本發(fā)明涉及雷達(dá)散射界面RCS測量領(lǐng)域，尤其涉及一種RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法與系統(tǒng)。

背景技術(shù)：

室內(nèi)RCS測量中，主要采用“雙定標(biāo)”技術(shù)來估計(jì)RCS測量不確定度，該方法利用兩個(gè)理論RCS值可精確獲得的不同類型定標(biāo)體進(jìn)行測量。其中的第一定標(biāo)體用于獲取雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)，第二定標(biāo)體估計(jì)定標(biāo)測量過程中的誤差或不確定度。上述方法的不足之處在于第一定標(biāo)體的選擇具有任意性，因?yàn)閺亩x上，第一定標(biāo)體的誤差始終認(rèn)為是0，而第二定標(biāo)體的誤差是前兩次定標(biāo)測量的綜合。但是實(shí)際測試過程中并不如此，除非第一定標(biāo)體無任何干擾，但這實(shí)際并不存在。

因此，亟需提出一種新的定標(biāo)方法解決上述問題。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

有鑒于此，本發(fā)明提供了一種RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法與系統(tǒng)，利用多個(gè)定標(biāo)體相互定標(biāo)，得到雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)的最小均方誤差估計(jì)。同時(shí)本發(fā)明還給出每個(gè)定標(biāo)體的定標(biāo)誤差。本發(fā)明尤其對(duì)特定頻率下如低頻波段、低信噪比條件下RCS定標(biāo)測試有比較好的魯棒性。

本發(fā)明一方面提供一種RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法，包括步驟：

S1.針對(duì)多個(gè)雷達(dá)散射截面RCS理論值已知的定標(biāo)體，分別測量不同頻率下的RCS實(shí)測值；

S2.根據(jù)所有定標(biāo)體的RCS理論值與RCS實(shí)測值計(jì)算均方誤差最小的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值。

優(yōu)選地，在步驟S2之后，所述方法還包括步驟：

S3.根據(jù)所述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值、定標(biāo)體RCS理論值、定標(biāo)體RCS實(shí)測值獲取RCS測量誤差。

優(yōu)選地，RCS測量誤差包括RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差。

優(yōu)選地，步驟S2具體為：利用公式1計(jì)算均方誤差最小的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值：

其中，為所述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值，p為定標(biāo)體序號(hào)，P為定標(biāo)體總數(shù)，q為頻率序號(hào)，t_pq為RCS理論值，m_pq為RCS實(shí)測值。

優(yōu)選地，所述方法還包括：通過公式2計(jì)算RCS偏差：

其中，ε_pq為RCS偏差。

優(yōu)選地，所述方法還包括：通過公式3計(jì)算RCS定標(biāo)誤差：

其中，ΔdB_pq為RCS定標(biāo)誤差。

優(yōu)選地，定標(biāo)體為三個(gè)以上。

優(yōu)選地，定標(biāo)體為三個(gè)，分別為：第一定標(biāo)圓柱、第二定標(biāo)圓柱、定標(biāo)平板；其中，第一定標(biāo)圓柱底面半徑與第二定標(biāo)圓柱不同。

本發(fā)明另一方面提供一種RCS測量中提高定標(biāo)精度的系統(tǒng)，包括：

理論值計(jì)算單元，用于計(jì)算多個(gè)定標(biāo)體的雷達(dá)散射截面RCS理論值；

測量單元，用于分別測量所述多個(gè)定標(biāo)體的RCS實(shí)測值；

頻響計(jì)算單元，用于根據(jù)所有定標(biāo)體的RCS理論值與RCS實(shí)測值計(jì)算均方誤差最小的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值。

優(yōu)選地，所述系統(tǒng)還包括：

誤差計(jì)算單元，用于根據(jù)所述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值、定標(biāo)體RCS理論值、定標(biāo)體RCS實(shí)測值計(jì)算RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差。

由以上技術(shù)方案可知，本發(fā)明提供的RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法與系統(tǒng)能夠準(zhǔn)確預(yù)估雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)，同時(shí)可得到不同定標(biāo)體的定標(biāo)誤差。本發(fā)明與實(shí)際測試環(huán)境吻合，大大提高了RCS測量中的定標(biāo)精度。

附圖說明

圖1是本發(fā)明的RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法示意圖。

圖2是本發(fā)明的RCS測量中提高定標(biāo)精度的系統(tǒng)組成示意圖。

具體實(shí)施方式

為使本發(fā)明的目的、技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實(shí)施例，對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細(xì)節(jié)僅僅是為了使讀者對(duì)本發(fā)明的一個(gè)或多個(gè)方面有一個(gè)透徹的理解，即便沒有這些特定的細(xì)節(jié)也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

本發(fā)明的發(fā)明人考慮到，RCS精確測量過程中，為了估計(jì)RCS測量不確定度，常采用“雙定標(biāo)”技術(shù)。這種方法的不足就是第一定標(biāo)體的選擇具有任意性，因?yàn)閺亩x上，第一定標(biāo)體的誤差始終為0，而第二定標(biāo)體的誤差是前兩次定標(biāo)測量的綜合。實(shí)際測試過程中并不是這樣，除非第一定標(biāo)體無任何干擾(實(shí)際并不存在)。

因此，與其選擇一個(gè)定標(biāo)體去估計(jì)雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)，更合理的做法是利用實(shí)際測量中所有定標(biāo)體的定標(biāo)數(shù)據(jù)計(jì)算雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)。本發(fā)明的發(fā)明人提出一種改進(jìn)的預(yù)估雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)，可最小化定標(biāo)體測量值與理論值間的均方根誤差(Mean Square Error，MSE)。同時(shí)，該方法對(duì)每一定標(biāo)體的定標(biāo)誤差給出非零估計(jì)，與雙定標(biāo)方法相比，本專利方法將有效降低第二定標(biāo)體的定標(biāo)誤差。

圖1示出了本發(fā)明的RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法，參見圖1，本方法具體按照如下步驟執(zhí)行：

步驟S1，針對(duì)多個(gè)RCS理論值已知的定標(biāo)體，分別測量定標(biāo)體在不同頻率下的RCS實(shí)測值。

具體應(yīng)用中，本發(fā)明可以利用2個(gè)以上的定標(biāo)體進(jìn)行測量。較佳地，采用第一定標(biāo)圓柱、第二定標(biāo)圓柱、定標(biāo)平板這三個(gè)定標(biāo)體，其中的第一定標(biāo)圓柱底面半徑與第二定標(biāo)圓柱不同。

步驟S2，根據(jù)所有定標(biāo)體的RCS理論值與RCS實(shí)測值計(jì)算均方誤差最小的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值。

具體地，通過以下方法進(jìn)行上述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值的計(jì)算：

首先，用t_pq表示RCS理論值，m_pq表示RCS實(shí)測值，RCS理論值與實(shí)測值均為復(fù)數(shù)值。p為定標(biāo)體序號(hào)，P為定標(biāo)體總數(shù)，q為頻率序號(hào)，Q為不同頻率的總數(shù)。忽略測量過程中各種誤差，RCS實(shí)測值與理論值存在如下關(guān)系：

m_pq≈C_qt_pq

其中的C_q為雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)。

之后，建立如下代價(jià)函數(shù)以最小化雷達(dá)定標(biāo)方程的總體均方誤差：

對(duì)其求導(dǎo)，可以得到雷達(dá)定標(biāo)方程的最小均方誤差估計(jì)：

其中的為所述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值。

上式變形之后可以得到：

這樣，就獲得了均方誤差最小的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值，與現(xiàn)有的雙定標(biāo)技術(shù)相比，上述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值不是通過一個(gè)定標(biāo)體的定標(biāo)收據(jù)獲取，而是考慮了多個(gè)定標(biāo)體的所有數(shù)據(jù)，因此準(zhǔn)確度較高。

在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，還可通過步驟S3獲得每一定標(biāo)體的定標(biāo)誤差。

步驟S3，根據(jù)上述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值、定標(biāo)體RCS理論值、定標(biāo)體RCS實(shí)測值獲取RCS測量誤差。一般地，上述RCS測量誤差包括RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差。

RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差通過以下方法給出：

首先，利用得到的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值及定標(biāo)體RCS實(shí)測值通過下式計(jì)算相應(yīng)的理論值用于與此前已知的理論值進(jìn)行比較：

接著，給出RCS偏差ε_pq的定義為：

RCS定標(biāo)誤差ΔdB_pq的定義為：

通過以上方法，本發(fā)明得到了針對(duì)任一定標(biāo)體在不同頻率下的RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差。從公式2、3中可以看到，RCS偏差對(duì)相位誤差較為敏感，而RCS定標(biāo)誤差對(duì)相位誤差不敏感。

下面將本發(fā)明與現(xiàn)有的雙定標(biāo)方法進(jìn)行比較。

在雙定標(biāo)方法中，雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)的估計(jì)值為：

其中，為雙定標(biāo)方法中的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值，m_1q為第一定標(biāo)體RCS實(shí)測值，t_1q為第一定標(biāo)體RCS理論值。

類似地，其RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差ΔdB_pq通過下式給出：

不難發(fā)現(xiàn)，第一定標(biāo)體的RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差均為零，而第二定標(biāo)體的RCS定標(biāo)誤差為：

可見，無論兩個(gè)定標(biāo)體中的哪一個(gè)被選為第一定標(biāo)體，定標(biāo)誤差都不會(huì)改變。但是實(shí)際測量時(shí)并非如此，特別是當(dāng)加性誤差占主導(dǎo)因素時(shí)，較高的定標(biāo)體RCS會(huì)得到比較低的定標(biāo)誤差。

通過將公式1表達(dá)的MMSE(最小化均方誤差)雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)與公式4表示的雙定標(biāo)雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)進(jìn)行比較，顯然，選擇多個(gè)定標(biāo)體來估計(jì)雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)能夠提高定標(biāo)精度。另外，還可以得到任意定標(biāo)體的偏差與定標(biāo)誤差。

圖2示出了本發(fā)明的RCS測量中提高定標(biāo)精度的系統(tǒng)組成，參見圖2，上述系統(tǒng)包括：理論值計(jì)算單元11、測量單元12、頻響計(jì)算單元13。

具體而言，理論值計(jì)算單元11用于計(jì)算多個(gè)定標(biāo)體的雷達(dá)散射截面RCS理論值。測量單元12用于分別測量所述多個(gè)定標(biāo)體的RCS實(shí)測值。頻響計(jì)算單元13用于根據(jù)所有定標(biāo)體的RCS理論值與RCS實(shí)測值計(jì)算均方誤差最小的雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值。

在本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，上述系統(tǒng)還包括誤差計(jì)算單元14，用于根據(jù)上述雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)估計(jì)值、定標(biāo)體RCS理論值、定標(biāo)體RCS實(shí)測值計(jì)算RCS偏差及RCS定標(biāo)誤差。

通過數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)可證明本發(fā)明提供的RCS測量中提高定標(biāo)精度的方法及系統(tǒng)較常規(guī)的雙定標(biāo)方法能夠更精確的估計(jì)雷達(dá)頻率響應(yīng)函數(shù)，特別在高噪聲背景下，本發(fā)明能夠降低目標(biāo)定標(biāo)誤差約0.5dB。

本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解實(shí)現(xiàn)上述實(shí)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(guān)的硬件來完成，該程序可以存儲(chǔ)于一計(jì)算機(jī)可讀取存儲(chǔ)介質(zhì)中，如：ROM/RAM、磁碟、光盤等。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式，應(yīng)當(dāng)指出，對(duì)于本技術(shù)領(lǐng)域的普通技術(shù)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(jìn)和潤飾，這些改進(jìn)和潤飾也應(yīng)視為本發(fā)明的保護(hù)范圍。