复杂目标 RCS 拟合模拟总结

实验目标

本轮实验针对复杂 UAV x10 目标 RCS 曲线重新进行拟合模拟,目的不是在已有样本中检索最相似结果,而是直接围绕目标曲线构造散射中心或物理响应原子组合,观察当前方法在曲线形状、主峰保持和背景拟合上的可达效果。目标数据为 outputs/hfss_exports_x10/uav_x10_phi_cut_rcs_db.csv,角域范围为 [-120, 120] deg,步长为 2 deg

实验分为两条路线。第一条路线采用解析相干散射中心/角反模型,通过峰值优先与背景补偿共同优化整条曲线;第二条路线采用扩展 HFSS/PTD 单元响应库,在密集角度中心上做非负功率叠加拟合,用于生成更接近物理原子库的候选结构。

解析相干模型结果

解析相干模型中,k13 方案取得当前最好的整体拟合效果。该方案包含 5 个主峰/局部峰原子和 8 个背景补偿原子,整体 MAE 为 4.094 dB,RMSE 为 5.463 dB,最大绝对误差为 16.652 dB,相似度为 92.70%。从整体曲线看,该模型已经明显优于此前响应库拟合和已有 HFSS/PTD 样本检索结果。

该方案的问题在于三大强主峰高度仍然偏低。-90 deg0 deg+90 deg 主峰分别存在约 9.76 dB8.62 dB12.92 dB 的低估;局部弱峰 -50 deg+50 deg 保持较好。说明解析相干模型能够较好复现整体起伏和宽背景,但对高动态范围尖峰的幅度保持还不够。

主峰增强解析模型

为检验主峰是否能够通过损失权重拉高,本轮又提高峰区权重,得到 k12 主峰增强方案。该方案整体 MAE 为 4.530 dB,RMSE 为 6.240 dB,最大绝对误差为 19.773 dB。主峰平均高度误差降至 5.481 dB,峰位误差为 0.000 deg

k13 相比,主峰增强方案牺牲了一部分整体 MAE,但主峰位置更稳定,弱峰和强峰之间的折中更合理。它说明单纯加权可以改善主峰保持,但解析模型仍存在幅度上限,尤其 -90 deg+90 deg 的强峰仍被压低。

扩展响应库拟合结果

扩展响应库路线使用 group_D30 条 HFSS/PTD 单元方向图,并在 2 deg 中心角网格上平移,形成 3630 个候选字典原子。经过 NNLS 拟合后保留 20 个响应原子,得到 k20 方案。该方案整体 MAE 为 5.666 dB,RMSE 为 7.848 dB,最大绝对误差为 23.585 dB

该方案最突出的优势是主峰保持。三主峰窗口 MAE 为 3.615 dB,背景区 MAE 为 6.096 dB-90 deg0 deg+90 deg 主峰窗口误差分别为 3.525 dB2.453 dB4.867 dB。相较解析相干模型,它的整体 MAE 略高,但主峰复现明显更好。

从选中原子看,强主峰主要由 plate el60 @ -90 deg 承担,同时叠加 wedgeplane_cylinder 和少量 trihedral 作为局部背景与旁瓣补偿。这一路线更适合作为下一步 HFSS/PTD 几何闭环的候选来源,因为其输出已经是物理原子表 selected_response_atoms.csv

当前判断

如果目标是追求复杂曲线的整体形状拟合,解析相干 k13 方案目前最好,MAE 约 4.09 dB。如果目标是保持三个强主峰,扩展响应库 k20 方案更合适,主峰窗口 MAE 约 3.61 dB。两者说明当前方法已经可以对复杂目标 RCS 形成较好的模拟拟合,但还不能直接写成最终物理阵列改善。

原因在于,解析相干模型仍是参数化散射中心模型,扩展响应库拟合则是非相干单元响应叠加。它们都可以作为候选生成和上界评估,但最终仍需要把 k20 响应库候选转成真实几何阵列,重新运行 HFSS/PTD,检查相干效应、遮挡效应和尺寸映射后曲线是否仍能保持。

下一步

下一步应优先复核 k20 响应库候选:

outputs/uav_x10_complex_target_dense_library_fit_k20/selected_response_atoms.csv

若 HFSS/PTD 复核后整体 MAE 仍接近 5-6 dB,且主峰窗口保持在 4 dB 左右,则可以认为复杂目标 RCS 的物理候选模拟已经进入较好水平。若复核后主峰或背景显著恶化,则需要对候选原子做相干校正,例如限制强平板数量、调节尺寸映射、引入相位/间距优化,或使用 Atom Transformer 作为快速正向代理做二次筛选。

输出文件

  • 解析相干整体最优:outputs/uav_x10_complex_target_peakfit_k13
  • 解析相干主峰增强:outputs/uav_x10_complex_target_peakfit_peakstrong_k12
  • 扩展响应库主峰较优:outputs/uav_x10_complex_target_dense_library_fit_k20
  • Obsidian 附件原子表:UAV角域RCS角反射器组合拟合实验/08_complex_target_fit/20260529_dense_library_k20_selected_response_atoms.csv