CN102778671A - 一种基于校正网络的雷达目标模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于校正网络的目标模拟方法。本发明通过从源头处模拟目标的方位、距离、高度、速度、幅度、静止目标。利用此方法产生的模拟目标比从终端监控产生的模拟目标更接近于真实，并可用于接收DBF校验、MTD校验、小目标检测能力校验、航迹跟踪能力校验。本发明包括模拟目标分解步骤、目标点迹出现时间计算步骤、目标点迹距离模拟步骤、目标点迹高度模拟步骤、目标点迹方位模拟步骤、目标点迹多普勒频率模拟步骤和目标点迹幅度的模拟步骤。该发明可减少雷达的研制成本，随装备加载后，可用于模拟训练，减少开机时间，增加雷达使用寿命，降低训练成本。

Description

一种基于校正网络的雷达目标模拟方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种基于校正网络的目标模拟方法。

背景技术

在雷达样机研制阶段的性能调试中，有些指标的调试与校验需要目标信息进行配合，动用飞行器进行实际飞行不仅协调困难，而且也使得研制成本大量增加。

现有的目标模拟器需要增加专用的硬件设备，这样就提高了目标模拟器的制造成本。如中国实用新型专利《一种同步式高频地波雷达目标模拟信号源装置》（ 申请号：CN200820192242.5 ），该专利基于软件无线电设计思想构造一个硬件平台；中国发明专利《采用载波提取视频存储方法的雷达外场目标模拟器》（申请号：CN200910181434.5）公开的一种采用载波提取视频储存方法的雷达外场目标模拟器，它包括由第一混频器和第一带通滤波器器构成的接收单元。

发明内容

针对背景技术的不足，本发明提供了一种基于雷达校正网络产生模拟目标的方法，可以在无需飞行器等的情况下，基于现有的雷达平台，完成雷达的性能调试与校验。随装备加载后，可用于模拟训练，减少开机时间，增加雷达使用寿命，降低训练成本。由波形产生器产生的模拟目标信息传输至校正网络后，按一定的分配比分配到所有的T/R组件输入端，模拟需要的目标信息，作为校验的基准信号。经过接收、信号处理与录取，在终端显示器上显示结果。目标信息生成前，可通过终端进行设置，可供设置的目标参数包括：起始方位、起始距离、起始高度、航速、航向、回波幅度、终止方位、终止距离、终止高度、静止目标。

本发明的技术方案是：一种基于校正网络的雷达目标模拟方法，包括如下步骤：

步骤一．模拟目标的分解，包括下述内容：以雷达站为原点建立(X,Y,Z)坐标系，对空间任意一点做坐标分解，分解出模拟目标在水平面的速度和在垂直面得速度，并根据设定的方位、距离、高度计算出模拟目标起点和终点的坐标；

步骤二．目标点迹出现时间的模拟，包括下述内容：根据设定的航速、起点和终点的方位、高度计算出每个点迹相对于第一个点迹的出现时间；

步骤三．目标点迹距离的模拟，包括下述内容：计算出每一点迹回波信号与模拟发射信号之间的延迟时间，通过改变波形码调整模拟点迹与雷达的距离；

步骤四．目标点迹高度的模拟，包括下述内容：通过计算出的接收模拟回波信号的相位补偿值来模拟目标的高度；

步骤五．目标点迹方位的模拟，包括下述内容：通过点迹出现时间计算出每个点迹的方位角度；

步骤六．目标点迹多普勒频率的模拟，包括下述内容：

首先根据点迹距离计算出径向速度，其次根据径向速度计算出多普勒频率，并在波形产生中做频移；

步骤七．目标点迹幅度的模拟，包括下述内容：

根据雷达回波与雷达距离的关系，利用信号处理系统控制接收前端的可控衰减器相应的衰减值来模拟目标衰减大小。

其有益效果是：可以在无需飞行器等的情况下，完成雷达样机的性能调试与校验。随装备加载后，可用于模拟训练，减少开机时间，增加雷达使用寿命，降低训练成本。

如上所述的基于校正网络的雷达目标模拟方法，其特征在于：所述步骤四中模拟目标的高度计算方法为：假设ε为与校正网络相连的两个组件相位差，用通过在A/D中补偿使得ε=                                                ，再令为雷达工作状态下最大仰角的角度，当从校正网络注入模拟回波信号时就相当于目标是以角度反射的回波，通过目标点迹距雷达距离R和目标垂直面的角度来模拟高度h，如下式

，根据简单的几何关系有下列公式，即求出第二个点迹入射到雷达站与雷达站应形成的夹角，在A/D采样后，进行相位补偿，补偿度为

，其中h₁第二点点迹的高度。 

其有益效果是：能够得出需模拟角度的相位补偿值，以便进行高度模拟。

附图说明

图1为模拟目标产生系统流程图；

图2为目标行程分解示意图；

图3为目标水平面简化图；

图4为模拟信号波形示意图。

具体实施方式

以下结合附图对本发明做进一步的说明。

利用雷达一般具有的硬件平台，目标模拟流程如图1所示。以下为图1中使用硬件的说明：

波形产生：波形产生主要产生发射模块所需的中频波形信号，信号的形式、时宽受到信号处理系统发出的波形码控制。波形产生根据信号处理系统发出的波形码信息，实时产生所需的模拟信号。 

校正通道：校正通道输出一个测试信号到校正网络，通过校正网络送给每个T/R组件的接收端，系统可以对T/R组件的接收通道进行校正；同时校正通道的同一端口可以接收校正网络送来的信号以对T/R组件的发射通道进行校正。

校正网络：校正网络的作用是使用耦合信号模拟天线远场信号，也即远场波瓣方向图。这些耦合信号相当于来自q方向的远场信号。q为信号入射方向与阵面法线方向的夹角。

T/R组件：T/R组件发射通道主要产生大功率发射信号，经过天线辐射出去，同时给接收通道提供一本振和二本振；接收通道主要对回波信号进行限幅、放大后经过两次下变频处理，再经A/D后送给信号处理系统。

本发明的基于校正网络的雷达目标模拟方法,包括以下步骤：

1. 模拟目标分解

目标从a点以设定的航速直行到b点，我们需要对目标飞行的航速做分解，见图2所示。

假设O为雷达站，X轴为正北方,Y轴为正东方，Z轴垂直于水平面。a点坐标为（x1，y1，z1），b点坐标为（x2，y2，z2），目标设定航速为v。

根据数学运算可得出航速v相对于z轴的速度v1有下列公式

其中当z1大于z2时，速度为正，目标沿Z轴负方向飞行；z1小于z2时，速度为负，目标沿Z轴正方向飞行。

航速v相对于X轴Y轴平面的速度v2有下列公式

如我们忽略地球曲率影响时，a点位置可设定的距离方位和高度来确定。假设起始位置设置距雷达为

、方位为

、高度为

；则a点坐标即为（

，

，

）。同理终止位置设置距雷达为

、方位为

、高度为

；则b点坐标即为（

，

，

）。

2.目标点迹出现时间的模拟

模拟目标的出现及信号处理所需的波形码，都与目标点迹的出现时间有关，目标点迹的出现时间计算分为以下两种情况：

目标起始方位设置值与终止方位设置值相同；

目标起始方位设置值与终止方位设置值不相同。

在情况1的条件下，目标航迹的出现时间为2S，本实施例中雷达数据率为2S。

在情况2的条件下，计算目标点迹出现时间可由图2简化以下数学模型，如图3所示。图3中a’坐标为（x1，y1），b’坐标为（x2，y2），目标从a’至b’做直线飞行，射线Oa’以πrad/s的角速度已O为圆心顺时针旋转（即相当于雷达数据率为2s，天线顺时针旋转），目标以速度v2飞行。我们以目标从a’点出发为起始时间，用计算机可算出射线Oa’与目标同时出发时，目标从a’至b’做直线飞行过程中与射线相遇的时间，该时间即为目标点迹输出的时间，如第一次相遇时我们记做时间t1，第二次相遇时记做时间t2，以此类推，直至目标行至b’点。t1即为第二点点迹输出时间，t2即为第三点点迹输出时间，以此类推。

3.目标点迹距离的模拟

目标点迹的距离可根据模拟信号距雷达发射信号回波的延迟时间而定，如此点信号距雷达发射信号回波时间延迟为τ=2R/c，c为光速，R为目标与雷达之间的距离。

如图2所示，我们把a点距雷达的距离做为目标的初始距离的模拟，可通过改变发射波形码来调整模拟发射信号与模拟回波信号之间的时间间隔τ来实现，如图4所示。

如图1所示，模拟目标起始点距离R1，可通过把τ调整为2R1/c（即2

/c）来实现。第二个点迹时间τ的调整，可通过由点迹相对起始a点运动改变量求得模拟点迹距雷达的距离，公式如下

其中

如此类推，可求出第三点点迹距离与所需τ，第四点点迹距离与所需τ，直至模拟目标飞至b点。

4.目标点迹高度的模拟

天线方向图函数在f(θ, 

)足够宽,或可假定单元方向图f(θ, 

)是全向性的,在线阵波束扫描范围内,可忽略其影响时,线阵天线方向图函数F(θ)可认为是

其中，d为雷达天线间距，N为线阵个数，λ为雷达波长。而

，

为天线波束最大指向。

令

，则它表示相邻天线单元接收到来自θ方向信号的相位差，可称为相邻天线单元之间的“空间相位差”。

假设ε为与校正网络相连的两个组件相位差，所以我们用通过在A/D中补偿使得ε=。再令为雷达工作状态下最大仰角的角度。这时当从校正网络注入模拟回波信号时就相当于目标是以

角度反射的回波。这时我们可以通过目标点迹距雷达距离R和目标垂直面的角度来模拟高度h，如下式

根据简单的几何关系有下列公式

即可求出第二个点迹入射到雷达站与雷达站应形成的夹角，这样可在A/D采样后，进行相位补偿，补偿度为

此时即完成模拟的点迹的高度模拟。

5.目标点迹方位的模拟

目标每个点迹的方位角度θ的计算，可由下面公式确定。

(1).当起始方位大于终止方位时：

式中t为点迹输出时间，如第二点点迹输出时间t1。

(2).当起始方位小于终止方位时：

式中t为点迹输出时间，如第二点点迹输出时间t1。

6.目标点迹多普勒频率的模拟

我们设径向速度为v’,目标的径向速度可由距离变化率求得，见下式

所以，目标的多普勒频率为fd=2v’/λ。然后根据目标的多普勒频率在波形产生中做相应的频移。

7.目标点迹幅度的模拟

因为雷达目标回波

，所以我们可以通过信号处理给图1中校正接收机前端的可控衰减器相应的衰减值来模拟目标衰减大小。

当起始方位确定后，录取终端把信息传至信号处理模拟目标产生控制单元，模拟目标产生控制单元会计算出目标各点点迹与起始点迹出现时间隔的时间差、目标回波幅度、点迹所需A/D后的补偿、点迹信号的时延、点迹出现所需的方位、多普勒频移。计算完成后通过调整波形码并把波形码传至波形产生来完成时延和方位的模拟，波形产生在通过模拟目标控制单元给出的控制频移量来控制波形产生产生径向速度所需的频移，这样基本的模拟信号就产生了。基本的模拟信号在通过校正通道后，再经由模拟目标控制单元控制的可调衰减器做应有的衰减，这样即完成了目标的幅度模拟。目标模拟完成后通过校正网络经T/R和A/D后传至信号处理，信号处理做相应的角度模拟所需的补偿，补偿后的点迹就可做相应的调试及验证。

Claims (2)

1.一种基于校正网络的雷达目标模拟方法，其特征在于：包括如下步骤：

步骤一．模拟目标的分解，包括下述内容：以雷达站为原点建立(X,Y,Z)坐标系，对空间任意一点做坐标分解，分解出模拟目标在水平面的速度和在垂直面得速度，并根据设定的方位、距离、高度计算出模拟目标起点和终点的坐标；

步骤二．目标点迹出现时间的模拟，包括下述内容：根据设定的航速、起点和终点的方位、高度计算出每个点迹相对于第一个点迹的出现时间；

步骤三．目标点迹距离的模拟，包括下述内容：计算出每一点迹回波信号与模拟发射信号之间的延迟时间，通过改变波形码调整模拟点迹与雷达的距离；

步骤四．目标点迹高度的模拟，包括下述内容：通过计算出的接收模拟回波信号的相位补偿值来模拟目标的高度；

步骤五．目标点迹方位的模拟，包括下述内容：通过点迹出现时间计算出每个点迹的方位角度；

步骤六．目标点迹多普勒频率的模拟，包括下述内容：

首先根据点迹距离计算出径向速度，其次根据径向速度计算出多普勒频率，并在波形产生中做频移；

步骤七．目标点迹幅度的模拟，包括下述内容：

根据雷达回波与雷达距离的关系，利用信号处理系统控制接收前端的可控衰减器相应的衰减值来模拟目标衰减大小。

2.如权利要求1所述的基于校正网络的雷达目标模拟方法，其特征在于：所述步骤四中模拟目标的高度计算方法为：假设ε为与校正网络相连的两个组件相位差，用通过在A/D中补偿使得ε=                                               

，再令

为雷达工作状态下最大仰角的角度，当从校正网络注入模拟回波信号时就相当于目标是以角度反射的回波，通过目标点迹距雷达距离R和目标垂直面的角度来模拟高度h，如下式

，根据简单的几何关系有下列公式

，即求出第二个点迹入射到雷达站与雷达站应形成的夹角，在A/D采样后，进行相位补偿，补偿度为

，其中h₁第二点点迹的高度。

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