基于多入多出阵列技术的三维目标散射系数测量方法

摘要

本发明提出了一种基于多入多出阵列技术的三维目标散射系数测量方法，该方法通过控制多入多出阵列天线在一维平台上精确地运动合成大型二维天线阵列，并结合信号处理中的脉冲压缩技术获得目标散射系数的三维高分辨率分布，从而实现对目标散射系数的三维高分辨率测量。本发明克服了现有的基于计算电磁学的目标散射系数计算方法计算量大、存在近似误差、难以适用与复杂目标及宽带信号的缺点，以及微波暗室目标散射系数测量方法分辨率低，无法对大型目标测量的缺点。本发明可用于目标散射特性研究及隐身材料/飞行器设计等领域。

主权项

1.一种基于多入多出阵列技术的三维目标散射系数测量方法，其特征是它包括以下几个步骤：步骤1、初始化测量系统参数测量系统提供如下初始化参数，包括：待测的目标散射系数水平向分辨率，记作ρ_H；目标散射系数测量波段，记作f_c；待测的目标散射系数垂直向分辨率，记作ρ_V；待测的目标散射系数信号形式；待测的目标散射系数视线向分辨率，记作ρ_r，发射信号带宽，记作B；数模转换模块的量化比特数，记作α；接收信号的持续时间，记作T_s，G为等效二维面阵阵元总数，J为接收系统接收通道的数目；步骤2、多入多出阵列雷达天线确定根据步骤1已知的待测的目标散射系数水平向分辨率ρ_H，采用公式L_H＝λR/(2ρ_H)计算出雷达天线运动轨迹的宽度L_H，其中，R为雷达到观测目标的距离，从雷达回波中测得，ρ_H为水平向分辨率，λ为测量波段对应的波长，利用公式λ＝C/f_c计算，其中，C为光速；采用公式M＝2L_H/λ计算出等效线阵雷达天线阵元数目M；采用公式计算出多入多出阵列雷达天线发射阵元的数目M_T，其中，表示取大于·的整数；采用公式计算出多入多出阵列雷达天线接收阵元的数目M_R；将M_T个阵列雷达天线发射阵元按照λ/2的间隔均匀布设在多入多出阵列雷达天线支撑结构的两端；将M_R个阵列雷达天线接收阵元按照(L_H-M_Tλ/2)/M_R的间隔均匀布设在多入多出阵列雷达天线支撑结构的中部；步骤3、一维运动控制平台确定根据步骤1已知的待测的目标散射系数垂直向分辨率ρ_V，采用公式L_V＝λR/(2ρ_V)计算出雷达天线运动轨迹的高度L_V，其中，ρ_V为垂直向分辨率；根据雷达天线运动轨迹的高度L_V确定有效行程为L_V的一维运动控制平台；根据一维运动控制平台的有效行 程和已确定的一维运动控制平台的运动速度，测量一维运动控制平台运行完有效行程所需要的时间，记作：T_A；步骤4、发射系统确定根据步骤1已知的待测的目标散射系数测量波段指标，确定与目标散射系数测量波段f_c对应的载波调制模块和功率放大模块；根据步骤1已知的待测的目标散射系数测量波段指标和步骤2确定的多入多出阵列雷达天线确定雷达发射天线；采用步骤1已知的待测的目标散射系数信号形式；根据步骤1已知的待测的目标散射系数视线向分辨率ρ_r，采用公式B＝C/(2·ρ_r)计算出发射信号对应的带宽B，其中，B为发射信号带宽，C为光速，ρ_r为视线方向分辨率；采用公式PRF＝G/T_A/J，计算出发射系统的脉冲重复频率PRF，其中，T_A为一维运动控制平台运行完有效行程所需要的时间；G为等效二维面阵阵元总数，J为接收系统接收通道的数目，0＜J≤M_R；根据发射信号形式和发射信号对应的带宽B、发射系统的脉冲重复频率PRF确定基带信号产生模块；步骤5、接收系统确定根据步骤1已知的待测的目标散射系数测量波段指标，确定雷达下调制模块；根据步骤1已知的待测的目标散射系数测量波段指标和步骤2确定的多入多出阵列雷达天线确定雷达接收天线；根据发射信号对应的带宽B，采用公式f_s＝1.3B，计算出接收系统的采样频率f_s；根据接收系统的采样频率f_s，采用公式W＝2·f_s·α·T_s·PRF计算出接收系统的存储器的存储速率W，其中，α为数模转换模块的量化比特数，T_s为接收信号的持续时间；采用公式Q＝W·T_A计算出接收系统数据存储模块的存储容量Q，其中，T_A为一维运动控制平台运行完有效行程所需要的时间；根据接收系统存储器的存储速率W、接收系统存储器的存储容量Q、数模转换模块的量化比特数α及接收信号的持续时间T_s确定接收系统； 步骤6、系统安装与数据采集将雷达发射天线和雷达接收天线固定在二维运动控制平台的固定装置(7)上，固定装置(7)是用来固定雷达发射天线和雷达接收天线的装置；发射系统通过多路选择开关与雷达发射天线相连；接收系统通过多路选择开关与雷达接收天线相连；控制一维运动控制平台固定装置沿高度向匀速运动，以实现多入多出阵列雷达天线沿高度向匀速运动，同时随机打开M_T个多入多出阵列雷达天线发射阵元中的一路多入多出阵列雷达天线发射阵元，通过多路选择开关向多入多出阵列雷达天线的发射阵元输入电磁波；同时随机打开M_R个多入多出阵列雷达天线接收阵元中的J路多入多出阵列雷达天线接收阵元，通过多路选择开关从多入多出阵列雷达天线的J个多入多出阵列雷达天线接收阵元接收电磁波；步骤7、数据处理将接收系统接收到的J路目标回波采用现有的合成孔径雷达三维后向投影算法进行成像处理，得到目标散射系数在三维空间的分布。