基于散射分布函数模型的近远场变换技术研究

全尺寸目标的电磁散射特性测试,需要足够大的测试距离或紧缩场系统,但是建设满足远场条件的室外静态场与室内紧缩场需要巨大的经费投入和很高的技术条件,更无法对飞行器进行现场成像与雷达散射截面(Radar Cross Section,RCS)诊断.针对近距离测试检定飞行器隐身性能的需求,提出了基于散射分布函数模型的近远场变换算法.建立三维散射分布函数模型,采用三维扫描方式记录近场数据,将球面波函数分别在柱坐标系、三维直角坐标系与球坐标系下展开,变换得到目标的远场数据,通过三维逆傅里叶变换与插值算法给出目标的三维重建图像与远场RCS.仿真分析与实验表明,算法准确有效.     

基于0.14 THz成像雷达的RCS测量

介绍了一种在菲涅耳区测量雷达散射截面(RCS)的方法。通过近-远场变换,利用目标的一维距离像、二维逆合成孔径雷达(ISAR)像数据估计目标RCS,避免了太赫兹(THz)频段RCS测量不容易满足远场条件的困难。采用强散射点提取技术剔除支架等背景噪声对测量结果的影响,提高了RCS估计精确度。利用该方法对0.14 THz雷达缩比测量数据进行处理,获得了典型目标在P波段的RCS估计值。     

基于扫频时域法测量的RCS外推技术研究

大目标的室内RCS测量不易满足远场条件,外推技术可将测试距离大幅度缩短,从而克服此缺陷。针对点频连续波方法测试RCS精度很有限,致使外推结果精度不高,本文提出基于扫频的时域法RCS外推技术。扫频测试能得到高精度的时域测试数据,通过对时域数据进行有效的变换,获取准确的频域幅相信息,从而外推出较高精度的远场RCS,实现大目标的RCS测量。通过对金属圆柱的测试,验证了该技术的优越性。     

基于三维SAR成像的RCS近远场变换方法研究

微波3维成像能够准确地从背景噪声中分离出目标的散射信息,适用于外场目标电磁(EM)散射特性的分析和研究,因而从3维合成孔径雷达(SAR)成像的角度研究目标电磁的散射特性是目前的一个新兴的热门课题。该文以此为背景,首先从Stratton-Chu积分方程出发详细推导3维SAR的近场波数域成像过程,解释3维SAR成像的物理意义;然后阐述基于3维SAR成像的雷达散射截面积(RCS)近远场变换原理,介绍3维SAR图像的散射中心提取方法,给出基于3维SAR成像的RCS近远场变换算法;最后通过FEKO软件进行了仿真实验,得到了5个点目标的RCS近远场变换的方位特性曲线和频率特性曲线,并通过与理论情况的对比,验证该算法在RCS近远场变换技术中的有效性。     

一种面向工程的局部RCS检测算法研究

飞行器的蒙皮在服役期间容易产生腐蚀或破损进而增大飞行器的雷达散射截面,因此需要对修复后的区域进行局部雷达散射截面(Radar Cross-Section,RCS)检测以评估修复效果。研究了一种面向工程的近远场变换算法以实现对修复区域的RCS检测,该算法基于球面波环式展开算法,并在传统近远场变换算法的基础上使用渐进式代替传统的汉克尔函数,设计了一种适用于工程应用的近远场变换算法。使用HFSS和Matlab软件对设计的算法进行了仿真验证,结果表明算法能够求得修复后局部小区域的RCS。     

时域有限差分法结合Pade逼近快速获取介质柱宽带RCS频率响应

由于时域信号的计算是在散射体近区内进行的，远区散射场的计算是通过近远场的变换而进行的。采用FDTD法计算散射体的宽频带RCS频率响应时，如果采用频域变换法，需要在很多频点上进行近远场变换计算。为此，本文引入Pade逼近，对FDTD法计算获得的、稀疏的RCS频率响应进行逼近，然后用获得的Pade有理逼近式宽频带RCS频率响应。计算结果表明Pade有理逼近式能很好地逼近FDTD法精确计算的曲线，同时计算速度可加快十多倍。     

基于小波变换和粗糙集的一种RCS处理方法

由于小波变换能够有效地对信号进行降噪处理,粗糙集作为一种新的数学工具,能够处理含糊和不确定性问题,因此,小波变换和粗糙集在智能信息处理中具有很大的发展潜力.本文针对机动目标实测RCS是起伏变化的,提出一种基于小波变换和粗糙集的RCS处理方法,其思想是先把雷达测量到的RCS采用小波进行分解,然后对分解后的小波系数利用粗糙集进行处理,最后采用小波逆变换得到RCS.通过对机动飞机的RCS实测数据进行处理,实验结果表明,该方法去噪能力强,能够得到比较精确的RCS,具有一定的实用价值.     

耦合目标近场散射外推技术研究

针对具有多次散射的耦合目标在不满足远场条件下测量的散射方向图发生畸变的问题,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"模式的近场散射外推方法.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（Radar Cross Section,RCS）.通过建立存在强耦合机制的二面角和腔体结构模型,利用FEKO和MATLAB软件对方法进行仿真,将"多发多收"外推的结果与远场RCS进行比对.结果表明：该方法得到的结果与远场RCS方向图吻合良好,全角域均值误差小于1dB,验证了方法的有效性.     

球面波环式散射远近场变换算法研究

提出了一种球面波照射下获得飞行器类目标远场RCS的变换算法.根据ISAR成像中目标反射率空间分布特性不随测试状态改变.建立了多散射中心模型;针对隐身目标自身高度较小、在鳖直面上满足远场条件的特点,将入射球面波等效为柱面波照射;以目标像作为二次辐射源,导出了远近场之间的依赖关系式;利用目标全角域近场散射信息进行外推,获得了远场条件下各个角度的RCS值.该算法采用对频率求导的方法,降低了公式简化中的误差,又满足了步进频率系统的测试要求.仿真和实验表明算法准确有效.     

机动目标RCS实测数据处理方法

针对机动目标实测RCS的起伏变化,提出了实测RCS的两种处理方法.利用小波变换的降噪处理方法和加窗平均处理方法,对机动飞机的RCS实测数据进行处理,得到比较精确的RCS.计算结果表明,这两种方法是简单可行的,具有一定的实用价值.     

Comparison and application of near-field ISAR imaging techniques for far-field Radar cross section determination

Inverse synthetic aperture radar (ISAR) imaging is a powerful tool for the characterization of scattering properties of radar targets. In particular, near-field techniques allow for short distance imaging with results comparable to those of standard far-field ISAR techniques. The resulting near-field images can be used to extract the far-field radar cross section (RCS) of the target overcoming the need for long-range measurement setups. This paper compares different near-field imaging techniques and reveals an in-depth insight into the imaging process, especially with regard to the subsequent RCS extraction. The performance of the different techniques together with processing improvements are demonstrated by means of numerical target models as well as by measured data of test objects and a scaled aircraft model.     

一种利用外推获得飞行器目标远场RCS方法研究

提出了一种球面波照射下获取室内飞行器目标RCS的方法。室内RCS测试难以满足远场条件,造成散射方向图畸变。针对飞行器目标机身高度较小,可将入射球面波等效为柱面波,然后借助参考目标,导出其在柱面波与平面波照射下的修正系数g(x)。再次,建立被测目标近距散射场与g(x)之间的关系,从而得到目标等效平面波照射下的远场RCS。仿真表明:与理论值相比,外推后的结果在有限角域内吻合良好。实验在微波暗室测量了飞行器目标在两个不同距离下的散射场,外推后RCS具有一致的收敛性,并与电磁计算结果进行比较,验证了外推技术具有较高的精度。另外,该方法对目标口径、纵深尺寸没有苛刻的限制。     

球面近远场和远近场变换算法

天线的远场对于研究天线辐射特性具有重大意义，近场测量技术因其能够避免直接测量远场而得到广泛应用，该技术采用近远场变换获得远场，然而，检验该远场的准确性也是很重要的.为了解决此类问题，文中以球面近场测量为例，提供了一种解决方案.该方案主要探讨了球面波模式展开理论，该理论是实现球面近远场变换算法的关键，其将待测天线在空间建立的场展开成球面波函数之和，天线的加权系数既包含了远场信息也包含了近场信息.因此，不仅能够利用近场测量信息获得远场辐射特性，同样能够利用远场辐射特性反推得到近场处电场，这样就能检验由近远场变换算法得到的远场是否准确.文中首先推算得到了近远场变换公式，随后进一步推算得到远近场变换的公式，最后将本文算法计算结果与FEKO测量结果进行比较，二者吻合良好，从而证实了本文两种算法的有效性.     

飞行器部件低散射载体的分析与设计

降低弱散射源的雷达散射截面,增强飞行器部件的隐身性能至关重要。但部件脱离飞行器后,需依托载体才能得到准确的隐身性能。通过探究低散射载体设计机理和思路,考虑爬行波、行波、入射频率等影响因素,设计了一款低散射载体。通过理论建模、特征基函数法仿真计算和试验测试方法验证,所设计的低散射载体的雷达散射截面足够低,可有效消除弱散射源以外的其他杂波散射影响,还原部件真实状态,有利于提升弱散射源隐身性能评估的准确性,从而优化飞行器隐身设计。     

基于FEKO 隐身飞机目标建模及探测仿真研究

针对商业电磁计算软件FEKO 具有多种数据导入接口的特点,首先利用Ansys 软件和Hypermesh 软件进行精细化建模,结合所建立的飞机模型选择合适的电磁计算方法仿真分析了典型隐身飞机目标F-22 的雷达散射截面(RCS)特性;然后,通过POSTFEKO 模块构建了目标的RCS 数据库;最后,从单基地雷达方程出发,分别从不同飞行高度、不同探测距离两个方面仿真计算了单基地雷达对隐身飞机目标F-22 的探测范围。该研究方法为建立军事目标特性数字化系统提供了理论分析和数据支撑。     

基于FDTD技术计算目标远场RCS方法的Matlab实现

利用LOVE场等效原理．实现了从近场到远场的变换，很好地解决了应用时域有限差分法（FDTD）计算目标远场RCS（远场雷达散射截面）的问题，并应用Marlab编程成功实现了此算法．最后利用该方法求解了三个实例中的远场RCS问题．并将其计算结果与理论或其他计算方法所得的结果进行了比较．结果吻合较好．     

超电大目标与分形海面复合散射研究

舰船与海面构成复合目标,其雷达散射截面(RCS)的研究一直是电磁计算领域中的重点和难点。文中建立了Weierstrass分形海面和目标三角面元的几何模型以及基于物理光学法(PO)和弹跳射线法(SBR)的海面目标的电磁散射模型。采用OpenGL图形编程技术与C++多线程处理技术设计了一款可视化目标电磁散射预估系统(ESEE)V1.0,对比典型目标体RCS 与商业软件FEKO 的计算结果,验证了ESEE的可靠性。通过计算不同海况的海面RCS 及超电大尺寸舰船与海面复合散射RCS,分析了海面散射以及超电大目标与海面复合散射特性。     

典型隐身飞机动态RCS 仿真及统计分析

非合作目标的动态RCS 数据难以通过外场测量获取,电磁仿真计算成为了获取其电磁动态特性的有效途径。基于全空域静态RCS 数据库和空气动力学原理对典型隐身飞机的动态RCS 进行了仿真,并采用姿态抖动模型修正了姿态角,使动态数据更加贴近实际情况。其次,分别采用卡方分布、对数正态分布和威布尔分布对动态RCS 进行统计建模, 非参数检验结果表明对数正态分布在不同频率、不同极化均能获得最佳拟合效果,体现出其在描述动态RCS 起伏特性方面具有通用性。研究成果可为实现雷达回波的快速精确仿真提供依据。     

Overview of an image-based technique for predicting far-field radar cross section from near-field measurements

For the last 18 years, our group has been developing a variety of near-field-to-far-field transformations (NFFFTs) for predicting the far-field (FF) RCS of targets from monostatic near-field (NF) measurements. The most practical and mature of these is based on the reflectivity approximation, commonly used in ISAR imaging to model the target scattering. This image-based NFFFT is also the most computationally efficient because - despite its theoretical underpinnings - it does not explicitly require image formation as part of its implementation. This paper presents a formulation and implementation of the image-based NFFFT that is applicable to two-dimensional (2D) spherical and one-dimensional (1D) circular near-field measurement geometries, along with numerical and experimental examples of its performance. We show that the algorithm's far-field RCS pattern-prediction performance is quite good for a variety of frequencies, near-field measurement distances, and target geometries. In addition, we show that the predicted RCS statistics remain quite accurate under conditions where the predicted far-field patterns have significantly degraded due to multiple interactions and other effect.