[发明专利]等离子体包覆目标雷达回波建模仿真方法

说明书

本发明提出了一种等离子体包覆目标雷达回波的建模仿真方法，主要解决现有方法无法反映等离子体包覆目标的回波相位信息、无法得到完整雷达回波的问题，其实现步骤为：1)建立再入目标几何模型，并建立等离子体鞘套的参数模型，分别划分面元；2)发射信号并进行采样，计算等离子体包覆目标各面元受到雷达信号照射后的散射电场，并计算各面元的后向散射系数；3)计算等离子体包覆目标各面元的回波相位；4)由后向散射系数和回波相位，得到各面元的回波信号，并合成目标总的回波信号；5)重复2)～4)操作，直到采样结束。本发明能反映等离子体包覆目标回波的相位信息，得到完整的雷达回波，可用于信号处理和目标特性分析。

技术领域

本发明属于雷达技术领域，涉及等离子体包覆的情况下目标回波的建模仿真方法，可用于对再入段雷达目标的回波进行仿真，以供后续进行信号处理和目标特性分析使用。

背景技术

临近空间高超声速飞行器研究的蓬勃发展，必定会带来未来航空航天技术的革命，临近空间已经开始逐步成为世界各国争夺的战略制高点，使得太空安全受到高超声速飞行器的威胁，对各国的安全防御系统提出挑战，因此与此相对应的侦察和防御手段的研究也备受重视。但在高超声速飞行器再入大气层的过程中，飞行器表面和周围空间中会产生一层结构复杂的等离子体鞘套，等离子体鞘套的存在会对电磁波产生严重的影响，使得飞行器等再入段雷达目标的空间电磁散射特性有了很大得改变，对此类目标的探测和识别造成困难。

美国、德国、俄罗斯等军事强国从上世纪70年代起，针对临近空间高超声速飞行器进行了一系列的实验和试验，如美国的X系列、HTV等临近空间飞行器计划，俄罗斯的“鹰”计划、彩虹-D2计划，德国的SHEFEX计划等；针对再入过程产生的等离子体鞘套也开展了深入和全面的研究，进行了包括Project Asset、Project Fire和Project RAM在内的多项试验，并通过试验掌握了大量等离子体鞘套的电磁特性和包覆目标的散射特性。目前，美国已经针对再入段弹头等雷达目标进行了电磁散射特测量，并开始逐步建立起再入导弹防御系统。而我国对等离子体鞘套的相关研究起步较晚，由于受技术、经费等诸多条件限制，飞行试验和地面实验的代价相当昂贵，我国此类试验和实验进行较少，并且国外的飞行试验和实验数据都为不对外公开的涉密信息，可供研究的实测数据相当稀少。在各发达国家不甘落后、比肩抢跑地争夺临近空间这一战略制高点的严峻大环境下，为了军事不落后以及未来太空的安全，我国必须要加快对等离子体鞘套和其包覆目标电磁特性的研究。但仅仅依靠实测数据，根本无法满足研究的需要，因此，在总结已有等离子体的相关特性基础上，对鞘套和其包覆目标进行建模仿真来研究电磁散射特性不失为一种经济且易实现的方法。

目前国内对等离子体鞘套包覆目标电磁散射特性的研究多集中在目标的雷达散射截面积 RCS上。RCS虽然包含了许多复杂的目标信息，是雷达目标电磁散射特性研究中的一个重要方向，但是对雷达目标进行特性研究、为探测和识别目标提供依据时，更多的是基于完整的雷达回波信号进行的。通过对目标的雷达回波信号进行处理，可以从时域、频域等多个域对目标特性进行分析，也可以对目标进行一维和二维成像，从更多的角度来分析等离子体鞘套包覆目标的电磁散射特性，以此来达到探测和识别目标的目的。现有的用于等离子体包覆目标电磁散射特性仿真计算的方法主要有时域有限差分FDTD算法及其改进算法、物理光学PO算法等， FDTD算法能够较为精确地计算目标的RCS，PO算法适用于高频阶段，但是这些方法的不足之处在于：只能计算目标的RCS，无法反应目标回波的相位信息，不能得到完整的雷达回波。

发明内容

本发明的目的在于针对上述技术中存在的不足，提出一种等离子体鞘套包覆目标雷达回波建模仿真方法，以反映目标回波的相位信息，得到完整的雷达回波。

实现本发明的技术思路是：利用高频PO算法对等离子体包覆目标的散射场和RCS进行计算，结合目标的散射场相位、高频信号的高通过特性以及雷达和目标之间的相对位置计算雷达回波的相位信息，根据雷达回波的生成原理得到等离子体鞘套包覆目标的雷达回波信号。

依据上述技术思路，本发明给出如下两种技术方案：