CN109917346A - 一种基于功率谱估计的rcs起伏周期分析方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析的研究方法，包括获取不同点源目标的RCS解析表达矢量值；间接法求解功率谱密度，并对功率谱密度估计求解出快起伏的起伏周期；分析点源目标的起伏周期规律。随角度变化获取不同点源目标分析起伏周期，方法通过分析功率谱的截止频率，得到目标RCS随角度变化的快起伏周期。信号的功率谱密度反映了单位频带信号功率的大小，是频率的函数，功率谱揭示信号中隐含的周期性等有用的信息。

Description

一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析方法

技术领域

本发明涉及雷达技术，尤其涉及一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析方法。

背景技术

雷达目标是一系列的散射点构成，且相对雷达视线角变化，当散射点矢量合成时，各自的相对相位发生变化，从而产生幅度起伏。雷达传感器参数的设计，受到目标快速起伏的影响，大多数目标由多个散射中心组成，随着雷达视线角的变化，其RCS(雷达散射截面)呈现起伏分布特征。导引头在对目标的探测、跟踪过程中，幅度起伏特性影响了雷达导引头的设计策略，因此，研究目标雷达回波的幅度起伏周期，对导引头的设计有重要的参考意义，可以很大程度地提高目标被截获的概率。

目前，雷达回波的欺负研究主要集中在目标起伏的统计模型、RCS、高分辨特性等领域，对目标RCS起伏周期研究的很少。研究其起伏规律对雷达搜索、探测、识别有极其重要的意义。

因此，针对以上不足，需要提供一种对RCS起伏周期有效的解析方法或分析方法。

发明内容

本发明针对现有技术中的缺陷，提供了一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析方法。

为了达到上述目的，本发明的技术方案如下。

一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析方法，方法包括以下步骤：

第一步，获取不同点源目标的RCS解析表达矢量值；

第二步，间接法求解功率谱密度，并对功率谱密度估计求解出快起伏的起伏周期；

第三步，分析点源目标的起伏周期规律。

优选的，在第一步中，针对点源目标，每次选取两点源目标P1和P2放置在XOY平面内，P1的坐标为(x1,y1)，P2的坐标为(x2,y2)，观测角度为其定义为观测方向与+X轴的夹角，点源目标的解析表达式为

其中，s为电压值，A为电压幅度，f为频率，c为光速，(x,y)为点源的坐标，为观察角度。

优选的，对于多个点源目标，之间的最大间距为D，电压值s矢量相加。

优选的，在对SCR点源目标进行选取采样时，为保证信号不失真，角度采样间隔为

其中，λ为入射波的波长。

优选的，在第二步中，以维纳-辛钦定理为理论基础，先估计自相关函数，然后对自相关函数求傅里叶变换，得到自相关函数的功率谱密度，对此功率谱密度进行估计，得到截止频率，进而求解出快起伏的起伏周期。

优选的，在第三步中，选取三点源目标进行仿真计算，三点源坐标为P1(-L/2,L/2)，P2(L/2,-L/2)，P3(0,L)，频率为10GHz，L取10米，分别获取三个坐标点的截止频率；其次，分别改变点源个数、位置和频率等参数，多次仿真，得出截止频率与波长和散射中心间距关系为

由此得出最大截止频率与点源之间最大间隔呈正相关。

优选的，采用MATLAB对点源目标进行仿真计算。

实施本发明的，具有以下有益效果：本发明的方法研究了其RCS序列的起伏周期，为导引头的设计提供了技术支撑，提高了目标被截获的概率。

附图说明

图1为两点源模型示意图。

图2为功率谱估计结果图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

基于功率谱估计的RCS随角度变化的起伏周期分析，对导引头的设计有重要的参考意义，可以很大程度地提高目标被截获的概率。信号的功率谱密度反映了单位频带信号功率的大小，是频率的函数。功率谱可以揭示信号中隐含的周期性等有用的信息。

研究四路：通过研究不同点源目标的功率谱特性，得到截止频率，借用角域序列求周期的方法，计算出RCS角域序列的快速起伏周期，为真实目标的起伏特性研究提供一种研究思路。具体的，通过分析功率谱的截止频率，可以得到目标RCS随角度变化的快起伏周期。技术方案具体如下。

一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析的具体实施方式为：

第一步点源目标的RCS

图1为两点源目标的放置示意图，两点源目标P1和P2放置在XOY平面内，P1的坐标为(x1,y1)，P2的坐标为(x2,y2)，观测角度为其定义为观测方向与+X轴的夹角。

点源目标的解析表达式如下

其中，s为电压值，A为电压幅度，f为频率，c为光速，(x,y)为点源的坐标，为观察角度，其定义为观察方向与X轴的夹角，角变化范围为(-180°-180°)。假设有多个点源，之间的最大间距为D，如果有多个点源目标，电压值为矢量相加。

在对RCS进行采样时，为保证信号不失真，角度采样间隔为

其中，λ为入射波的波长。

第二步分析功率谱密度

采用的功率谱求解方法为间接法，此方法的理论基础是维纳-辛钦定理。具体实现方法是对RCS序列x(n)先估计自相关函数，然后对自相关函数求傅里叶变换，得到自相关函数的功率谱密度

RCS序列自相关函数为，

功率谱密度是自相关函数的傅里叶变换，为

使用MATLAB进行仿真计算，功率谱估计如图2所示。

第三步点源目标的起伏周期规律

选取三点源目标进行仿真计算，三点源坐标为P1(-L/2,L/2)，P2(L/2,-L/2)，P3(0,L)，频率为10GHz，L取10米，图2为三点源目标的功率谱密度仿真结果。由图中看出，此三点源目标有三个截止频率点，分别为8.26、16.42和18.36，最大截止频率为18.36，则RCS起伏周期为1/18.36＝0.05°。分别改变点源个数、位置和频率等参数，多次仿真，得出截止频率与波长和散射中心间距有关，最大截止频率与点源之间最大间隔有关。具体表达式为

该方法为从点源目标为例，研究了其RCS序列的起伏周期，为导引头的设计提供了技术支撑，可以很大程度地提高目标被截获的概率。

最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (7)

1.一种基于功率谱估计的RCS起伏周期分析方法，其特征在于，方法包括以下步骤：

第一步，获取不同点源目标的RCS解析表达矢量值；

第二步，间接法求解功率谱密度，并对功率谱密度估计求解出快起伏的起伏周期；

第三步，分析点源目标的起伏周期规律。

2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：

在第一步中，针对点源目标，每次选取两点源目标P1和P2放置在XOY平面内，P1的坐标为(x1,y1),P2的坐标为(x2,y2)，观测角度为其定义为观测方向与+X轴的夹角，点源目标的解析表达式为

其中，s为电压值，A为电压幅度，f为频率，c为光速，(x,y)为点源的坐标，为观察角度。

3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于：对于多个点源目标，之间的最大间距为D，电压值s矢量相加。

4.根据权利要求2或3所述的方法，其特征在于：在对SCR点源目标进行选取采样时，为保证信号不失真，角度采样间隔为

其中，λ为入射波的波长。

5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在第二步中，以维纳-辛钦定理为理论基础，先估计自相关函数，然后对自相关函数求傅里叶变换，得到自相关函数的功率谱密度，对此功率谱密度进行估计，得到截止频率，进而求解出快起伏的起伏周期。

6.根据权利要求1所述的方法，其特征在于：在第三步中，选取三点源目标进行仿真计算，三点源坐标为P1(-L/2,L/2)，P2(L/2,-L/2)，P3(0,L)，频率为10GHz，L取10米，分别获取三个坐标点的截止频率；其次，分别改变点源个数、位置和频率等参数，多次仿真，得出截止频率与波长和散射中心间距关系为

由此得出最大截止频率与点源之间最大间隔呈正相关。

7.根据权利要求5或6所述的方法，其特征在于：采用MATLAB对点源目标进行仿真计算。