CN101727514B - 一种被动雷达接收机仿真方法 - Google Patents

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Abstract

一种被动雷达接收机系统仿真方法。由飞行体运动参数、目标运动参数和控制参数所组成的输入进入到功能仿真平台和信号仿真平台进行功能仿真和信号仿真，进而在功能仿真和信号仿真中得出目标测量角度信号信息，其中飞行体运动参数由飞行体运动初始化方位和飞行体姿态组成，目标运动参数由对目标运动初始化方位、航向，速度组成，控制参数由开机时间和关机时间组成，本发明仿真系统可以根据具体应用环境与要求，在功能仿真上具有较强的实时性，在信号仿真上具有较高的精度。

Description

一种被动雷达接收机仿真方法
(一)技术领域
本发明属于对被动雷达系统的建模与开发，具体地，它是利用计算机仿真技术、结构化体系与面向对象的结构方法构建一套完整的被动雷达仿真系统。
(二)背景技术
反辐射飞行体是当今高技术条件下实施信息战的一种有效手段，被动雷达接收机是反辐射飞行体的重要组成部分。随着计算技术的迅猛发展，为更好的推进被动雷达导引头的研制工作，同时也为被动雷达导引头的方案论证提供新手段，迫切需要建立被动雷达接收机的计算机仿真系统。其目的是以计算机仿真的可视化方式，再现被动接收机的信号处理流程，再现接收机中各组成单元、各单元节点信号以及系统的组成，并能动态灵活的改变系统组成方案，为总体的系统论证、分析、演示验证、方案评估提供一个全数字的仿真系统。
在国防科技领域，计算机建模与仿真已成为武器装备论证，设计，研制，实验，评估，训练及使用过程中的重要支撑技术之一。它不受气候，空域，外场保障等的诸多条件的限制，而且节省经费，无风险。所以计算机仿真已经成为武器作战系统中至关重要的一部份。
目前针对被动雷达接收机的仿真方法主要有两种，功能仿真和相干视频信号仿真。在实际应用中，通常会根据仿真需求来选择相应的仿真方法。功能仿真只利用了雷达的功能性质，而包含在波形和信号处理机中的详细特征并没有得到很好地刻画，它们只被当作某种系统损耗而进行简单处理。这种方法简单实用，适用于大规模仿真。然而这种方法具有明显的缺点：首先，由于波形中的一些详细特征被忽略了，所以功能仿真不能用来仿真系统中各个不同点上的具体信号。以上这些特点限制了功能仿真的精确度。相干视频信号仿真方法在信号级别进行仿真，从而弥补了功能仿真方法的不足，但构建模型相对复杂，实时性较差。
目前针对主动雷达导引头的仿真研究较多，对被动雷达接收机的计算机仿真系统研究相对较少，一般多集中于对信号处理的仿真研究，包括各种测向算法、分选算法的研究。对于被动雷达导引头从信号输入，到测向结果的输出，及其评估依然有较多的工作需要去做。
(三)发明内容
本发明目的为提供一种可以根据具体应用环境与要求，在功能仿真上具有较强的实时性，在信号仿真上具有较高的精度的被动雷达接收机仿真方法。
本发明提供的技术方案为：
由飞行体运动参数、目标运动参数和控制参数所组成的输入进入到功能仿真平台和信号仿真平台进行功能仿真和信号仿真，进而在功能仿真和信号仿真中得出目标测量角度信号信息，其中飞行体运动参数由飞行体运动初始化方位和飞行体姿态组成，目标运动参数由对目标运动初始化方位、航向，速度组成，控制参数由开机时间和关机时间组成。
本发明的技术方案还应包括：
功能仿真工作基本流程为首先分别建立雷达天线方向图模型、接收辐射源信号模型、接收机灵敏度模型，然后进行坐标变换，将目标的位置从地面坐标系变换到视线坐标系，以便于继续处理，在此对目标进行识别，根据被动雷达接收机最小灵敏度进行目标识别，最后进行蒙特卡罗实验，根据蒙特卡罗实验得到最终的仿真结果。
所述的信号仿真又名相干视频信号仿真，其建立过程包含两个关键阶段：首先建立接收信号模型，接收到的信号主要分为有用信号和无用信号。有用信号包括各种体质的目标雷达发射的不同波形的信号，如单脉冲信号、脉冲串信号、相位编码信号、线性调频信号和步进频率信号等。无用信号可分为两大类，即噪声和干扰。
所述的模拟飞行体导引对接收信号的处理过程中的被动雷达接收机是由检波前的射频/中频滤波器、平方律检波器、视频检波器、门限检测判决装置四个单元组成的。
本发明有益效果为：
当信号进入接收机后，根据其系统要求选择具体仿真方式，功能仿真与信号仿真即功能仿真和相干视频信号仿真。在实际应用中，我们可以根据仿真需求来选择相应的仿真方法。功能仿真只利用了雷达的功能性质，而包含在波形和信号处理机中的详细特征并没有得到很好地刻画，它们只被当作某种系统损耗而进行简单处理。这种方法简单实用，适用于大规模仿真，功能仿真的优点在于实时性高。而相干视频信号仿真方法在信号级别进行仿真，从而弥补了功能仿真方法的不足，但构建模型相对复杂，优点在于精确度高。
(四)附图说明
图1是被动雷达接收机系统仿真方法信号框图
图2是系统功能仿真具体流程图
图3被动雷达接收机简化模型
(五)具体实施方式
下面结合附图举例对本发明做更详细地描述：
一种被动雷达接收机仿真系统，其组成部分包括功能仿真和信号仿真；其特征是：采用面向对象的设计思想及结构化系统分析设计方法，将系统分解为相对独立和简单的子系统，对每个子系统进行建模。首先整个接收机系统分为几个模块，天线模块，接收机模块，干扰模块，测向模块，评估模块。当信号进入接收机后，根据其系统要求选择具体仿真方式，功能仿真与信号仿真。功能仿真只利用了雷达的功能性质，而包含在波形和信号处理机中的详细特征并没有得到很好地刻画，它们只被当作某种系统损耗而进行简单处理。信号仿真将精确到信号在流经放大器，检波器时的详细运算过程。
结合图1，各模型在仿真前需输入大量参数，这些参数用于确定仿真过程中导引头和目标雷达的运动状态。飞行模型的输入参数有飞行体实时的飞行姿态，目标的航行轨迹等。目标信号模型包括信号的频率，相位，幅度。环境模型主要考虑干扰的类型及其作用时间。随后要根据对系统的具体要求来选择仿真方法。
结合图2给出了功能仿真工作基本流程为首先分别建立雷达天线方向图模型、接收辐射源信号模型、接收机灵敏度模型，然后进行坐标变换，将目标的位置从地面坐标系变换到视线坐标系，以便于继续处理，在此对目标进行识别，根据被动雷达接收机最小灵敏度进行目标识别，最后进行蒙特卡罗实验，根据蒙特卡罗实验得到最终的仿真结果。
信号仿真又名相干视频信号仿真，其建立过程包含两个关键阶段：首先建立接收信号模型，接收到的信号主要分为有用信号和无用信号。有用信号包括各种体质的目标雷达发射的不同波形的信号，如单脉冲信号、脉冲串信号、相位编码信号、线性调频信号和步进频率信号等。无用信号可分为两大类，即噪声和干扰。
结合图3，给出了被动雷达接收机简化模型，在信号仿真中，仿真出所接收到的信号流经该模型后输出测向结果的全过程。模拟飞行体导引对接收信号的处理过程中的被动雷达接收机是由检波前的射频/中频滤波器、平方律检波器、视频检波器、门限检测判决装置四个单元组成的。接收到的信号包括目标信号和干扰信号。建立的模型中应包含接收信号的幅度和相位信息。被动雷达导引头的处理过程是对目标信号检测和跟踪过程的复现。
在信号仿真中，根据攻击的典型的雷达信号，建立包括载频、脉宽、PRI、强度等参数及LPI雷达在内的多种雷达信号模型。被动雷达接收机采用超外差式接收机，第一级馈线的插入损耗和适配损耗共约3dB，还包括3dB天线极化损失，故第一级总的损耗LF＝6dB。无源网络，噪声系数和总损耗相等Ff＝LF。预选器为无源有耗网络，其噪声等于差损。变频器(包括混频器和本振)为准线性网络，检波器为非线性网络。根据级联电路的噪声系数公式可以导出超外差接收机的噪声系数，随后计算出检波过程总信噪比的变化值，可得终端输出的仿真结果，再在接收机各单元模块中设置节点，复现各节点波形变化。
目标以连续波雷达为例，采用伪随机编码进行调制，包含相位和距离信息的目标发射信号为：
Figure G2009100733196D00051
式中：N为伪随机二相编码序列长度；Rect()为矩形函数；Cn∈(1，-1)为伪随机二相编码调相因子；Tr为脉冲重复周期；bp为脉冲宽度；f0为载波频；ψ0为载波信号相位；A1为载波振幅率。
接收到的信号通过锁相接收机，再经下变频和正交解调，变到零中频，随后对该信号进行同步采样，采样后与视频信号相乘，得到视频模拟信号
Figure G2009100733196D00052
仿真出视频模拟信号在分别通过滤波器、检波器最后由测向系统输出目标角度信息这一详细过程。

Claims (2)

1.一种被动雷达接收机系统仿真方法，其特征是：由飞行体运动参数、目标运动参数和控制参数所组成的输入进入到功能仿真平台和信号仿真平台进行功能仿真和信号仿真，进而在功能仿真和信号仿真中得出目标测量角度信号信息，其中飞行体运动参数由飞行体运动初始化方位和飞行体姿态组成，目标运动参数由对目标运动初始化方位、航向，速度组成，控制参数由开机时间和关机时间组成；所述的功能仿真工作基本流程为首先分别建立雷达天线方向图模型、接收辐射源信号模型、接收机灵敏度模型，然后进行坐标变换，将目标的位置从地面坐标系变换到视线坐标系，以便于继续处理，在此对目标进行识别，根据被动雷达接收机最小灵敏度进行目标识别，最后进行蒙特卡罗实验，根据蒙特卡罗实验得到最终的仿真结果；所述的信号仿真工作基本流程为首先建立接收信号模型，然后模拟飞行体导引对接收信号的处理过程并输出仿真结果。
2.根据权利要求1所述的被动雷达接收机系统仿真方法，其特征是：所述的模拟飞行体导引对接收信号的处理过程中的被动雷达接收机是由检波前的射频/中频滤波器、平方律检波器、视频检波器、门限检测判决装置四个单元组成的。
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