大尺度耦合目标雷达散射截面近场外推方法研究

The RCS extrapolation technique uses the scattering point model of high-frequency approximation and assumes that the altitude of a large-size target meets the far-field approximation conditions. But the technique produces obvious errors when applied to a 3-D large-size coupled target. This project sets up the RCS extrapolation model of a large-size coupled target by sparsing and optimizing the near-field sampling point, thus obtaining the simplified near-field sampling mode and accomplishing the high-precision RCS extrapolation of the coupled target from near field to far field. Besides, it proposes a new RCS extrapolation method for the target whose altitude can not satisfy the conditions for far-field extrapolation. By laying out a line array in the direction of the altitude, the project enhances the resolution of all cells, which can thus meet far-field conditions for short-distance measurement. By synthesizing and calibrating the information on the amplitude and phase of the one-dimensional altitude image cell, the project can correctly extrapolate and then calibrate the far-field RCS of the target in the altitude direction. It finally obtains the high-precision RCS of a large-size coupled target by combining the extrapolations from near field to far field that have two dimensions of azimuth and altitude.

为了实现大尺度目标在近距离条件下精确的RCS测试，提出雷达散射截面（RCS）近场外推技术。目前的外推方法是基于高频近似的孤立散射点模型和目标的高程满足远场近似条件，但该方法对大尺度耦合目标的测试将导致明显误差。本项目一方面基于理想导体细圆柱线栅方法建立大尺度耦合目标的RCS外推模型，通过近场采样点的稀疏和优化，获得简化的近场采样方式，实现耦合目标高精度的RCS近场远场外推。 另一方面，提出目标高程不满足远场条件时的RCS外推方法，通过高程上布置一线阵，实现对目标高程方向的分辨，使得目标高程像的各分辨单元尺度满足近距离测试的远场条件，通过高程一维像的幅相信息综合和定标，外推得到目标高程方向上的远场RCS。 联合方位和高程两个维度的近场远场外推，获得大尺度耦合目标的高精度RCS。

为了实现大尺度目标在近距离条件下精确的RCS测试，提出雷达散射截面（RCS）近场外推技术。本项目主要在以下三个方面开展了研究：1、针对“单发单收”模式下耦合目标的近场散射外推远场RCS误差较大的问题，通过分析耦合目标的近场-远场转换关系，提出一种“多发多收”模式的散射外推方法。首先在获得全角域的近场双站信息后，对各角度近场接收的散射数据进行外推处理，然后根据互易定理，将外推后的数据等效为“远场发射、近场接收”数据，接下来。对该数据再进行一次外推，满足“远场发射、远场接收”的条件，最后取出对角线上的元素获得各角度的远场RCS。2、高精度雷达散射截面（RCS）测量对背景环境具有较高的要求，对于背景存在较强干扰的情况，通过背景矢量对消难以消除杂波干扰。本项目提出成像提取RCS测量方法，从背景杂波中分离和提取出目标的散射，从而提高了测量的精度。首先推导了像与RCS的数学关系，然后利用转台模式下的测量回波进行成像处理，得到目标区域的二维像。从成像区域中提取目标的二维像，通过波谱变换和定标获得目标的RCS。仿真结果表明，该方法对于具有干扰情况下的RCS测量，可以改善3-5dB的测试精度，并且能够对弱散射目标进行测量。实验结果表明了成像提取方法的有效性和准确性。3、针对近场散射测量中天线方向图照射的不均匀性，在近场数据外推后难以获得目标准确RCS的问题，提出基于近似函数的天线方向图修正方法，在近场数据外推的过程中对天线方向图进行补偿，从而提高目标RCS测量的准确性。首先推导了近远场变换计算RCS的过程，然后根据收发天线照射的目标角域，分析了与天线方向图吻合的近似函数，通过对近似函数的傅立叶级数展开修正天线方向图的影响。仿真结果表明，对于不同的天线方向图，该方法在近远场变换过程中具有良好的修正效果。实验分别对点目标和线目标进行了验证，结果表明了方向图修正外推方法的有效性和准确性。