[发明专利]用于同时完成多重定标与背景提取测量的定标体设计方法

权利要求书

1.一种用于同时完成多重定标与背景提取测量的定标体ECAM的几何外形的设计方法，其特征在于：在SCAM外形的基础上，将SCAM外形结构中仅由直径一个参数确定的圆弧面修改为由短轴和长轴两个参数共同确定的椭圆弧面，其中椭圆弧面的长轴长等于SCAM定标体的高，短轴长度可以根据实际需求进行调节，称这一新的外形设计为椭球面CAM，简记为ECAM；

ECAM的基本外形构成如下：首先由两个半径不同、高度相同且相切的直立圆柱体，以及与大、小圆柱体的圆弧面相切的高度等于两个圆柱体高的两块平板，共同构成封闭几何结构体，称为双柱体，简称为CAM；在此基础上，沿CAM外形在360°全方位上增加一个半椭圆弧面，椭圆弧面的长轴长等于CAM的高，短轴长可根据实际需求调节，这样原来CAM外形两端面的大、小圆柱侧面和侧面平板面分别变成大、小椭球柱面和侧面椭圆柱面，由此外形构成的新型定标体，称为ECAM定标体。

2.一种用于同时完成多重定标与背景提取测量的ECAM标准定标体，其为权利要求1所述的定标体ECAM的几何外形设计方法所设计出来的，其特征在于：ECAM的基本外形构成包括：两端为大、小不同的两个椭球柱，两侧为椭圆柱面，上下截面为平板面；将ECAM作为标准定标体进行360°全方位旋转测量时，可等效为三个标准散射体：大椭球柱,简称LEC、小椭球柱,简称SEC和椭圆柱面,简称RE。

3.根据权利要求2所述的用于同时完成多重定标与背景提取测量的ECAM标准定标体，其特征在于：在高频区，ECAM定标体的LEC、SEC为SCAM定标体大、小球柱所对应的方位，其理论RCS可采用以下公式计算：

式中，σ_i为LEC、SEC的RCS；a为椭圆弧面的短半轴长；r_i为LEC、SEC的半径；h为ECAM定标体的高，同时也是ECAM外围椭圆弧面的长轴长；

ECAM定标体两侧的RE为SCAM两侧圆柱面所对应的方向，其最大RCS电平满足以下公式：

式中，为波数，c为传播速度，f为雷达频率；r₁为LEC的半径；r₂为SEC的半径；a为椭圆弧面的短半轴长；h为ECAM定标体的高，可见：

(1)通过调节ECAM椭圆弧面的短轴长度a可以改变ECAM三个等效标准散射体SEC、LEC、RE的RCS电平；在多重定标中，要求多个定标体的RCS值相差越大越好，因此，可以通过调节ECAM椭圆弧面的短半轴长度a，选择合适的LEC、SEC的RCS比值，以满足多重定标的需求；

(2)同SCAM类似，ECAM的RCS特性为：等效标准体LEC、SEC的RCS电平不随频率变化，等效标准体RE的最大RCS与频率成正比，这种特性有利于提高RCS测量中的定标精度。

4.一种基于同时完成多重定标与背景提取测量的ECAM标准定标体的背景提取处理方法，ECAM标准定标体为权利要求2所述的ECAM标准定标体，其特征在于：为了提取背景信号，可将ECAM作为辅助测量体置于低散射金属支架上，对ECAM进行360°全方位旋转测量，若旋转中心为大小椭球柱的切点位置，则当ECAM随支架顶部的转台转动时，ECAM的等效散射体SEC、LEC与天线之间的距离均会发生改变，可将ECAM看作是两个偏心放置的椭球柱，SEC、LEC的散射特性为：在椭球柱所定义的方位角范围内，其回波的幅度不随方位角变化，但由于偏心安装，其回波的相位随ECAM的方位旋转而剧烈变化；而由于低散射支架本身并不转动，其产生的背景杂波信号的幅度和相位均不随方位变化；根据两者信号的这种不同特点，在I/Q相平面上进行同心圆拟合处理，可以得到半径不同的两个同心圆，圆心在I-Q平面上的坐标值记为(A,B)，即为背景信号的I、Q分量B_I(f)和B_Q(f)，两同心圆的半径分别记为R₁和R₂；

对于每个频率点，若SEC定义的方位角范围内的数据集为(X_i,Y_i) i＝1,2,3...N_s，N_s为SEC数据集的方位测量样本数，数据集中每一点到圆心的距离与半径平方差可表示为：

δ_i＝(X_i-A)²+(Y_i-B)²-R₁²＝X_i²+Y_i²+aX_i+bY_i+c₁ (26)

对于每个频率点，若LEC定义的方位角范围内的数据集为(X_j,Y_j) j＝1,2,3...N_l，N_l为LEC数据集的方位测量样本数，数据集中每一点到圆心的距离与半径平方差可表示为：

根据拟合圆算法原理，有：

这样可将拟合同心圆参数的求解问题转化为通过优化方程求解参数a,b,c₁,c₂使得f(a,b,c₁,c₂)取最小值；

将式(28)分别对参数a,b,c₁,c₂求偏导可得到：

联立式(29)-(32)化简可得：

其中，

解方程组(33)可得：

因此，通过比较式(26)和(27)两端的系数可得到：

其中，(A,B)表示拟合同心圆的圆心位置，也即背景信号的I、Q分量B_I(f)和B_Q(f)。