專(zhuān)利名稱(chēng)：大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)散射截面的計(jì)算方法，具體是一種大氣波導(dǎo)內(nèi)目標(biāo)物體雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法。
背景技術(shù)：
雷達(dá)作為遠(yuǎn)程探測(cè)裝備，目前已成為我軍戰(zhàn)場(chǎng)監(jiān)視和信息獲取的重要手段。但是地球的曲率嚴(yán)重限制了地面雷達(dá)的視距探測(cè)范圍，要探測(cè)視距以外的遠(yuǎn)距離目標(biāo)就需要研制和裝備具有超視距探測(cè)能力的雷達(dá)系統(tǒng)。對(duì)于海面艦船目標(biāo)的遠(yuǎn)程探測(cè)，依靠大氣波導(dǎo)條件的微波超視距雷達(dá)具有明顯的優(yōu)勢(shì)，已成為對(duì)海超視距雷達(dá)裝備的重要發(fā)展方向。而大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)散射特性的研究對(duì)微波超視距雷達(dá)效能的發(fā)揮起著十分重要的作用。 綜合國(guó)內(nèi)外現(xiàn)狀，目前可以獲得大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)RCS(Radar Cross-kction，雷達(dá)散射截面)的散射特性的方法主要有實(shí)驗(yàn)測(cè)量和建模仿真兩大類(lèi)。其中實(shí)驗(yàn)測(cè)量方法由于是對(duì)艦船目標(biāo)進(jìn)行超視距電磁特性的測(cè)量，所需要的測(cè)量場(chǎng)地和平臺(tái)是非常大的，其中必然會(huì)受到各種雜波、干擾的影響，使得測(cè)量精度得不到保證。而普通的微波暗室又難以測(cè)量出目標(biāo)在大氣波導(dǎo)條件下的電磁特性，因此建模仿真就成為獲取和分析大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo) RCS電磁散射特性的主要方法。目前，對(duì)于雷達(dá)目標(biāo)電磁特性的建模和仿真絕大部分都是在遠(yuǎn)場(chǎng)均勻平面波照射的條件下進(jìn)行計(jì)算的。但是對(duì)于微波超視距雷達(dá)，上述建模計(jì)算方法都不再適用，因?yàn)槲⒉ǔ暰嗬走_(dá)探測(cè)目標(biāo)時(shí)電磁波不再是直線傳播，目標(biāo)處入射波的強(qiáng)度與高度有關(guān)，如

圖1 所示，入射波強(qiáng)度是分層變化的。因此必須要得到與之相對(duì)應(yīng)的目標(biāo)RCS分層變化關(guān)系才能獲得目標(biāo)對(duì)電磁波的散射功率。對(duì)于這種大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)RCS散射特性的分層計(jì)算目前還沒(méi)有可行的方法。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的在于解決微波超視距雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展、裝備更新和作戰(zhàn)運(yùn)用中遇到的RCS散射特性的分層計(jì)算問(wèn)題，提供有效的大氣波導(dǎo)范圍內(nèi)艦船目標(biāo)RCS散射特性的分層計(jì)算方法。本發(fā)明的目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，依次執(zhí)行以下步驟，步驟一建立該艦船目標(biāo)的三維幾何模型；步驟二 對(duì)艦船目標(biāo)的三維幾何模型進(jìn)行劃分，使劃分后的各部件滿(mǎn)足隨機(jī)擺動(dòng)條件下非相干疊加條件；步驟三對(duì)劃分后的各部件按照與其最接近的幾何形狀近似為基本散射體；步驟四提取各個(gè)基本散射體的幾何信息；步驟五 計(jì)算各個(gè)基本散射體的雷達(dá)散射截面；步驟六計(jì)算各部件的等效雷達(dá)散射截面值；步驟七結(jié)合艦船目標(biāo)各部件的高度，計(jì)算出艦船各部件在不同高度上的雷達(dá)散射截面值的變化關(guān)系。進(jìn)一步地，在步驟一中，先對(duì)艦船目標(biāo)上各個(gè)部件單獨(dú)建立三維幾何模型，再對(duì)所有部件進(jìn)行三維空間的拼接，組合成艦船目標(biāo)的三維幾何模型。在步驟二中，在模型空間中劃分艦船目標(biāo)的三維幾何模型時(shí)，步長(zhǎng)劃分時(shí)的步長(zhǎng)1 滿(mǎn)足kl Y(1>> 1，其中Ytl為艦船目標(biāo)隨機(jī)擺動(dòng)的角度，1 = 2π/λ =2Jif/c為電磁波波數(shù)，λ為電磁波波長(zhǎng)，f為電磁波的頻率。在步驟三中，將劃分后的各個(gè)部件按照其幾何形狀與球形或橢球形、矩形、圓柱形、二面角等基本形狀的近似度，選取其最接近的基本形狀近似為基本散射體。在步驟三完成后進(jìn)行遮擋面判別，先做自遮擋面判別，將基本散射體的法線方向朝向雷達(dá)視點(diǎn)方向的面判別為可見(jiàn)面，然后做互遮擋面判別，將各個(gè)基本散射體之間互投影平面上每一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的面元深度進(jìn)行比較，取最近面元為可見(jiàn)面。在步驟四中提取艦船目標(biāo)模型的幾何信息，式在3DS Max三維建模軟件中選擇 ASCII場(chǎng)景導(dǎo)出ASE文件，對(duì)ASE文件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，導(dǎo)出網(wǎng)格模型中每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值、法向量坐標(biāo)及紋理坐標(biāo)；每個(gè)網(wǎng)格面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息；網(wǎng)格面的編號(hào)、面上點(diǎn)的索引、 面上點(diǎn)的紋理索引及面的法向量坐標(biāo)信息中的一個(gè)或多個(gè)。在步驟五中，先根據(jù)提取得到的各基本散射體的幾何信息，計(jì)算基本散射體雷達(dá)散射截面，然后計(jì)算出隨機(jī)擺動(dòng)條件下各基本散射體的平均雷達(dá)散射截面值。其中，上述步驟五中，計(jì)算基本散射體的雷達(dá)散射截面公式為
權(quán)利要求
1.一種大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，依次執(zhí)行以下步驟，步驟一 建立該艦船目標(biāo)的三維幾何模型；步驟二 對(duì)艦船目標(biāo)的三維幾何模型進(jìn)行劃分，使劃分后的各部件滿(mǎn)足隨機(jī)擺動(dòng)條件下非相干疊加條件；步驟三對(duì)劃分后的各部件按照與其最接近的幾何形狀近似為基本散射體；步驟四提取各個(gè)基本散射體的幾何信息；步驟五計(jì)算各個(gè)基本散射體的雷達(dá)散射截面；步驟六計(jì)算各部件的等效雷達(dá)散射截面值；步驟七 結(jié)合艦船目標(biāo)各部件的高度，計(jì)算出艦船各部件在不同高度上的雷達(dá)散射截面值的變化關(guān)系。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟一中，先對(duì)艦船目標(biāo)上各個(gè)部件單獨(dú)建立三維幾何模型，再對(duì)所有部件進(jìn)行三維空間的拼接，組合成艦船目標(biāo)的三維幾何模型。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟二中，在模型空間中劃分艦船目標(biāo)的三維幾何模型時(shí)，步長(zhǎng)劃分時(shí)的步長(zhǎng)1滿(mǎn)足 kl Y C1 > > 1，其中Y C1為艦船目標(biāo)隨機(jī)擺動(dòng)的角度，k = 2Ji/X = 2Jif/c為電磁波波數(shù)， λ為電磁波波長(zhǎng)，f為電磁波的頻率。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟三中，將劃分后的各個(gè)部件按照其幾何形狀與球形或橢球形、矩形、圓柱形、二面角等基本形狀的近似度，選取其最接近的基本形狀近似為基本散射體。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，步驟三完成后進(jìn)行遮擋面判別，先做自遮擋面判別，將基本散射體的法線方向朝向雷達(dá)視點(diǎn)方向的面判別為可見(jiàn)面，然后做互遮擋面判別，將各個(gè)基本散射體之間互投影平面上每一點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的面元深度進(jìn)行比較，取最近面元為可見(jiàn)面。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，步驟四中提取艦船目標(biāo)模型的幾何信息，式在3DS Max三維建模軟件中選擇ASCII場(chǎng)景導(dǎo)出ASE文件，對(duì)ASE文件的結(jié)構(gòu)進(jìn)行解析，導(dǎo)出網(wǎng)格模型中每個(gè)點(diǎn)的三維坐標(biāo)值、法向量坐標(biāo)及紋理坐標(biāo)；每個(gè)網(wǎng)格面的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)信息；網(wǎng)格面的編號(hào)、面上點(diǎn)的索引、面上點(diǎn)的紋理索引及面的法向量坐標(biāo)信息中的一個(gè)或多個(gè)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟五中，先根據(jù)提取得到的各基本散射體的幾何信息，計(jì)算基本散射體雷達(dá)散射截面，然后計(jì)算出隨機(jī)擺動(dòng)條件下各基本散射體的平均雷達(dá)散射截面值。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或7所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟五中，計(jì)算基本散射體的雷達(dá)散射截面公式為
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟五中，計(jì)算各個(gè)基本散射體的雷達(dá)散射截面后，進(jìn)一步計(jì)算出隨機(jī)擺動(dòng)條件下各基本散射體的平均雷達(dá)散射截面值；擺動(dòng)條件下各基本散射形狀的平均雷達(dá)散射截面計(jì)算表達(dá)式為 式中，σ (θ，γ)為基本散射形狀隨角度變化的Rcs，w(e，y)是搖擺角、顛簸角的二維概率密度函數(shù)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，其特征在于，在步驟六中，計(jì)算海面影響下各部件的等效雷達(dá)散射截面值公式為$ ν ，式中，Vav為海面的平均影響系數(shù)，是由海面存在時(shí)對(duì)電磁波傳播產(chǎn)生的多徑效應(yīng)，根據(jù)海面參數(shù)可計(jì)算出海面的平均影響系數(shù)為其中的參數(shù)有鏡面反射系數(shù)^s，漫反射系數(shù)^d，目標(biāo)和雷達(dá)天線的高度h、Iv以及海面瑞利參數(shù);卩4:《，瑞利參數(shù)中的λ為電磁波波長(zhǎng)，β為入射波的掠射角，μ為海面起伏的波高均方根值。進(jìn)一步，鏡面反射系數(shù)和漫反射系數(shù)也是由瑞利參數(shù)所決定的，它們之間的關(guān)系為
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了大氣波導(dǎo)內(nèi)艦船目標(biāo)雷達(dá)散射截面分層計(jì)算方法，對(duì)艦船目標(biāo)的三維幾何模型劃分后近似為基本散射體，提取各個(gè)基本散射體的幾何信息計(jì)算其雷達(dá)散射截面，結(jié)合基本散射體的高度，計(jì)算出艦船目標(biāo)在不同高度上的雷達(dá)散射截面值的變化關(guān)系，根據(jù)大氣波導(dǎo)的電磁波傳播因子，計(jì)算艦船目標(biāo)的散射功率強(qiáng)度。本發(fā)明提供的大氣波導(dǎo)范圍內(nèi)艦船目標(biāo)RCS散射特性的分層計(jì)算方法，大大減少了計(jì)算量及對(duì)計(jì)算設(shè)備的要求，可實(shí)現(xiàn)實(shí)時(shí)計(jì)算，且充分考慮了起伏海面對(duì)電磁波傳播的影響，計(jì)算結(jié)果更加合理、有效，對(duì)于微波超視距雷達(dá)的技術(shù)發(fā)展、裝備更新和作戰(zhàn)運(yùn)用具有重要的軍事意義。
文檔編號(hào)G01S7/41GK102226840SQ20111006981
公開(kāi)日2011年10月26日 申請(qǐng)日期2011年3月23日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月23日
發(fā)明者盧建斌, 席澤敏, 張明敏 申請(qǐng)人:中國(guó)人民解放軍海軍工程大學(xué)