船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法及系统技术方案

本发明专利技术公开了一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法及系统，其中方法包括以下步骤：内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇；采集船舶缩尺模型的回波信号；将采集的回波信号变换为预先定义的时域信号；对变换后的时域信号，把预定时间窗口外的所有信号置零，并滤掉相互作用的回波，得到目标一维成像曲线；在保持测量系统状态不变的情况下，采用上述方法对定标体进行测量并计算，得到定标体的成像幅值；采用相对定标法，使用定标体的成像幅值对目标的一维成像曲线进行归一化处理，获得定标后的目标一维成像曲线，并将其变换到频域，得到缩尺模型的RCS测试数据；将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS。

【技术实现步骤摘要】
船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法及系统
本专利技术涉及船舶雷达波隐身性设计的试验验证领域，尤其涉及一种船舶RCS(雷达散射截面)的缩尺模型湖面试验方法，可适用于船舶缩尺模型与水面的复合散射RCS试验研究与设计验证。
技术介绍
船舶作为水面运行的平台，其RCS取决于目标与水面的复合散射作用。国家相关标准中规定的实船雷达波隐身性指标测试和考核，是在海面上进行的，有别于飞机等空中目标的本体试验，海面上实船测试与其它目标的本体散射测试最本质的区别，在于测试中目标与半空间介质表面是近距离接触的，由于船体与周围附近海面互耦散射的距离比较近，在测量中，无法通过时域滤波进行剔除，因此，实船测试客观上已从目标本体散射扩展至船体与附近海面的复合散射，在水面船舶目标的隐身性设计中，需要在接近实船测试的水面环境下，控制目标回波强度，并有针对性的采取设计措施。为确保总体雷达波隐身性设计指标满足要求，化解设计风险，需要按照成体系设计思想，采用“仿真+试验”的方法，分阶段开展研究：(1)通过RCS数值仿真，研究全船RCS及对应的船上强散射源成因和分布，指导指标分解设计，预测各种隐身措施对全船RCS的改善效果；(2)开展船舶缩尺模型与水面的复合散射特性试验，定量分析和验证水面对测量结果的影响，在模拟实船考核状态的条件下，通过试验掌握全船实际可达的RCS值,制定对应的抑制措施和设计方案。其中，试验工作需要满足船舶目标与水面的复合散射特性试验需要，由于海面测试受天气的影响较大，且不利于处于内陆地域的设计部门开展研究，因此在内陆湖面开展试验可解决上述问题，水面船舶目标雷达波隐身性设计的模拟试验和验证应具有综合性的功能。检索国内外文献，关于水面船舶目标雷达波隐身性设计的综合模拟验证尚属空白。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法，利用开阔湖面环境进行水面船舶目标RCS测试，满足船舶目标与水面的复合散射特性试验需要。为了达到上述目的，本专利技术提供了一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法，包括以下步骤：内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇，每一簇内包含有n个载频以间隔为Δf递增的脉冲；采集船舶缩尺模型的回波信号；采用快速傅里叶变换将采集的回波信号变换为预先定义的时域信号；对变换后的时域信号，把预定时间窗口外的所有信号置零，并滤掉相互作用的回波，得到目标一维成像曲线；在保持测量系统状态不变的情况下，采用上述方法对定标体进行测量并计算，得到定标体的成像幅值；采用相对定标法，使用定标体的成像幅值对目标的一维成像曲线进行归一化处理，获得定标后的目标一维成像曲线，并将其变换到频域，得到缩尺模型的RCS测试数据；将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS。接上述技术方案，步骤将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS中，具体根据电磁缩比定律，当缩比因子为s时，有：l′＝l/s，f′＝f×s，σ′＝σ/s2其中，l为目标长度，f为目标测试频率，σ为目标RCS，l′为缩比后的目标长度，f′为缩比后所需的目标测试频率，σ′为缩比后目标的RCS。接上述技术方案，所述窄带脉冲簇的脉冲宽度为其中ΔLmax为缩尺模型的最大尺寸，频率脉冲增量Δf满足T1为电磁波从发射天线至缩尺模型的往返时间。本专利技术还提供了一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验系统，包括：脉冲发射模块，用于在内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇，每一簇内包含有n个载频以间隔为Δf递增的脉冲；采集模块，用于采集船舶缩尺模型的回波信号；傅里叶变换模块，用于采用快速傅里叶变换将采集的回波信号变换为预先定义的时域信号；滤波模块，用于对变换后的时域信号，把预定时间窗口外的所有信号置零，并滤掉相互作用的回波，得到目标一维成像曲线；定标体测量模块，用于在保持测量系统状态不变的情况下，采用上述方法对定标体进行测量并计算，得到定标体的成像幅值；RCS测试数据处理模块，用于采用相对定标法，使用定标体的成像幅值对目标的一维成像曲线进行归一化处理，获得定标后的目标一维成像曲线，并将其变换到频域，得到缩尺模型的RCS测试数据；数据转换模块，用于将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS。接上述技术方案，数据转换模块具体用于根据电磁缩比定律，当缩比因子为s时，有：l′＝l/s，f′＝f×s，σ′＝σ/s2其中，l为目标长度，f为目标测试频率，σ为目标RCS，l′为缩比后的目标长度，f′为缩比后所需的目标测试频率，σ′为缩比后目标的RCS。接上述技术方案，所述窄带脉冲簇的脉冲宽度为其中ΔLmax为缩尺模型的最大尺寸，频率脉冲增量Δf满足T1为电磁波从发射天线至缩尺模型的往返时间。本专利技术产生的有益效果是：本专利技术突出船舶目标与水面的复合散射特点，同时，兼顾了船舶局部结构本体散射试验需求；本专利技术具备宽带高分辨率测量特点，具有高距离向分辨能力；可充分利用内陆湖泊环境，受天气影响小，无需大面积增地，效费比高。附图说明下面将结合附图及实施例对本专利技术作进一步说明，附图中：图1为本专利技术实施例船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法流程图；图2为本专利技术的一个实施例中的脉冲串发射信号；图3为本专利技术的一个实施例中定标后的目标一维成像曲线；图4a、图4b为本专利技术实施例中水面试验场景；图5为水面角反射器回波的一维成像曲线；图6为角反射器RCS随风力变化曲线(频率13.3GHz，RCS随风力变化，13.3GHz(接近水面))；图7角反射器RCS随风力变化曲线(频率10GHz)。具体实施方式为了使本专利技术的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本专利技术进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本专利技术，并不用于限定本专利技术。本专利技术实施例船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法，包括以下步骤：S1、内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇，每一簇内包含有n个载频以间隔为Δf递增的脉冲；S2、采集船舶缩尺模型的回波信号；S3、采用快速傅里叶变换将采集的回波信号变换为预先定义的时域信号；S4、对变换后的时域信号，把预定时间窗口外的所有信号置零，并滤掉相互作用的回波，得到目标一维成像曲线；S5、在保持测量系统状态不变的情况下，采用上述方法对定标体进行测量并计算，得到定标体的成像幅值；S6、采用相对定标法，使用定标体的成像幅值对目标的一维成像曲线进行归一化处理，获得定标后的目标一维成像曲线，并将其变换到频域，得到缩尺模型的RCS测试数据；其中归一化处理即目标曲线逐点减去定标体的成像幅值，再加上定标体的RCS值(对数形式表示)，即获得定标后的目标一维成像曲线(见图3)。采用相对定标法，即保持测量系统状态不变的情况下分别对定标体和被测目标进行测量，选择标准球定标体，记录定标数据和目标测试数据，按下式进行处理：其中，σT被测目标的RCS；PT目标的回波功率；P0定标体回波功率；目标测试距离；定标体测试距离。使用测量系统在相应的测量频段和极化条件下对定标球进行测量，记录定标数据。S7、将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS。本专利技术的一个实施例中，根据电磁缩比定律，当缩比因子为s时，有：l′＝l/s，f′＝f×s，σ′＝σ/s2其中，l为目标长本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法，其特征在于，包括以下步骤：内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇，每一簇内包含有n个载频以间隔为Δf递增的脉冲；采集船舶缩尺模型的回波信号；采用快速傅里叶变换将采集的回波信号变换为预先定义的时域信号；对变换后的时域信号，把预定时间窗口外的所有信号置零，并滤掉相互作用的回波，得到目标一维成像曲线；在保持测量系统状态不变的情况下，采用上述方法对定标体进行测量并计算，得到定标体的成像幅值；采用相对定标法，使用定标体的成像幅值对目标的一维成像曲线进行归一化处理，获得定标后的目标一维成像曲线，并将其变换到频域，得到缩尺模型的RCS测试数据；将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS。

【技术特征摘要】
1.一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验方法，其特征在于，包括以下步骤：内陆湖泊水面环境下，向水面的被测物体船舶缩尺模型发射一系列窄带脉冲簇，每一簇内包含有n个载频以间隔为Δf递增的脉冲；采集船舶缩尺模型的回波信号；采用快速傅里叶变换将采集的回波信号变换为预先定义的时域信号；对变换后的时域信号，把预定时间窗口外的所有信号置零，并滤掉相互作用的回波，得到目标一维成像曲线；在保持测量系统状态不变的情况下，根据上述步骤对定标体进行测量并计算，得到定标体的成像幅值；采用相对定标法，使用定标体的成像幅值对目标的一维成像曲线进行归一化处理，获得定标后的目标一维成像曲线，并将其变换到频域，得到缩尺模型的RCS测试数据；将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS。2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，步骤将缩尺模型的RCS测试数据转换成实船RCS中，具体根据电磁缩比定律，当缩比因子为s时，有：l′＝l/s，f′＝f×s，σ′＝σ/s2其中，l为目标长度，f为目标测试频率，σ为目标RCS，l′为缩比后的目标长度，f′为缩比后所需的目标测试频率，σ′为缩比后目标的RCS。3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述窄带脉冲簇的脉冲宽度大于等于其中ΔLmax为缩尺模型的最大尺寸，频率脉冲增量Δf满足T1为电磁波从发射天线至缩尺模型的往返时间。4.一种船舶RCS的缩尺模型湖面试验系统，其特...

【专利技术属性】
技术研发人员：吴楠，陈亮，彭刚，程洪，郑生全，
申请(专利权)人：中国舰船研究设计中心，
类型：发明
国别省市：湖北;42