[发明专利]基于SAR成像的RCS高精度测量方法

说明书

本发明公开了一种基于SAR成像的RCS高精度测量方法，主要解决现有技术在RCS测量中无法有效降低背景噪声的问题。其实现方案是：1)设置雷达基本参数；2)录取背景回波数据和目标回波数据；3)使用背景回波对目标回波进行背景对消处理；4)对背景对消后的目标回波在极坐标下进行二维成像；5)在极坐标系下对二维成像结果加二维窗提取目标；6)对加二维窗提取后的二维成像结果进行变换得到目标二维谱域数据；7)对定标球重复1)～6)操作得到定标球二维谱域数据；8)对目标和定标球二维谱域数据使用比较法得到目标二维RCS值。本发明显著降低了背景噪声，提高了测量精度，可用于目标二维RCS高精度测量。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及一种RCS二维成像测量方法，可用于雷达探测与目标识别。

背景技术

临近空间高超声速飞行器在大气层飞行时，与大气强烈作用，在头部形成弓形脱体激波，波后气体温度、压强急剧升高，使大气电离，在飞行器周围形成等离子体或电离气体包覆流场，称为等离子鞘套。等离子鞘套的存在会改变目标的电磁散射特性，造成目标电磁回波的幅度、频率和相位发生变化，从而对雷达目标探测与成像识别带来严重影响，对空间防御体系提出了新的挑战。

国家自然科学基金重大科研仪器研制项目，正是基于上述问题，对等离子体鞘套包覆目标进行实验研究。其中RCS实验测量作为研究等离子体鞘套包覆目标电磁散射特性的重要手段，在重大仪器研制项目中遇到以下困难：

1、测量环境复杂。在重大仪器研制项目中，测量环境为高温、真空腔体，腔体内除了有离子体鞘套包覆目标，还包括等离子体喷口、扩压器、目标支架和导轨都是强电磁散射目标，对测量造成极大误差。

2、为了研究等离子体鞘套对目标散射特性的影响，需要较高的RCS测量灵敏度。这就对RCS测量方法提出较高要求。

高精度RCS测量对背景噪声有严格要求。根据理论计算，如果测量精度为±1dB，则背景噪声应比目标回波低20dB。为了降低背景噪声影响，提高RCS测量精度。常用的测量方法有背景对消技术和对一维距离像加时域门。对一维距离像加时域门只能在距离维上去除杂波影响，无法去除与目标在同一距离单元上的杂波，从而带来较大的测量误差。

李南京等人在“基于成像提取的RCS精确测量方法研究,仪器仪表学报,Vol.38,No.1,Jan.2017”文章中提出了一种基于直角坐标系成像提取目标RCS的方法。该方法中，首先使用BP算法在直角坐标系下对目标进行二维成像，然后在SAR图像中加窗提取目标，最后通过反演算法和插值计算得到目标不同观测角度和不同频率下的RCS测量值。该方法去除了方位维与距离维的杂波影响，但是其中的插值运算降低了测量精度。

发明内容

本发明的目的在于针对上述已有技术的不足，结合频域背景对消技术和极坐标系下直接反演RCS算法，提出一种基于SAR成像的RCS高精度测量方法，以减小杂波对RCS测量的影响，提高RCS测量精度。

实现本发明目的的技术思路是：利用BP算法在极坐标系下对目标经行二维成像，通过对目标加二维窗并使用RCS直接反演算法，得到目标二维RCS值，其实现步骤包括如下：

(1)设置步进频率信号的起始频率f₀、终止频率f₁和扫频点数N，并设置雷达的运动轨迹和运动速度不变；

(2)雷达通过运动对不放测试目标的测量背景进行合成孔径雷达SAR成像处理，发射并接收M组步进频率回波数据，得到测量背景的SAR图像原始回波矩阵Q₀，Q₀是一个N×M维矩阵，N为扫频点数，M为方位采样点数；

(3)在测量背景中放置目标，对目标进行SAR成像处理，得到目标SAR图像原始回波矩阵S₀，S₀是一个N×M维矩阵；