一种高速飞行器动态目标电磁散射特性三维实时表征方法与流程

本发明涉及电数字处理领域，尤其涉及一种高速飞行器动态目标电磁散射特性三维实时表征方法。

背景技术：

1、当前高动态飞行器目标电磁散射特性表征主要依赖三类技术：静态rcs（雷达散射截面）数据库、动态坐标旋转修正以及简化运动模型。静态数据库技术（如an/apg-81雷达系统）预设固定坐标下的散射参数，但高速飞行器（马赫数＞5）的局部坐标系在毫秒内变化超10°，导致散射模型严重失准，例如某高超声速飞行器俯冲试验中实测rcs与静态库偏差达15db，触发目标误判。动态修正方法（如流星导弹导引头算法）通过欧拉旋转矩阵转换静态库数据，其计算复杂度高达，无法满足10ms实时响应需求，且忽略电磁波传播路径变化（如距离推进相位延迟），机动状态下方位角误差>5°，rcs预测均方根误差≥8db。简化模型（如feko运动模块）牺牲极化完整性，致使识别系统无法区分真目标与诱饵。上述缺陷根源在于：坐标系静态性与高速运动本质冲突、动态修正实时性与精度不可兼得、极化特性被过度简化。因此，如何解决现有技术存在的问题是目前需要考虑的。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供了一种高速飞行器动态目标电磁散射特性三维实时表征方法，解决了现有技术存在的不足。

2、本发明的目的通过以下技术方案来实现：一种高速飞行器动态目标电磁散射特性三维实时表征方法，所述方法包括：

3、步骤一、对飞行器轨迹进行离散化与姿态采集，并对目标相位位置进行计算与坐标转换；

4、步骤二、建立球面散射网格，对每个网格方向分别计算垂直极化和水平极化两种极化入射情况下的散射场；

5、步骤三、得到目标位置上的入射电磁场并计算入射电磁波到达目标位置上的入射电磁场经由目标在飞行器的局部坐标系方向上的散射电磁场；

6、步骤四、对散射电磁场的垂直极化分量和水平极化分别进行赋值后生成三维散射方向图。

7、所述对飞行器轨迹进行离散化与姿态采集包括：

8、离散化飞行轨迹：将总时长按间隔分为k个时刻，记为，获取飞行器飞行轨迹下时刻的位置点=的矢量信息；

9、姿态采集：姿态信息包括速度方向、滚动方向和俯仰方向三个单位矢量。

10、所述对目标相位位置进行计算与坐标转换包括：

11、遍历时间序列，得到时刻的飞行器所在位置为，投影点为，此时飞行器的局部坐标系为；

12、计算目标位置基于飞行器的局部坐标系下的直角坐标，其中，为目标位置点相对飞行器位置矢量在飞行器局部坐标系速度方向轴上的坐标分量，为目标位置点相对飞行器位置矢量在飞行器局部坐标系滚动方向轴上的坐标分量，为目标位置点相对飞行器位置矢量在飞行器局部坐标系俯仰方向轴上的坐标分量；

13、将直角坐标转换为球坐标，并计算方向矢量，表示目标到飞行器的实际直线距离，表示目标相对于飞行器俯仰方向的夹角，表示目标在水平面内的投影点相对于飞行器速度方向的夹角，表示径向矢量，表示俯仰方向矢量，表示方位角方向矢量；

14、生成m个角均匀分布于和n个角均匀分布于的球面角度网格，其第个角第j个角的方向角为，其中，为俯仰角，为方位角；

15、生成维度为的三维网格用以记录每个球面角度网格上的4个散射场分量的极化通道，分别为，其中，表示垂直极化入射、垂直极化接收的散射场分量的极化通道，表示垂直极化入射、水平极化接收的散射场分量的极化通道，表示水平极化入射、垂直极化接收的散射场分量的极化通道，表示水平极化入射、水平极化接收的散射场分量的极化通道。

16、所述步骤二具体包括：

17、遍历球面角度网格，得到第个角第j个角的方向角为，基于飞行器的局部坐标系原点向该方向发射电磁波，其中，表示入射电磁波垂直极化波分量，表示入射电磁波水平极化波分量，其中，代表垂直极化方向基准，代表水平极化方向基准；

18、设置，，按照步骤三的内容计算在位置上方向上的散射场的垂直极化分量和水平极化分量。

19、所述步骤三具体包括：

20、a1、平面电磁波以为传播方向经过距离推进到目标位置，得到目标位置上的入射电磁场，其中，入射电磁波的传播方向，为入射电磁波从飞行器位置沿方向传播到目标位置的传播距离；

21、a2、计算入射电磁波到达目标位置t上的入射电磁场经由目标在飞行器的局部坐标系的方向上的散射电磁场，其中，表示散射波传播方向。

22、所述a2的步骤包括：

23、a201、计算局部坐标系的方向的全局坐标系下的球坐标，其中，表示将同一散射方向在转换到固定的全局坐标系后，得到的球坐标角度；

24、a202、抽取球坐标附近最近的三个坐标值构成球面上的拉格朗日坐标插值网格；

25、a203、利用插值网格上的节点值插值得到球坐标上的vv、vh、hv和hh四个散射场分量；

26、a204、计算入射电磁波在局部坐标系的方向的全局坐标系下的入射方向，其中，表示在飞行器的局部坐标系下描述的入射电磁波的传播方向，表示局部入射方向转换到固定的全局坐标系后得到的球坐标角度；

27、a205、求解入射电磁场在世界坐标系下的垂直极化分量和水平极化分量；

28、a206、计算入射电磁场在方向上的散射电磁场的垂直极化分量和水平极化分量；

29、a207、在世界坐标系下合成垂直极化分量和水平极化分量，得到目标位置上的散射电磁场；

30、a208、当目标位置上的散射电磁场推进到位置点时，此时散射电磁场为，将散射电磁场从世界坐标系转化为局部坐标系在方向的散射场的垂直极化分量和水平极化分量。

31、所述步骤四包括：

32、将散射电磁场的垂直极化分量和水平极化分量分别赋值给，其中，其中，表示三维网格中方向（,）对应的4个极化散射场分量构成的向量；

33、设置，，重新按照步骤三的内容计算在位置上方向上的散射场的垂直极化分量和水平极化分量；

34、将散射场的垂直极化分量和水平极化分量分别赋值给；

35、收集m个角和n个角上的，其中i=0,1,…,m-1,j=0,1,…,n-1，l=0,1,2,3，得到四组数据分别为：，,,，则得到、、和的散射方向图分布情况，其中，表示三维网格中方向（,）上极化通道序号为的散射场分量，=0,1,2,3分别对应、、、四个极化通道，=表示方向（,）上极化通道的散射场分量，=表示方向（,）上极化通道的散射场分量，=表示方向（,）上极化通道的散射场分量，=表示方向（,）上极化通道的散射场分量。。

36、本发明具有以下优点：

37、1、动态散射表征精度高、适应性强：本发明通过实时建立与飞行器运动状态同步的时变局部坐标系，精确描述了高速飞行过程中目标与雷达间的相对几何关系变化。利用球坐标映射与矢量分解，有效克服了传统静态散射模型在高速场景下的失效问题，显著提升了动态rcs仿真的准确性。该方法能够适应各类高动态飞行轨迹与姿态变化，为高超音速目标识别、隐身设计及雷达回波模拟提供了高保真的电磁环境支撑。

38、2、计算效率优异，便于工程实现：通过离散化时间序列与球面角度网格，将连续动态问题转化为序列化局部静态计算，大幅降低了计算复杂度。结合目标固有散射参数（s矩阵）的插值复用，避免重复进行全波仿真，在保证精度的同时显著提升计算效率。本发明结构清晰、模块化强，易于集成至现有雷达仿真系统，支持大规模参数扫描与实时模拟，适用于工程实践中的快速评估与优化设计。

39、3、支持全极化散射分析，物理机制清晰：采用双极化入射与接收模式，完整获取vv、vh、hv、hh四种极化散射分量，全面表征目标的极化散射特性。通过严格的波程相位修正与坐标系转换，明确体现了电磁波传播的物理过程，兼具数值计算的稳健性与物理意义的透明度，为复杂目标电磁特性研究提供了可靠工具。

40、4、扩展性强，兼容现有数据库与多类算法：本发明框架开放性强，可便捷接入现有目标rcs数据库或多种电磁计算引擎（如po、mlfmm等），具备良好的兼容性与扩展性。其所建立的动态映射与插值机制也为后续引入多次散射模型、非均匀目标、环境干扰等因素奠定了基础，适用于更广泛的电磁散射与对抗仿真场景。