CN112399792B - 多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质 - Google Patents

多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质 Download PDF

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Abstract

多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质，包括：计算多静区紧缩场反射面的电场分布；根据所述紧缩场反射面的电场分布，确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状。采用本申请中的方案，利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度，然后再通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。

Description

多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质
技术领域
本申请涉及空间信息对抗技术，具体地，涉及一种多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质。
背景技术
紧缩场是通过精密反射器准直形成平面波静区和低背景电磁环境，自1969年佐治亚工学院Johnson教授发明以来，逐渐成为雷达目标特性精密测量的基础性主流装备。截至2015年，美国公布的RCS测试场认证状态，波音7个，洛克希德马丁5个，雷神4个，BAE2个，GE1个，NASA1个，其它(含海空军)17个，高校2个(OSU，GTRI)，合计39个。
自上世纪80年代，我国开始研究紧缩场技术，已自主研制出不同尺寸，多种类型的紧缩场。1992年我国自行研制了国内第一台静区1.5m双柱面紧缩场，2000年完成了静区5m的大型双柱面紧缩场建造，2002年建造了静区尺寸为4.5m的单旋转抛物面紧缩场，2003年研制了静区为0.8m的前馈卡塞格伦紧缩场，2009年研制出静区6m的单反射面紧缩场，2012年研制出静区16m的单反射面紧缩场。
国内外紧缩场的主要技术功能是实现远场平面波条件，用于天线方向图和雷达目标RCS特性测量，紧缩场通常要求为单一平面波静区。传统抛物面有偏焦多波束的应用，但其工作在天线的远场辐射区。
现有技术存在以下问题：
在微波暗室构建多波束应用的紧缩场时存在多波束串扰问题。
发明内容
本申请实施例中提供了一种多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质、电子设备，以解决上述技术问题。
根据本申请实施例的第一个方面，提供了一种多源电磁波束串扰抑制方法，包括如下步骤：
计算多静区紧缩场反射面的电场分布；
根据所述紧缩场反射面的电场分布，确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状。
根据本申请实施例的第二个方面，提供了一种多源电磁波束串扰抑制装置，包括：
计算模块，用于计算多静区紧缩场反射面的电场分布；
确定模块，用于根据所述紧缩场反射面的电场分布，确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状。
根据本申请实施例的第三个方面，提供了一种计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述多源电磁波束串扰抑制方法的步骤。
根据本申请实施例的第四个方面，提供了一种电子设备，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如上所述的多源电磁波束串扰抑制方法。
采用本申请实施例中提供的多源电磁波束串扰抑制方法、装置及计算机存储介质、电子设备，利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度，然后再通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本申请的进一步理解，构成本申请的一部分，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的不当限定。在附图中：
图1示出了本申请实施例一中多静区紧缩场的工作原理示意图；
图2示出了本申请实施例一中NUFFT的内插示意图；
图3示出了本申请实施例一中多源电磁波束串扰示意图；
图4示出了本申请实施例一中多静区紧缩场的波束干涉与静区位置控制示意图；
图5示出了本申请实施例一中采用普通宽波束标准馈源的口面场分布示意图；
图6示出了本申请实施例一中采用普通宽波束标准馈源的水平方向电场幅度分布示意图；
图7示出了本申请实施例一中采用普通宽波束标准馈源的垂直方向电场幅度分布示意图；
图8示出了本申请实施例一中馈源结构示意图；
图9示出了本申请实施例一中采用高增益馈源的远场方向示意图；
图10示出了本申请实施例一中采用高增益馈源的口面场分布示意图；
图11示出了本申请实施例一中采用高增益馈源的水平方向电场幅度分布示意图；
图12示出了本申请实施例一中采用高增益馈源的垂直方向电场幅度分布示意图；
图13示出了本申请实施例二中多源电磁波束串扰抑制方法实施的流程示意图；
图14示出了本申请实施例三中多源电磁波束串扰抑制装置的结构示意图；
图15示出了本申请实施例五中电子设备的结构示意图。
具体实施方式
本申请实施例中的方案可以采用各种计算机语言实现，例如，面向对象的程序设计语言Java和直译式脚本语言JavaScript等。
为了使本申请实施例中的技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图对本申请的示例性实施例进行进一步详细的说明，显然，所描述的实施例仅是本申请的一部分实施例，而不是所有实施例的穷举。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
在微波暗室中利用多个偏焦馈源形成多静区紧缩场时，多个偏焦馈源发射出来的电磁波在传播过程中会存在串扰问题。
本申请实施例首先利用快速计算方法解决紧缩场电磁性能评价问题，然后通过偏焦馈源的优化和物理隔离实现多源电磁波束的串扰抑制。
实施例一
考虑到紧缩场反射面的计算仅采用几何光学显然分析能力无法满足要求，若完全依赖物理光学积分，物理光学近似得出的表面电流的积分运算为矩阵向量积，如此处理显然效率低下。
为此，本申请实施例计算紧缩场的步骤为：
采用几何光学计算电磁波由馈源发出，经反射面到弦面所形成的电磁场分布特性；电磁波由弦面到静区的传播与分布特性，采用瑞利索墨菲卷积分进行计算。卷积运算借助FFT加速。
图1示出了本申请实施例中多静区紧缩场的工作原理示意图。
如图所示，紧缩场的偏馈结构导致口径弦面(k′z形成的倾斜坐标系)与静区观测面(kz形成的水平垂直坐标系)不平行(倾斜)时，形成了平面波角谱格点分布。
其中，
静区观测面的坐标系为横坐标kz与纵坐标kx构成的坐标系；
弦面的坐标系为横坐标k′z与纵坐标k′x构成的坐标系；
两个坐标系的倾斜角度为α，弦面坐标系下的平面波角谱格点为：
竖直线段表示平面波波前面，r(z,x)表示坐标系静区管侧面原点到平面波波前面任一点的距离。
弦面坐标系下(k′z形成的倾斜坐标系)的平面波角谱格点均匀分布(图1中半圆形状的边缘部位的圆圈)，是由口面内的均匀采样FFT所得。由于静区坐标与弦面坐标之间的旋转关系，并存在平面波角谱分量的约束，所以静区坐标内的平面波角谱格点位非均匀分布(kx坐标上的点)。平面波分量的传输表现为相位延迟，即相位指数为波数矢量与位置矢量的点乘。所以，在静区坐标系下波谱叠加场点运算表现为非均匀傅里叶变换。
偏焦反射面的分析中，即使反射面采用均匀网格剖分，弦面场分布格点也为非均匀，若插值则引入插值误差和计算开销。
为此，本申请实施例提出由几何光学计算到弦面、NUFFT计算弦面的角谱、并由INUFFT计算传输到静区的场分布。
非均匀傅里叶变换可借助FFT来快速实现，计算过程包括：计算初始化、高斯卷积重采样、FFT和去卷积运算。由于使用了FFT快速算法，高斯重采核的有限扩散，并且计算补偿消除了内插卷积核的影响，所以计算效率和精度都将得以提高。
图2示出了本申请实施例中NUFFT的内插示意图。
信号通常采用距离门选通处理。门外干扰包括馈源直漏、暗室前侧墙直接回波、反射面边缘直接回波和暗室背墙。门内干扰将被距离门选通保留，其形成机理包括反射面口径近场辐射副瓣照射静区位置临近周围吸波材料、馈源与暗室墙壁多次反射以及目标支撑结构反射，通常采用合理设计紧缩场暗室中吸波材料的选型及布局、矢量背景对消来抑制或处理。吸波材料选型及布局的原则为：在电磁波直接照射、强反射的位置区域采用尺寸较长、吸波性能较好的材料，在电磁波部直接照射，可采用较短、吸波性能一般的区域。同时，在电磁波一次、二次反射区域也应当采用吸波性能较好的吸波材料。矢量背景对消的方法是利用空场电磁场分布(背景)、定标体电磁场分布(定标体)以及被测目标电磁场分布特性等三个电磁场分布特性进行对消。其中，空场电磁场分布特性主要用于消除微波暗室内的电磁场杂波，定标体电磁场分布特性用于定标电磁散射的绝对值。
图3示出了本申请实施例中多源电磁波束串扰示意图。
如图所示，多静区紧缩场的各子静区存在相互串扰。
图4示出了本申请实施例中多静区紧缩场的波束干涉与静区位置控制示意图。
如图所示，偏焦波束随着传播距离增大而逐渐分离形成性能达标的多静区，合理控制多静区的纵向位置及馈源照射波束可控制多静区间的相互串扰。
增大静区纵向位置会使边缘绕射成为更近轴的静区干扰，不利于提升低频段的静区幅相平坦性能，所以需优化控制静区位置。增大馈源增益有利于隔离各子静区间的相互串扰，但会增加静区内幅度锥削，所以需优化馈源波束形状。
图5示出了本申请实施例中采用普通宽波束标准馈源的口面场分布示意图。
图6示出了本申请实施例中采用普通宽波束标准馈源的水平方向电场幅度分布示意图。
如图所示，在10米位置处，水平方向的隔离度在14dB左右。
图7示出了本申请实施例中采用普通宽波束标准馈源的垂直方向电场幅度分布示意图。
如图所示，垂直方向在7米位置，隔离度大概能够达到8dB左右。采用普通宽波束标准馈源的仿真效果显然与子静区之间隔离度20dB的指标要求还有较大差距。
图8示出了本申请实施例中馈源结构示意图。
如图所示，本申请采用了四脊喇叭方案高增益馈源结构。
图9示出了本申请实施例中采用高增益馈源的远场方向示意图。
如图所示，在10米位置处，水平方向的隔离度在25dB左右。
图10示出了本申请实施例中采用高增益馈源的口面场分布示意图。
图11示出了本申请实施例中采用高增益馈源的水平方向电场幅度分布示意图。
图12示出了本申请实施例中采用高增益馈源的垂直方向电场幅度分布示意图。
如图所示，垂直方向在7米位置，隔离度大概能够达到17dB左右，这已经达到或接近20dB的隔离度要求，从而实现了多源电磁波束串扰的抑制。
本申请实施例具有以下优点：
(1)利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度；
(2)通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。
实施例二
图13示出了本申请实施例二中多源电磁波束串扰抑制方法实施的流程示意图。
如图所示，所述多源电磁波束串扰抑制方法，包括：
步骤1401、计算多静区紧缩场反射面的电场分布；
步骤1402、根据所述紧缩场反射面的电场分布，确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状。
采用本申请实施例中提供的多源电磁波束串扰抑制方法，利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度，然后再通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。
在一种实施方式中，所述计算多静区紧缩场反射面的电场分布，包括：
采用几何光学计算馈源经反射面到弦面的电场分布；
采用瑞利索墨菲RayleighSommerfeld卷积计算弦面到静区的电场分布。
在一种实施方式中，所述卷积计算采用傅里叶变换FFT加速。
在一种实施方式中，所述卷积计算具体包括：
利用不均匀傅里叶变换NUFFT计算弦面的角谱；
利用不均匀反傅里叶变换INUFFT计算传输到静区的电场分布。
在一种实施方式中，所述不均匀反傅里叶变换INUFFT的计算过程，包括：
计算初始化；
高斯卷积重采样；
傅里叶变换FFT；
去卷积运算。
在一种实施方式中，所述方法进一步包括：
确定反射面口径近场辐射副瓣照射静区位置临近周围的吸波材料的型号与布局位置；和/或，
进行矢量背景对消。
在一种实施方式中，所述确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状，包括：
利用弦面到静区的电场分布的计算方法，分析位于不同偏离焦点处馈源形成的静区电磁场分布特性，当静区电磁波波前相位偏差小于25°时，就确定该偏焦点处为馈源的位置。馈源的波束形状需要波束尽可能窄，才能够抑制两个子静区之间的串扰，本发明中，馈源增益为20dB。
实施例三
基于同一发明构思，本申请实施例提供了一种多源电磁波束串扰抑制装置，该装置解决技术问题的原理与一种多源电磁波束串扰抑制方法相似，重复之处不再赘述。
图14示出了本申请实施例三中多源电磁波束串扰抑制装置的结构示意图。
如图所示，所述多源电磁波束串扰抑制装置包括：
计算模块1501，用于计算多静区紧缩场反射面的电场分布；
确定模块1502，用于根据所述紧缩场反射面的电场分布，确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状。
采用本申请实施例中提供的多源电磁波束串扰抑制装置，利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度，然后再通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。
实施例四
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种计算机存储介质，下面进行说明。
所述计算机存储介质，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如实施例一所述方法的步骤。
采用本申请实施例中提供的计算机存储介质，利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度，然后再通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。
实施例五
基于同一发明构思，本申请实施例还提供一种电子设备，下面进行说明。
图15示出了本申请实施例五中电子设备的结构示意图。
如图所示，所述电子设备包括存储器1601、以及一个或多个处理器1602，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如实施例一所述的方法。
采用本申请实施例中提供的电子设备，利用多静区紧缩场反射面电场分布快速计算方法获得紧缩场静区的电磁场分布特性，分析多源电磁波束串扰程度，然后再通过设计高增益天线，抑制多源电磁波束的串扰。
本领域内的技术人员应明白，本申请的实施例可提供为方法、***、或计算机程序产品。因此，本申请可采用完全硬件实施例、完全软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本申请可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器、CD-ROM、光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。
本申请是参照根据本申请实施例的方法、设备(***)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。
这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。
这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。
尽管已描述了本申请的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例作出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请范围的所有变更和修改。
显然，本领域的技术人员可以对本申请进行各种改动和变型而不脱离本申请的精神和范围。这样，倘若本申请的这些修改和变型属于本申请权利要求及其等同技术的范围之内，则本申请也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (7)

1.一种多源电磁波束串扰抑制方法，其特征在于，包括：
计算多静区紧缩场反射面的电场分布；
根据所述紧缩场反射面的电场分布，确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状；
所述计算多静区紧缩场反射面的电场分布，包括：
采用几何光学计算馈源经反射面到弦面的电场分布；
采用瑞利索墨菲RayleighSommerfeld卷积计算弦面到静区的电场分布；
所述确定偏离焦点处的馈源的位置以及波束形状，包括：
计算弦面到静区的电场分布，并分析位于不同偏离焦点处馈源形成的静区电磁场分布特性；所述静区电磁场分布特性包括静区电磁波波前相位偏差；
当静区电磁波波前相位偏差小于预定值时，确定该偏离焦点处为馈源的位置；
其中，确定偏离焦点处的馈源的波束形状采用高增益馈源来实现。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述卷积计算采用傅里叶变换FFT加速。
3.根据权利要求2所述的方法，其特征在于，所述卷积计算具体包括：
利用不均匀傅里叶变换NUFFT计算弦面的角谱；
利用不均匀反傅里叶变换INUFFT计算传输到静区的电场分布。
4.根据权利要求3所述的方法，其特征在于，所述不均匀反傅里叶变换INUFFT的计算过程，包括：
计算初始化；
高斯卷积重采样；
傅里叶变换FFT；
去卷积运算。
5.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，进一步包括：
确定反射面口径近场辐射副瓣照射静区位置临近周围的吸波材料的型号与布局位置；和/或，
进行矢量背景对消。
6.一种计算机存储介质，其特征在于，其上存储有计算机程序，所述计算机程序被处理器执行时实现如权利要求1至5任一所述方法的步骤。
7.一种电子设备，其特征在于，包括存储器、以及一个或多个处理器，所述存储器用于存储一个或多个程序；所述一个或多个程序被所述一个或多个处理器执行时，实现如权利要求1至5任一所述的方法。
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