基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法與流程
2023-10-23 01:37:27 1
本發明涉及電磁散射測量、信號特徵控制技術，特別涉及基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法。
背景技術：
以下對本發明的相關技術背景進行說明，但這些說明並不一定構成本發明的現有技術。
進行外場RCS測試時，需要對場地背景雜散回波進行控制以提高測試精度。由於場地、設備等方面因素的制約，一般無法通過矢量背景對消的方法達到抑制場地雜散回波的目的，而採取軟/硬體距離門的方法降低背景。其基本原理都是基於先驗的目標空間分布信息進行空間濾波提高接收信號的信噪比。通過三維成像獲取目標的三維空間散射分布之後，可以對目標區之外的雜散波源進行抑制。但這種方法的測試的時間成本極高而在實際應用中限制較大。因此，目前主要利用距離向或橫向信息進行空間濾波。
技術實現要素：
本發明的目的在於提出基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法，能夠進行豎向空間濾波，從而實現抑制場地雜散回波、提高測試精度的目的。
本發明基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法，包括如下步驟：
S1、分別在兩個高度條件下對目標進行直線掃描，獲取目標的兩個二維像；
S2、根據兩次直線掃描的高度差Δh和兩個二維像的相位差Δφ，確定目標的每個散射源的高度；
S3、基於目標的每個散射源的高度，在高度向對目標進行濾波，將濾波後的散射源進行重構得到雜波抑制後的目標RCS；
其中，Δφ小於360°。
優選地，兩次直線掃描的高度差Δh滿足如下關係：
式中，Δh為兩次直線掃描的高度差，λ為入射電磁波波長，R0為掃描天線沿其指向方向距離目標的距離，Dh為目標在高度方向的最大尺寸，單位為m。
優選地，步驟S2之前進一步包括：按照如下方法確定兩次直線掃描的高度和兩個二維像的相位與散射源的高度之間的關係：
根據掃描天線的位置以及目標的空間分布，分別確定兩次直線掃描的高度與散射源的高度之間的關係：
分別確定兩個二維像的相位與散射源的高度之間的關係：
兩個二維像的相位與散射源的高度之間的關係：
式中，h1、h2分別為兩次直線掃描的高度，φ1、φ2分別為兩個二維像的相位，r1、r2分別為兩次直線掃描時天線與散射源的距離，(x0，y0，z0)為散射源的坐標，λ為入射電磁波波長，(p，-R0，h1)為高度h1條件下天線在掃描坐標系的坐標，(p，-R0，h2)為高度h2條件下天線在掃描坐標系的坐標，單位為m；掃描坐標系以目標所在位置為坐標原點，以掃描移動方向X軸、以天線指向為Y軸、以目標的高度方向為Z軸。
優選地，掃描天線沿其指向方向到目標的距離R0不小於目標最大幾何尺寸的10倍。
優選地，將公式2和公式3分別轉化為：
步驟S2中按照如下關係確定散射源的高度：
式中，Δh為兩次直線掃描的高度差，Δφ為散射源在兩個二維像的相位差，單位為m；Δh＝h1-h2、Δφ＝φ1-φ2，或者Δh＝h2-h1、Δφ＝φ2-φ1。
優選地，步驟S3包括：
將散射源高度與目標實際高度之間的差值不大於預設閾值的散射源標記為有效散射源、散射源高度與目標實際高度之間的差值大於預設閾值的散射源標記為雜波；
濾除所述雜波，並以所述有效散射源進行重構得到雜波抑制後的目標RCS。
本發明基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法包括：分別在兩個高度條件下對目標進行直線掃描，獲取目標的兩個二維像；根據兩次直線掃描的高度差和兩個二維像的相位差，確定目標的每個散射源的高度；基於目標的每個散射源的高度，在高度向對目標進行濾波，將濾波後的散射源進行重構得到雜波抑制後的目標RCS。利用InSAR技術對目標進行直線掃描近場，能夠快速高效地獲取回波數據；通過利用在兩個高度採集數據的相位信息進行幹涉處理，能夠實現在一定高度範圍內的相位解纏，從而唯一的確定散射源高度。本發明能夠進行豎向空間濾波從而實現抑制場地雜散回波、提高測試精度的目的。
附圖說明
通過以下參照附圖而提供的具體實施方式部分，本發明的特徵和優點將變得更加容易理解，在附圖中：
圖1是本發明基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法的流程圖；
圖2是本發明基於InSAR技術的直線掃描近場RCS測試雜波抑制方法的示意圖。
具體實施方式
下面參照附圖對本發明的示例性實施方式進行詳細描述。對示例性實施方式的描述僅僅是出於示範目的，而絕不是對本發明及其應用或用法的限制。
如圖1所示，本發明基於InSAR技術的直線掃描近場雷達散射截面(Radar Cross-Section，RCS)測試雜波抑制方法，包括如下步驟：
S1、分別在兩個高度條件下對目標進行直線掃描，獲取目標的兩個二維像；
S2、根據兩次直線掃描的高度差Δh和兩個二維像的相位差Δφ，確定目標的每個散射源的高度；
S3、基於目標的每個散射源的高度，在高度向對目標進行濾波，將濾波後的散射源進行重構得到雜波抑制後的目標RCS。
回波數據的二維像信息中包含了散射的幅度和相位信息，相位信息與雷達系統的工作頻率、目標相對雷達的縱向距離和高度差有關。在實際RCS測試中，由於二維像的幅度和相位信息均為已知，因此可以反推出散射源的高度信息。但由於相位的周期性變化，一個幅度值對應多個相位信息，因此按照上述方式所得到的高度信息並不唯一，即出現相位纏繞現象。例如，在某一高度下掃描得到的回波數據，其相位值可能是a1，也有可能是a1+n×360°，其中n為整數。本發明基於合成孔徑雷達幹涉(Synthetic Aperture Radar Interferometry,InSAR)技術進行直線掃描，通過利用不同高度上採集數據的相位信息進行幹涉處理，實現在一定的高度範圍內的相位解纏，從而能夠唯一的確定散射源高度。
在圖2示出的實施例中，以目標所在位置為坐標原點O，以掃描移動方向X軸、以天線指向為Y軸、以目標的高度方向為Z軸建立掃描坐標系，圖中點A(x0,y0,z0)代表目標上的任意一個散射源，h1、h2分別為兩次直線掃描的高度，r1、r2分別為兩次直線掃描時天線與散射源的距離，(x0，y0，z0)為散射源的坐標，(p，-R0，h1)為高度h1條件下天線在掃描坐標系的坐標，(p，-R0，h2)為高度h2條件下天線在掃描坐標系的坐標。在對目標進行直線掃描時，天線沿著X軸指向的方向對目標進行掃描。
當兩次直線掃描得到的兩個二維像的相位差大於等於360°時，基於該兩次掃描的回波數據計算得到的散射源的高度仍然不是唯一的，導致相位纏繞。為此，本發明在兩個高度條件下對目標進行直線掃描時，要求兩個二維像的相位差Δφ小於360°。在實際測試過程中，可以依次獲取多個高度條件下的掃描回波數據，並從中選擇相位差Δφ小於360°的一組回波數據計算散射源的高度。當然，為了減小掃描次數、提高測試效率，本領域技術人員也可以設計合適的掃描高度，使得所得回波數據的相位差Δφ小於360°。
當兩次直線掃描的高度差越大，所得回波數據的相位差越大。當兩次所得回波數據的相位差大於等於360°時，仍然會出現上述的相位纏繞現象。為了避免相位纏繞，在本發明的一些實施例中，兩次直線掃描的高度差Δh滿足如下關係：
式中，Δh為兩次直線掃描的高度差，λ為入射電磁波波長，R0為掃描天線沿其指向方向距離目標的距離，Dh為目標在高度方向的最大尺寸，單位為m。
為了便於測試和計算，本領域技術人員可以根據實際條件選擇合適的同恆等條件進而建立相位信息與掃描高度差之間的對應關係，本發明基於相位信息與掃描高度差之間的對應關係即可反推出散射源的高度信息，對該對應關係的建立方式、以及具體函數形式不做具體限定。在一些實施例中，步驟S2之前進一步包括：按照如下方法確定兩次直線掃描的高度和兩個二維像的相位與散射源的高度之間的關係：
根據掃描天線的位置以及目標的空間分布，分別確定兩次直線掃描的高度與散射中心的高度之間的關係：
分別確定兩個二維像的相位與散射中心的高度之間的關係：
兩個二維像的相位與散射源的高度之間的關係：
式中，h1、h2分別為兩次直線掃描的高度，φ1、φ2分別為兩個二維像的相位，r1、r2分別為兩次直線掃描時天線與散射中心的距離，(x0，y0，z0)為散射中心的坐標，λ為入射電磁波波長，(p，-R0，h1)為高度h1條件下天線在掃描坐標系的坐標，(p，-R0，h2)為高度h2條件下天線在掃描坐標系的坐標，單位為m；掃描坐標系以目標所在位置為坐標原點，以掃描移動方向X軸、以天線指向為Y軸、以目標的高度方向為Z軸。
由於散射源天線在掃描坐標系的橫坐標和縱坐標、天線天線在掃描坐標系的坐標均為已知，因此根據兩個二維像的相位、結合上述公式6即可唯一確定散射源的高度。
當掃描天線沿其指向方向到目標的距離R0遠大於散射中心到目標的距離時，例如掃描天線沿其指向方向到目標的距離R0不小於目標最大幾何尺寸的10倍時，可以將公式2和公式3分別轉化為公式7和公式8。本發明中的幾何尺寸是指目標沿任意一個方向的長度，最大幾何尺寸是指目標沿著各個方向的長度的最大值。
因此，步驟S2中可以按照如下關係確定散射源的高度：
式中，Δh為兩次直線掃描的高度差，Δφ為散射源在兩個二維像的相位差，單位為m；Δh＝h1-h2、Δφ＝φ1-φ2，或者Δh＝h2-h1、Δφ＝φ2-φ1。
本發明中，確定散射源的高度之後，可以根據散射源的高度與目標的實際高度進行豎向空間濾波以實現雜波抑制的目的。優選地，步驟S3包括：
將散射源高度與目標實際高度之間的差值不大於預設閾值的散射源標記為有效散射源、散射源高度與目標實際高度之間的差值大於預設閾值的散射源標記為雜波；
濾除所述雜波，並以所述有效散射源進行重構得到雜波抑制後的目標RCS。
與現有技術相比，本發明能夠唯一確定散射源的高度，抑制高度向上與目標存在明顯差異的散射源，從而降低場地背景回波，達到雜波抑制的目的。測試速度快速、效率高效、準確性和精確性好。
雖然參照示例性實施方式對本發明進行了描述，但是應當理解，本發明並不局限於文中詳細描述和示出的具體實施方式，在不偏離權利要求書所限定的範圍的情況下，本領域技術人員可以對所述示例性實施方式做出各種改變。