[发明专利]一种基于加权均方误差最小化的双重定标处理方法

说明书

技术领域

本发明涉及通信和雷达的技术领域，特别是低可探测目标的雷达散射截面测量与定标处理技术，具体涉及一种基于加权均方误差最小化的双重定标处理方法。

背景技术

在传统的目标雷达散射截面(RCS)测量中，通过对单个定标体的测量，得到定标函数H(f)，从而可完成目标散射数据的定标。这种单次测量导出定标函数所存在的主要问题是，尽管导出了定标函数H(f)，但无法给出采用该定标函数进行RCS测量定标的不确定度究竟如何。

为了便于讨论目标宽带雷达散射截面(RCS)幅度和相位的测量与定标，定义目标宽带复散射函数为：

式中，E_i(f)和E_s(f)分别表示随频率f变化的雷达入射场(目标处)和目标散射场(雷达天线处)；它同宽带RCS之间的关系为

与本发明相关的现有技术分析如下：

现有技术一：早期的双重定标测量

美国的Chizever等人于1996年提出采用双重定标(dual calibration)测量(参见文献H.M.Chizever,R.J.Soerens and B.M.Kent,"On reducing primary calibration error in radar cross section measurements,"Proc.of the 18th Antenna Measurement Techniques Association Symposium,Seattle,WA)，可以解决这一问题。

双重定标技术的基本思想：测量两个其理论RCS值可以精确计算、且两者差异足够大的定标体，其中一个定标体作为“主定标体”，用于导出RCS定标的雷达定标函数；另一个定标体作为“辅助定标体”，用来估计主定标的不确定度，从而有助于控制测量误差，提高定标精度。如果在目标RCS测量的前定标和后定标中均采用双重定标，还有助于估计出并尽量消除测量雷达系统漂移所带来的不良影响。

这一思路也可推广到采用更多个定标体的定标测量和处理。

采用两个定标体的“双重定标”测量的原理如下：假设有两个定标体，其随频率f变化的理论散射函数分别记为和其随频率f变化的宽带测量回波分别记为C_P(f)和C_S(f)，下标P和S分别代表“主定标体”和“辅助定标体”。主定标体的回波同定标函数H(f)及主定标体散射之间的关系为：

因此，根据主定标体的测量回波，可以得到定标函数为：

根据该定标函数，可以得到辅助定标体的测量定标值为：

由于辅助定标体的理论散射函数是已知的，因此，对辅助定标体RCS测量的绝对误差可按下式计算(以RCS的量纲m²为单位)：

以分贝数表示的辅助定标体RCS测量相对定标误差则可表示为：

由此，通过分析上述测量误差随频率的变化特性，可以获得系统测量不确定度的特性，保证散射函数或RCS测量与定标的准确性。

现有技术一的缺陷：从上面的分析可以发现，Chizever等人最初所提出的双重定标技术中，选取两个定标体中谁为主、谁为辅完全是任意的，其缺陷是：无论选择谁为主定标体，根据定义，如此得到的定标函数对于主定标体而言，其定标测量误差永远为0；而对于辅助定标体而言，则所估计出来的定标误差是对两个定标体测量误差的合成。显然，这是不够合理的。

现有技术二：基于最小均方误差的双重定标处理技术

为了解决上述问题，LaHaie于2013年提出一种基于最小均方误差(MMSE)准则的改进双重定标处理技术(I.J.LaHaie,"A technique for improved RCS calibration using multiple calibration artifacts,"Proc.of the 35th Antenna Measurement Techniques Association Symposium,San Diego,CA,2013)。其基本思想如下：

假设采用M个定标体，在N个频点上进行宽带扫频测量。第i个定标体在第k个频点上的理论散射函数记为测量得到的回波记为C_i(f_k)，由定标函数H(f_k)和理论散射函数得到的定标体回波满足：