本發(fā)明涉及電磁散射計(jì)算，尤其涉及一種用于散射陣列的目標(biāo)陣元rcs提取方法。

背景技術(shù)：

1、雷達(dá)散射截面(radar?cross?section，rcs)是指一個(gè)物體對(duì)雷達(dá)探測(cè)波的反射能力，它是衡量物體在雷達(dá)上可見度的一個(gè)重要參數(shù)。rcs通常以平方米為單位，用來(lái)描述一個(gè)物體對(duì)雷達(dá)波的散射能力，即物體將入射的雷達(dá)波能量散射到各個(gè)方向的能力。

2、在對(duì)散射陣列進(jìn)行分析時(shí)，不僅需要關(guān)注散射陣列整體的散射特性，還需要分析散射陣列中任意一個(gè)陣元對(duì)總體散射的貢獻(xiàn)，即要求分析陣元之間的耦合情況，以設(shè)計(jì)滿足散射特性的散射陣列。傳統(tǒng)的電磁散射計(jì)算或商業(yè)軟件在分析目標(biāo)陣元的散射特性時(shí)，僅可分析散射陣列的散射，如果使用陣元進(jìn)行單獨(dú)仿真，則無(wú)法分析陣元在散射陣列中的耦合情況。

3、因此，亟需一種能夠從散射陣列中提取目標(biāo)陣元rcs的技術(shù)方案。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)思路

1、鑒于上述的分析，本發(fā)明實(shí)施例旨在提供一種用于散射陣列的目標(biāo)陣元rcs提取方法，用以解決現(xiàn)有技術(shù)中不能直接提取散射陣列中目標(biāo)陣元rcs的問題。

2、本發(fā)明實(shí)施例提供了一種用于散射陣列的目標(biāo)陣元rcs提取方法，所述目標(biāo)陣元rcs提取方法包括：

3、根據(jù)探測(cè)源的入射方向和全局坐標(biāo)系構(gòu)建投影坐標(biāo)系，確定目標(biāo)陣元在投影坐標(biāo)系的目標(biāo)二維投影區(qū)域；根據(jù)目標(biāo)二維投影區(qū)域和目標(biāo)陣元的最大尺寸確定探測(cè)源對(duì)應(yīng)的虛擬口徑面；

4、在虛擬口徑面上生成射線管，利用射線管模擬探測(cè)源對(duì)目標(biāo)陣元的探測(cè)；在散射陣列內(nèi)，對(duì)各射線管的射線進(jìn)行路徑追蹤和場(chǎng)強(qiáng)追蹤，直至滿足預(yù)設(shè)的追蹤終止條件；

5、根據(jù)每個(gè)射線管的路徑追蹤結(jié)果，結(jié)合預(yù)設(shè)的有效性判斷條件對(duì)每個(gè)射線管的有效性進(jìn)行判斷，從射線管中篩選得到有效射線管；根據(jù)有效射線管的場(chǎng)強(qiáng)追蹤結(jié)果確定目標(biāo)陣元rcs。

6、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述根據(jù)探測(cè)源的入射方向和全局坐標(biāo)系構(gòu)建投影坐標(biāo)系，包括：

7、確定探測(cè)源的入射方向在全局坐標(biāo)系的俯仰角和方位角；

8、全局坐標(biāo)系的原點(diǎn)作為投影坐標(biāo)系的原點(diǎn)o，以探測(cè)源的入射方向確定投影坐標(biāo)系的xr軸正向，根據(jù)右手定則確定投影坐標(biāo)系的yθ軸正向和軸正向；

9、根據(jù)俯仰角和方位角確定全局坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣。

10、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述確定目標(biāo)陣元在投影坐標(biāo)系的目標(biāo)二維投影區(qū)域，包括：

11、利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣對(duì)目標(biāo)陣元在全局坐標(biāo)系下的全局坐標(biāo)進(jìn)行轉(zhuǎn)換，得到目標(biāo)陣元在投影坐標(biāo)系下的投影坐標(biāo)；

12、將所有投影坐標(biāo)的xr軸設(shè)置為常數(shù)，得到目標(biāo)陣元平面的二維投影坐標(biāo)；

13、確定二維投影坐標(biāo)在yθ軸的最大值yθmax、在yθ的最小值yθmin、在軸的最大值和在軸的最小值組合得到的矩形平面作為目標(biāo)二維投影區(qū)域。

14、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述根據(jù)目標(biāo)二維投影區(qū)域和目標(biāo)陣元的最大尺寸確定探測(cè)源對(duì)應(yīng)的虛擬口徑面，包括：

15、對(duì)目標(biāo)陣元在全局坐標(biāo)系下的全局坐標(biāo)進(jìn)行遍歷，確定全局坐標(biāo)分別在x軸的最大值xmax、x軸的最小值xmin、y軸的最大值ymax、y軸的最小值ymin、z軸的最大值z(mì)max和z軸的最小值z(mì)min；

16、通過下述公式確定目標(biāo)陣元的最大尺寸d：

17、

18、將目標(biāo)二維投影區(qū)域移動(dòng)至與投影坐標(biāo)系的原點(diǎn)o的距離為2d的位置，作為探測(cè)源對(duì)應(yīng)的虛擬口徑面。

19、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述在虛擬口徑面上生成射線管，包括：

20、根據(jù)探測(cè)源的入射波的波長(zhǎng)確定射線管的邊長(zhǎng)，射線管的形狀為正方形區(qū)域；每個(gè)射線管包括一條中心射線和四條邊緣射線；

21、以虛擬口徑面在yθ軸的最小值yθmin和在軸的最小值為開始，將虛擬口徑面劃分成射線管：

22、

23、其中，為射線管的邊長(zhǎng)，λ為入射波的波長(zhǎng)，m、n分別為yθ軸和軸方向上的射線管數(shù)量，ceil(.)為向上取整。

24、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，任意一個(gè)射線管中四條邊緣射線和一條中心射線在投影坐標(biāo)系下的起點(diǎn)坐標(biāo)分別為：

25、

26、

27、

28、

29、

30、其中，i和j分別表示任意一個(gè)射線管在yθ軸和軸的序號(hào)；

31、基于任意一個(gè)射線管中四條邊緣射線和一條中心射線在投影坐標(biāo)系下的起點(diǎn)坐標(biāo)，利用坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，得到任意一個(gè)射線管中四條邊緣射線和一條中心射線在全局坐標(biāo)系下的起點(diǎn)坐標(biāo)；

32、任意一個(gè)射線管中四條邊緣射線和一條中心射線的方向均為探測(cè)源的入射方向。

33、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述對(duì)各射線管的射線進(jìn)行路徑追蹤和場(chǎng)強(qiáng)追蹤，包括：

34、對(duì)所有射線管的射線進(jìn)行路徑追蹤和場(chǎng)強(qiáng)追蹤，邊緣射線記錄相交的面元編號(hào)和彈跳次數(shù)，中心射線記錄面元編號(hào)、彈跳次數(shù)、射線傳播距離和場(chǎng)強(qiáng)變化；

35、在射線發(fā)生每一次彈跳時(shí)，利用反射定律根據(jù)射線的起點(diǎn)坐標(biāo)和相交的面元編號(hào)對(duì)射線的起點(diǎn)坐標(biāo)和方向進(jìn)行更新，利用更新后的起點(diǎn)坐標(biāo)和方向進(jìn)行下一次彈跳，直至滿足預(yù)設(shè)的追蹤終止條件；

36、預(yù)設(shè)的追蹤終止條件為：射線的彈跳次數(shù)達(dá)到次數(shù)閾值或者射線出射。

37、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，當(dāng)任意一個(gè)射線管符合下述任意一個(gè)條件時(shí)，該射線管不滿足預(yù)設(shè)的有效性判斷條件：

38、該射線管中的所有射線的彈跳次數(shù)均為零；

39、該射線管中的任意兩個(gè)射線的彈跳次數(shù)不同；

40、在每次彈跳時(shí)，該射線管的射線與多個(gè)面元相交，射線的入射方向與不同面元的法向量形成多個(gè)夾角，多個(gè)夾角之間的差異大于預(yù)設(shè)夾角閾值；

41、該射線管在面元上四邊形投影面積與該射線管的面積比值大于預(yù)設(shè)比值閾值。

42、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述根據(jù)有效射線管的場(chǎng)強(qiáng)追蹤結(jié)果確定目標(biāo)陣元rcs，包括：

43、對(duì)任意一個(gè)有效射線管的中心射線進(jìn)行遠(yuǎn)場(chǎng)積分計(jì)算，通過下述公式計(jì)算任意一個(gè)射線管的遠(yuǎn)場(chǎng)散射值：

44、

45、其中，表示任意一個(gè)射線管遠(yuǎn)場(chǎng)散射值，j表示虛數(shù)單位，k表示入射波的波數(shù)，r表示該射線管最后一次彈跳時(shí)面元與中心射線起點(diǎn)的距離，e0表示該射線管最后一次彈跳時(shí)入射場(chǎng)強(qiáng)，表示遠(yuǎn)場(chǎng)位置，n表示該射線管最后一次彈跳時(shí)面元的法向量，k表示入射波方向，表示該射線管最后一次彈跳時(shí)入射電場(chǎng)的極化方向的單位向量，l表示該射線管的傳播總路程，表示該射線管的中心射線方向的單位向量，表示該射線管最后一次彈跳時(shí)入射方向的單位向量，ds'表示表面面元；

46、通過下述公式確定目標(biāo)陣元rcs：

47、

48、其中，rcs表示目標(biāo)陣元rcs，r表示虛擬口徑面與目標(biāo)陣元的距離，ei表示入射電場(chǎng)的場(chǎng)強(qiáng)，es表示所有有效射線管的遠(yuǎn)場(chǎng)散射值之和。

49、基于上述方法的進(jìn)一步改進(jìn)，所述根據(jù)俯仰角和方位角確定全局坐標(biāo)系和投影坐標(biāo)系的坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，包括：

50、

51、其中，f表示坐標(biāo)轉(zhuǎn)換矩陣，θ表示俯仰角，表示方位角；

52、通過下述公式將全局坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換為投影坐標(biāo)系：

53、

54、其中，xr、yθ和表示投影坐標(biāo)系下的坐標(biāo)，x、y和z表示全局坐標(biāo)系下的坐標(biāo)。

55、與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明至少可實(shí)現(xiàn)如下有益效果之一：

56、1、通過目標(biāo)陣元在投影坐標(biāo)系下的目標(biāo)二維投影區(qū)域和目標(biāo)陣元的最大尺寸確定虛擬口徑面，在虛擬口徑上生成射線管，通過射線管模擬探測(cè)源對(duì)目標(biāo)陣元的散射，對(duì)各射線管的射線進(jìn)行路徑追蹤和場(chǎng)強(qiáng)追蹤，從而實(shí)現(xiàn)從散射陣列中提取目標(biāo)陣元rcs；

57、2、通過目標(biāo)陣元在投影坐標(biāo)系下的所有坐標(biāo)確定目標(biāo)陣元的目標(biāo)二維投影區(qū)域，得到目標(biāo)陣元在入射波方向上的最大投影區(qū)域，使得構(gòu)建的虛擬口徑面能夠完全覆蓋目標(biāo)陣元，對(duì)目標(biāo)陣元進(jìn)行散射分析；

58、3、在對(duì)各個(gè)射線管進(jìn)行路徑追蹤和場(chǎng)強(qiáng)追蹤時(shí)，利用中心射線和邊緣射線分別實(shí)現(xiàn)場(chǎng)強(qiáng)追蹤和射線管的有效性判斷，從而提高確定出的目標(biāo)陣元rcs的精度。

59、本發(fā)明中，上述各技術(shù)方案之間還可以相互組合，以實(shí)現(xiàn)更多的優(yōu)選組合方案。本發(fā)明的其他特征和優(yōu)點(diǎn)將在隨后的說(shuō)明書中闡述，并且，部分優(yōu)點(diǎn)可從說(shuō)明書中變得顯而易見，或者通過實(shí)施本發(fā)明而了解。本發(fā)明的目的和其他優(yōu)點(diǎn)可通過說(shuō)明書以及附圖中所特別指出的內(nèi)容中來(lái)實(shí)現(xiàn)和獲得。