一种采用可控步进频脉冲信号获取无人机RCS特性的方法

技术领域

本发明涉及雷达目标截面积RCS测量与处理领域，具体涉及一种采用可控步进频脉冲信号获取无人机RCS特性的方法。

背景技术

由于无人机目标较小，难以精确获取其雷达目标截面积RCS特性。传统单脉冲雷达难以同时兼顾高功率和高分辨率，现为了解决上述问题，采用了相干积累步进频(SF)测试系统。

为了获取无人机真实的RCS值，一方面需要对目标进行定标处理。定标体的选择可以选择定标球或者三面角反，但是定标球是属于各向同性的定标体，所以测试的时候转换天线的极化方式时可以使用同一组的定标数据，使用角反作为定标体的时候在换极化方式之后需要重新定标。另一方面由于系统测试到的结果不仅仅是关于无人机的RCS，所以在进行数据处理的时候需要将被测目标所在区域抽取出来，而且某些小型无人机的RCS十分低，所以在进行测试的时候需要尽可能的提高信噪比同时消除其他背景杂波的影响。

发明内容

鉴于上述问题，提出了本发明以便提供一种克服上述问题或者至少部分地解决上述问题的技术方案。因此，本发明的一个方面，提供了一种采用可控步进频脉冲信号获取无人机雷达目标截面积RCS特性的方法，该方法具体包括步骤：

步骤1、根据无人机参数、飞行状态和测试背景设置相参步进频信号的发射参数；

步骤2、使用直接数字式频率合成器DDS+锁相环PLL来产生步进频信号；

步骤3、基于背景对消和定标的处理方法，对获取到的数据进行处理，得到待测目标一维距离像；

步骤4、利用一维像反演法对背景对消和定标之后的数据进行处理，得到待测目标的各频点RCS。

进一步，所述发射参数为发送相参步进频信号的设备脉冲参数，具体包括脉冲数量、脉冲宽度、脉冲周期和脉冲功率。

进一步，所述背景对消技术是矢量背景相减技术，所述矢量背景相减技术主要包括以下步骤：

步骤3.1、对被测区域内的空背景进行测量，得到此时的空背景一回波B

步骤3.2、将定标体放置于被测区域内进行测量，得到此时的定标体数据；

步骤3.3、将定标体移出被测区域，对此时的空背景进行测试，测到此时的空背景二回波B

步骤3.4、将待测目标放置于被测区域进行测量，得到此时的待测目标数据T；

步骤3.5、经过混频和正交鉴相，分别得到空背景一、空背景二、定标体和待测目标的二次中频信号S

步骤3.6、对二次中频信号定标处理，得到定标后的S

步骤3.7、利用一维快速傅里叶逆变换处理定标后的二次中频信号，得到待测目标一维距离像。

进一步，步骤3.5具体为：首先，将空背景一、空背景二、定标体和待测目标的数据进行混频，得到混频回波数据；随后，进行二次混频，正交鉴相得到二次中频信号S

进一步，步骤4具体为：对处理之后的待测目标一维距离像g(l)乘以窗函数ω(l)，进行滤波处理，将目标区域抽取出来，得到滤波之后的信号y(l)＝g(l)×ω(l)，然后对滤波之后的信号做快速傅里叶变换得到待测目标的真实RCS值。

进一步，步骤3.6中定标处理利用如下公式：

其中

进一步，步骤3.7中利用如下公式：

g(l)＝IFFT(S

本发明还提供一种采用可控步进频脉冲信号获取无人机雷达目标截面积RCS特性的系统，该系统包括：参数设置单元、信号生成单元、数据处理单元和计算单元；

所述参数设置单元，用于根据无人机参数、飞行状态和测试背景设置相参步进频信号的发射参数；

所述信号生成单元，用于使用直接数字式频率合成器DDS+锁相环PLL来产生步进频信号：

所述处理单元，用于基于背景对消和定标的处理方法，对获取到的数据进行处理，得到待测目标一维距离像；

所述计算单元，用于利用一维像反演法对背景对消和定标之后的数据进行处理，得到待测目标的各频点RCS。

本申请实施例中提供的技术方案，至少具有如下技术效果或优点：

在获取无人机RCS的处理过程中，抗背景杂波干扰的能力强，获取的RCS值的准确度高。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述技术方案和其目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举本发明的具体实施方式。

附图说明

通过阅读下文优选实施方式的详细描述，各种其他的优点和益处对于本领域普通技术人员将变得清楚明了。附图仅用于示出优选实施方式的目的，而并不认为是对本发明的限制。而且在整个附图中，用相同的参考符号表示相同的部件。在附图中：

图1示出了本发明获取无人机RCS特性的方法流程图；

图2示出了本发明获取无人机RCS特性的系统示意图；

图3为暗室环境下W波段VV极化背景一维像；

图4为暗室环境下W波段VV极化角反各频点RCS；

图5为暗室环境下W波段VV极化角反一维像；

图6为暗室环境下W波段VV极化四翼无人机各频点RCS；

图7为暗室环境下W波段VV极化四翼无人机一维像；

图8为暗室环境下X波段VV极化四翼无人机一维像；

图9为暗室环境下Ku波段VV极化四翼无人机一维像；

图10为外场环境下8-18GHzVV极化四翼无人机一维像。

具体实施方式

下面将参照附图更详细地描述本公开的示例性实施例。虽然附图中显示了本公开的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本公开而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本公开，并且能够将本公开的范围完整的传达给本领域的技术人员。

本发明的目的是针对无人机雷达目标截面积RCS较小，信噪比较低，因此测试结果容易收到其它背景杂波的干扰，提出的一种基于相干积累的步进频信号获取无人机RCS特性的方法。

本发明的一个方面，提供了一种基于投影曲面重建的神经路径显示方法，该方法是基于相参步进频雷达测试系统，对得到的多个参数的中频信号数据进行背景对消和一维像反演雷达目标截面积RCS，得到待测目标的RCS值，如图1所示，该方法具体包括步骤：

步骤1、根据无人机参数、飞行状态和测试背景设置相参步进频信号的发射参数。

发射参数为发送相参步进频信号的设备脉冲参数，具体包括脉冲数量、脉冲宽度、脉冲周期和脉冲功率。

其中，采用步进频率脉冲，根据无人机的飞行稳定状态，设置脉冲的数量，进行相干积累提高信杂比，积累1000次，提高30dB；

采用步进频脉冲，根据无人机的大小，设置脉冲的宽度τ；

采用步进频脉冲，根据无人机的速度，设置脉冲的周期T

采用步进频脉冲，根据无人机的高度，设置脉冲的功率P

随后，利用直接数字式频率合成器DDS激励锁相环PLL实现步进频输出。

步骤2、使用DDS+PLL来产生步进频信号。

首先，确定起始频点f

其次，将起始频点写入DDS的FTW0寄存器，终止频点写入FTW1寄存器，跳频间隔写入NLSCW、RLSCW低32位，每个频点保持时间写入NLSCW、RLSCW高8位。

随后，在CFR1寄存器中设置好线性扫频模式，将PS0引脚设置为高电平，并将DDS信号接入PLL并在PLL相应寄存器中写入分频比例。

最后，在PLL输出端后加射频开关，计算跳频时间，在改变频点后第二个时钟周期打开射频开关，保持一定时间后关闭。此时可在输出端得到相应的频点、脉冲周期、脉冲宽度、跳频间隔的步进频脉冲信号，实现步进频信号可控。

步骤3、基于背景对消和定标的处理方法，对获取到的数据进行处理，得到待测目标一维距离像。

背景对消技术是矢量背景相减技术，因为消除背景杂波的影响不仅仅需要背景的幅值还需要消除背景的相位影响。矢量背景相减技术主要包括以下步骤：

步骤3.1、对被测区域内的空背景进行测量，得到此时的空背景一回波B

首先，相参步进频雷达的发射信号形式为：

其中f

随后，利用s(t)对应的上述公式，计算空背景回波B

步骤3.2、将定标体放置于被测区域内进行测量，得到此时的定标体数据C。

利用s(t)对应的上述公式，计算定标体数据C，C的信号形式为：

步骤3.3、将定标体移出被测区域，对此时的空背景进行测试，测到此时的空背景二回波B

利用s(t)对应的上述公式，计算回波数据B

步骤3.4、将待测目标放置于被测区域进行测量，得到此时的待测目标数据T。

利用s(t)对应的上述公式，计算待测目标数据T，T的信号形式为：

步骤3.5、经过混频和正交鉴相，分别得到空背景一、空背景二、定标体和待测目标的二次中频信号S

首先，利用公式

其中，s

将空背景一、空背景二、定标体和待测目标的数据进行混频，得到混频回波数据。随后，进行二次混频，正交鉴相得到二次中频信号S

步骤3.6、对二次中频信号定标处理，得到定标后的S

按照如下公式

其中

步骤3.7、利用一维快速傅里叶逆变换处理定标后的二次中频信号，得到待测目标一维距离像。

利用如下公式：

g(l)＝IFFT(S

得到定标之后的待测目标一维距离像g(l)。

步骤4、利用一维像反演法对背景对消和定标之后的数据进行处理，得到待测目标的各频点RCS。

一维像反演法是将测试得到的数据进行快速傅里叶逆变换得到待测目标的一维距离像，然后同时时域加窗滤波处理，将待测目标单独抽出来，然后对该区域进行快速傅里叶变换处理，得到的结果就是仅关于待测目标的RCS值。

具体为：对处理之后的待测目标一维距离像g(l)乘以窗函数ω(l)，进行滤波处理，将目标区域抽取出来，得到滤波之后的信号y(l)＝g(l)×ω(l)。窗函数可以选择最基本的矩形窗或者汉明窗、汉宁窗。然后对滤波之后的信号做快速傅里叶变换得到待测目标的真实RCS值。

本发明还提供一种基于投影曲面重建的神经路径显示系统，如图2所示，该系统包括：参数设置单元、信号生成单元、数据处理单元和计算单元。

所述参数设置单元，用于根据无人机参数、飞行状态和测试背景设置相参步进频信号的发射参数。

发射参数为发送相参步进频信号的设备脉冲参数，具体包括脉冲数量、脉冲宽度、脉冲周期和脉冲功率。

所述参数设置单元采用步进频率脉冲，根据无人机的飞行稳定状态，设置脉冲的数量，进行相干积累提高信杂比，积累1000次，提高30dB；

所述参数设置单元采用步进频脉冲，根据无人机的大小，设置脉冲的宽度；

所述参数设置单元采用步进频脉冲，根据无人机的速度，设置脉冲的周期；

所述参数设置单元采用步进频脉冲，根据无人机的高度，设置脉冲的功率。

利用直接数字式频率合成器DDS激励锁相环PLL实现步进频输出。

所述信号生成单元，用于使用DDS+PLL来产生步进频信号。

首先，所述信号生成单元确定起始频点和终止频点，并且分别计算步进频点数、跳频间隔，扫描时间T

其次，所述信号生成单元将起始频点写入DDS的FTW0寄存器，终止频点写入FTW1寄存器，跳频间隔写入NLSCW、RLSCW低32位，每个频点保持时间写入NLSCW、RLSCW高8位。

随后，所述信号生成单元在CFR1寄存器中设置好线性扫频模式，将PS0引脚设置为高电平，并将DDS信号接入PLL并在PLL相应寄存器中写入分频比例。

最后，所述信号生成单元在PLL输出端后加射频开关，计算跳频时间，在改变频点后第二个时钟周期打开射频开关，保持一定时间后关闭。此时可在输出端得到相应的频点、脉冲周期、脉冲宽度、跳频间隔的步进频脉冲信号，实现步进频信号可控。

所述处理单元，用于基于背景对消和定标的处理方法，对获取到的数据进行处理，得到待测目标一维距离像。

背景对消技术是矢量背景相减技术，因为消除背景杂波的影响不仅仅需要背景的幅值还需要消除背景的相位影响。

所述处理单元具体用于对被测区域内的空背景进行测量，得到此时的空背景一回波B

所述处理单元具体还用于将定标体放置于被测区域内进行测量，得到此时的定标体数据C；将定标体移出被测区域，对此时的空背景进行测试，测到此时的空背景二回波B

所述处理单元具体还用于经过混频和正交鉴相，分别得到空背景一、空背景二、定标体和待测目标的二次中频信号S

所述处理单元具体还用于对二次中频信号定标处理，得到定标后的S

所述处理单元具体还用于利用一维快速傅里叶逆变换处理定标后的二次中频信号，得到待测目标一维距离像。

所述计算单元，用于利用一维像反演法对背景对消和定标之后的数据进行处理，得到待测目标的各频点RCS。

一维像反演法是将测试得到的数据进行快速傅里叶逆变换得到待测目标的一维距离像，然后同时时域加窗滤波处理，将待测目标单独抽出来，然后对该区域进行快速傅里叶变换处理，得到的结果就是仅关于待测目标的RCS值。

所述计算单元具体用于：对处理之后的待测目标一维距离像g(l)乘以窗函数ω(l)，进行滤波处理，将目标区域抽取出来，得到滤波之后的信号y(l)＝g(l)×ω(l)。窗函数可以选择最基本的矩形窗或者汉明窗、汉宁窗。然后对滤波之后的信号做快速傅里叶变换得到待测目标的真实RCS值。

本发明的方法是在三种测试情况下进行的，分别是在三种频段(X、Ku、W)和两种测试环境(暗室和外场)下进行的，但是都是基于相参步进频信号进行测试的结果，具体测试结果参见图3-10。

在此处所提供的说明书中，说明了大量具体细节。然而，能够理解，本发明的实施例可以在没有这些具体细节的情况下实践。在一些实例中，并未详细示出公知的方法、结构和技术，以便不模糊对本说明书的理解。

类似地，应当理解，为了精简本公开并帮助理解各个发明方面中的一个或多个，在上面对本发明的示例性实施例的描述中，本发明的各个特征有时被一起分组到单个实施例、图、或者对其的描述中。然而，并不应将该公开的方法解释成反映如下意图：即所要求保护的本发明要求比在每个权利要求中所明确记载的特征更多的特征。更确切地说，如下面的权利要求书所反映的那样，发明方面在于少于前面公开的单个实施例的所有特征。因此，遵循具体实施方式的权利要求书由此明确地并入该具体实施方式，其中每个权利要求本身都作为本发明的单独实施例。

应该注意的是上述实施例对本发明进行说明而不是对本发明进行限制，并且本领域技术人员在不脱离所附权利要求的范围的情况下可设计出替换实施例。在权利要求中，不应将位于括号之间的任何参考符号构造成对权利要求的限制。