阅读说明：本技术 一种目标远场散射最小试验距离判定方法 (method for judging minimum test distance of far-field scattering of target ) 是由 方重华 奚秀娟 于 2019-08-27 设计创作，主要内容包括：一种目标远场散射最小试验距离判定方法,包括如下步骤：步骤1:确定目标及其工况,包含最高频率,极化状态,入射角度；步骤2:基于(1)中的工况,利用仿真手段对目标进行给定角域范围内进行一维距离成像；步骤3:对(2)中所获取的多幅一维距离像进行强散射源最大距离对比,找出最大的强散射源间距；步骤4:将步骤3中最大的强散射源间距代入最小试验距离判定公式,即可获取给定条件下的最小试验距离；本发明通过一维距离像而不是传统的公式来进行判定,更有效和实用；大大降低试验距离要求；成本相对较低；环节简化；该发明可用于多类目标,为其开展远场散射试验时甄选最小的试验距离提供指导。(A method for judging the minimum experimental distance of far-field scattering of a target comprises the following steps: step 1, determining a target and working conditions thereof, including highest frequency, polarization state and incident angle; based on the working condition in the step (1), performing one-dimensional distance imaging on the target in a given angular domain range by using a simulation means; step 3, comparing the maximum distances of the strong scattering sources of the multiple one-dimensional range images obtained in the step 2 to find out the maximum distance between the strong scattering sources; step 4, substituting the maximum strong scattering source distance in the step 3 into a minimum test distance judgment formula to obtain the minimum test distance under the given condition; the invention judges by a one-dimensional distance image instead of the traditional formula, and is more effective and practical; the requirement on test distance is greatly reduced; the cost is relatively low; the link is simplified; the method can be used for various targets and provides guidance for selecting the minimum test distance when the far-field scattering test is carried out.)

一种目标远场散射最小试验距离判定方法

技术领域

本发明涉及电磁散射领域，具体说是一种目标远场散射最小试验距离判定方法。

背景技术

传统的目标远场散射试验距离一般由远场条件公式(2D²/λ，D为目标最大尺寸，λ为试验波长)给出，一般认为在此距离条件下可以直接获取目标准确的远场散射结果。而对于大型目标(例如船舶、飞机目标)而言，由于尺寸庞大，使得远场条件公式所给出的远场距离在实际试验中往往无法满足。例如对于长为20m的飞机，在典型的10GHz频率条件下，对应的远场距离约为27km，超过了国内现有试验场的有效测试距离。因此，能否在相对较近(远小于远场条件公式条件)的距离下直接获取目标的远场散射结果就显得非常重要。

对于此类问题，国内外开展了基于近远场转换的测试方法，可以在较近距离条件下获取目标的近场散射结果，转换得出远场结果。然而，这类方法需要借助近远场转换，增加了中间环节并非直接获取远场结果。此外，基于近远场转换的测试方法需要专用测试系统，往往会增加试验成本。在另一方面，国内外研究发现，在某些目标(如平板)在远小于远场条件公式条件的距离下直接获取的散射结果与其准确的远场散射结果差异很小。虽然相关研究并未给出“多近”距离的判据，但仍给我们启发，去发明一种判定方法：对于大型目标，确定一个远小于远场距离的“最小试验距离”，在这一距离条件下获取的散射结果与准确的远场散射结果相比较，能满足给定的精度要求，从而为大型目标的远场散射试验提供全新思路。

发明内容

本发明要解决的问题是：对于大型目标，确定一个远小于远场距离的“最小试验距离”，在这一距离条件下获取的散射结果与准确的远场散射结果相比较(参考HJB180中总RCS值统计方法)，能满足工程的精度要求(通常差距在3dB以内)。

本发明采用的技术方案是：一种目标远场散射最小试验距离判定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1:确定目标及其工况，包含最高频率，极化状态，入射角度；

步骤2:基于(1)中的工况，利用仿真手段对目标进行给定角域范围内进行一维距离成像；

步骤3:对(2)中所获取的多幅一维距离像进行强散射源最大距离对比，找出最大的强散射源间距；

步骤4:将步骤3中最大的强散射源间距代入最小试验距离判定公式，2D²/λ中，D为目标最大尺寸，在本方法中D即为步骤3中所得最大的强散射源间距，λ为试验波长，即可获取给定条件下的最小试验距离。

进一步的，所述仿真手段具体为:目标的电磁波照射与接收仿真是采用OpenGL进行图形处理；首先完成目标的外形建模及网格剖分，构成可以调入到图形电磁计算的剖分几何模型，通过OpenGL将目标三维模型显示在屏幕上；使电磁波沿垂直屏幕方向照射到物体，在计算机中依靠计算机图形学的冯氏光照模型，利用3种不同颜色的光线同时照射在目标模型上，对目标进行着色渲染，利用像素点的颜色分量(R、G、B)确定照射部分的法矢量(n_x、n_y、n_z)，再根据目标点各处在计算区域中的深度信息，通过图形电磁计算将电磁计算的物理光学积分转化为像素求和，得到目标RCS；然后采用频率步进的脉冲压缩方法，通过发射一组载频按照固定步进频率变化的脉冲串照射目标，对接收的不同频率照射下的目标回波RCS，进行快速傅里叶逆变换匹配滤波，得到目标的一维距离像。

进一步的，所述步骤3中找出最大的强散射源间距的具体方法为：用直尺测量一维距离像中平行虚线的最大水平距离，然后根据坐标轴换算成实际距离，及为最大的强散射源间距。

本发明的有益效果和特点是：

(1)该发明可用于多类目标，为其开展远场散射试验时甄选最小的试验距离提供指导。

(2)采通过一维距离像而不是传统的公式来进行判定，更有效和实用。

(3)大大降低试验距离要求——可以在远小于远场距离的条件下直接开展目标的远场散射试验。

(4)成本相对较低——无需基于专用的近远场转换的测试系统，可以直接利用传统的远场散射测试方法和测试系统。

(5)环节简化——直接获取目标的远场散射结果，无需近远场变换，符合工程需求。

附图说明

图1本发明较佳实施例简化的大型目标整体示意图；

图2图1大型目标一维距离像及其与结构的关联性、最大强散射源间距示意；

图3HJB统计的不同距离总RCS值比较(俯仰角90度)；

具体实施方式

下面结合附图对本发明进行进一步说明：

一种目标远场散射最小试验距离判定方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤1:确定目标及其工况，包含最高频率，极化状态，入射角度；

步骤2:基于(1)中的工况，利用仿真手段对目标进行给定角域范围内进行一维距离成像；所述仿真手段具体为:目标的电磁波照射与接收仿真是采用OpenGL进行图形处理；首先完成目标的外形建模及网格剖分，构成可以调入到图形电磁计算的剖分几何模型，通过OpenGL将目标三维模型显示在屏幕上；使电磁波沿垂直屏幕方向照射到物体，在计算机中依靠计算机图形学的冯氏光照模型，利用3种不同颜色的光线同时照射在目标模型上，对目标进行着色渲染，利用像素点的颜色分量(R、G、B)确定照射部分的法矢量(n_x、n_y、n_z)，再根据目标点各处在计算区域中的深度信息，通过图形电磁计算将电磁计算的物理光学积分转化为像素求和，得到目标RCS；然后采用频率步进的脉冲压缩方法，通过发射一组载频按照固定步进频率变化的脉冲串照射目标，对接收的不同频率照射下的目标回波RCS，进行快速傅里叶逆变换匹配滤波，得到目标的一维距离像。

步骤3:对(2)中所获取的多幅一维距离像进行强散射源最大距离对比，找出最大的强散射源间距；具体方法为：用直尺测量一维距离像中平行虚线的最大水平距离，然后根据坐标轴换算成实际距离，及为最大的强散射源间距。

步骤4:将步骤3中最大的强散射源间距代入最小试验距离判定公式，2D²/λ中，D为目标最大尺寸，在本方法中D即为步骤3中所得最大的强散射源间距，λ为试验波长，即可获取给定条件下的最小试验距离。

具体计算实例：

(1)针对如图1所示的某简化的大型目标(假设全长约30m)，假定入射波处于以下3个频率(200MHz、300MHz、400MHz，对应的远场距离分别为1.2km(200MHz)、1.8km(300MHz)、2.4km(400MHz))，极化状态为垂直极化，入射角度为俯仰90度，方位0度(沿船头入射)。

(2)利用仿真手段获取了(1)中给定工况条件下的一维距离像，如图2所示；

(3)可以从图2中明确，最大的强散射源间距为11m；。

(4)将代入最小试验距离判定公式，即可获取给定条件下的最小试验距离，分别为161m(200MHz)、242m(300MHz)、323m(400MHz)。

(5)为了验证这一最小试验距离判定的有效性，开展不同距离条件下的散射特性仿真计算，如图3所示。其中，2000m对于上述3个频点均属于远场距离，因而在此距离的结果即可代表准确的远场散射结果。在HJB180的总RCS值统计方法下，三个频点对应的最小试验距离下的散射结果与相应的准确的远场散射结果之间差距均小于3dB，从而验证了本方法的有效性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征及本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的结构关系及原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。