強度發(fā)送到RCS計算單元；RCS計算單元用于根據接收的第一電場強度及第二電場強度計算基于該組回波信號的候選RCS，并在采集的回波信號為一組時，將基于該組回波信號的候選RCS作為目標RCS；第一電場強度為第一復量信號中，頻率等于目標中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度；第二電場強度為第二復量信號中，頻率等于定標體中頻回波信號中心頻率的頻點對應的電場強度。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，本發(fā)明中的定標體為定標球。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，RCS計算單元還用于在采集的回波信號至少為兩組時，將基于每一組回波信號的候選RCS的算術平均值作為目標RCS。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，模數轉換單元通過滿足公式1的采樣頻率及采樣點數對目標中頻回波信號、及定標體中頻回波信號進行模數轉換；公式1電場強度獲取單元選取第一復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第一電場強度，選取第二復量信號中第(k+1)個頻點對應的電場強度作為第二電場強度。在本發(fā)明優(yōu)選實施例中，RCS計算單元根據第一電場強度及第二電場強度及公式2計算候選RCS；公式2其中，為候選RCS；為候選RCS幅值；為目標固有相位；為第一電場強度；為第二電場強度；Rt為目標到雷達的距離；Rc為定標體到雷達的距離；Cc為定標體理論值；j為虛數單位。圖2是本發(fā)明的室外場RCS測量方法及系統(tǒng)的定標示意圖，圖中A為雷達，C為定標體，T為目標。圖3是本發(fā)明的第一電場強度獲取示意圖。圖中示出，第一復量信號中第(k+1)個頻點的頻率等于目標中頻回波信號的中心頻率，選取該頻點(即圖中的中頻頻響)對應的電場強度作為第一電場強度。(圖中只示出了電場強度幅值)圖4是本發(fā)明的第二電場強度獲取示意圖。圖中示出，第二復量信號中第(k+1)個頻點的頻率等于定標體中頻回波信號的中心頻率，選取該頻點(即圖中的中頻頻響)對應的電場強度作為第二電場強度。(圖中只示出了電場強度幅值)圖5是本發(fā)明的測量結果圖，圖中1是根據本發(fā)明的室外場RCS測量方法得到的目標RCS測量值，2是目標RCS理論值?？梢钥吹?，測量值與理論值高度吻合，說明本發(fā)明的室外場RCS測量方法具備較高的準確性和工程實用性。本發(fā)明能夠消除由于外部干擾產生的相位噪聲及衰減，并減小RCS測試的誤差，保證RCS測量的準確性。同時便于設計，適合在工程應用中推廣。本領域普通技術人員可以理解實現上述實施例方法中的全部或部分步驟是可以通過程序來指令相關的硬件來完成，該程序可以存儲于一計算機可讀取存儲介質中，如：ROM/RAM、磁碟、光盤等。以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。