[发明专利]一种基于三维图像域投射变换的雷达散射截面积外推方法

说明书

本发明公开了一种基于三维图像域投射变换的RCS外推方法。首先，它采用阵列三维SAR模型收集被测目标的回波数据矩阵；利用脉冲压缩和频率升采样技术完成初步信号处理；利用三维后向投影技术完成信号精处理并得到反映目标近场反射率分布的三维图像；然后采用投射变换因子对三维图像进行展开，并外推一定的方位角和俯仰角内的远场结果；利用定标技术，最终得到被测目标的RCS方向图。与经典的RCS外推方法相比，本发明方法不受俯仰维度的约束，能够提取出完整的反射率分布，著提高了信噪比和信杂比，具有外推精度高、适用性广等优点。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，它特别涉及到了雷达散射截面积(Radar CrossSection)测量技术领域和合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)成像技术领域。

背景技术

目标散射截面积(RCS)是指目标对雷达电磁波的反射、散射强度。它既与目标的几何参数和物理参数有关，例如目标的形状、尺寸、材料和结构等，又与入射电磁波的参数有关，如极化和频率等，同时还与目标相对雷达的姿态角有关。RCS测量技术是指运用电磁场与微波理论、雷达数据处理等手段，对真实目标的雷达反射率进行定标测量的技术。传统的RCS测量技术需要远场(Far-field)或紧缩场(Compact antenna test range，CATR)条件，这些条件通常对目标尺寸、测试环境、雷达工作模式等有严格的限制，且实现成本高。近年来，随着军事科技的日益进步，隐身与反隐身、探测与反探测等技术不断发展，对目标RCS测量提出了更高的要求。

基于图像域的RCS外推技术是指当测试条件不满足远场条件时，采用合成孔径雷达(SAR)成像等微波遥感成像手段，在近场(Near-field)收集并处理感兴趣空域的散射回波，从中解译出高价值目标的散射特性，并通过算法补偿完成RCS测量的新技术。该技术将电磁场与微波理论、微波成像和微波测量相结合，具有限制条件少、灵活性强和实现难度低等优点，成为近年来雷达散射测量研究的重点。

阵列三维SAR是一种将宽带雷达信号处理与天线阵列处理相结合，并具备近距离三维高分辨成像能力以及目标三维电磁散射特性提取能力的新体制雷达。阵列三维SAR具有全天时、全天候工作和高精度的优点，已被广泛应用各个领域，如目标检测与识别、精确制导、反恐安检、智能汽车雷达等。与传统的二维成像雷达技术相比，微波三维成像技术能够获取目标更完整的三维散射特性分布，并且具备更强的抗杂波和抗干扰能力，能够在更为复杂的电磁环境中保证散射提取的精度，有利于高精度雷达散射测量研究。

目前，经典的RCS外推算法主要是基于简单一维散射模型去推导RCS曲线，例如方位向曲线或频率曲线，并以被应用于一维距离像测量以及二维SAR测量。然而，阵列三维SAR由于包含了距离、方位、俯仰等多维度的信息并呈现在三维图像域中，其散射模型更为复杂。经典的RCS外推算法难以提取三维图像域中的多维有效信息，从而限制了适用性以及外推精度。目前，针对阵列三维SAR成像及其相关散射诊断与解译方法尚处于研究阶段。

发明内容

本发明提出了一种基于三维图像域投射变换的RCS外推方法。首先，它利用阵列三维SAR模型收集被测目标的回波数据矩阵；利用脉冲压缩和频率升采样技术完成初步信号处理；利用三维后向投影技术完成信号精处理并得到反映目标近场反射率分布的三维图像；然后利用一种新颖的投射变换因子对三维图像进行展开，并外推一定的方位角和俯仰角内的远场结果；利用定标技术，最终得到被测目标的RCS方向图。与经典的RCS外推方法相比，本发明方法不受俯仰维度的约束，能够提取出完整的反射率分布，具有外推精度高、适用性广等优点。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、雷达散射截面积(RCS)测量

RCS测量是指在特定测试条件下(如远场或紧缩场)得到目标反射和散射电磁波的能力，在电磁场与天线传播、雷达信号处理和目标雷达特征检测与识别等领域具有重要意义。详见“Eugene F.Knott.雷达横截面测量[M].科学出版社.2006”。