CN103246556A - 对空监视雷达通用性能仿真方法和构架 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及对空监视雷达通用性能仿真方法和构架，采用多条串行仿真模型通道和并行运算处理计算通道的结构，实现通用化的对空监视雷达探测性能实时仿真。串行仿真模型通道按照雷达实装信号的处理过程，将雷达所涉及的处理模型串联在一起，从而形成一个或多个雷达信号处理的仿真过程；并行的运算处理结构是在串行仿真模型通道的基础上，对目标信号、干扰信号和杂波信号处理过程分别地并行仿真运算，再对各类信号进行合成，点迹凝聚，形成并输出雷达仿真结果。而串行仿真模型通道是可重构的，其模型组成结构和参数可进行改变，可以采用已有模型，也可使用新构建模型，从而实现对空监视雷达通用性能仿真。
Description
技术领域
本发明涉及一种对空监视雷达通用性能仿真方法。
背景技术
在雷达研究应用领域，计算机建模与仿真已成为设备论证，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，空域等诸多条件制约而且节省经费，无风险。计算机仿真已经成为雷达领域中至关重要的一部分。
目前，国内外通用式雷达仿真器多基于专用的可编程雷达硬件进行设计，可实现硬件信号级别的雷达仿真，仿真性能参数可变，但硬件结构不可变，使其灵活性受到限制，且成本高。而基于计算仿真实现的动态实时通用雷达仿真技术，国外比较有代表性的是加拿大渥太华科学研究所（DREO）和澳大利亚防御科学技术组织（DSTO）联合研发的战斗机雷达仿真器（SAFIRE），它可以作为雷达抗干扰技术研发的通用型仿真实验工具，也可以进行采购研究和相关人员培训，还可以为操作人员提供模拟训练。国内针对通用雷达仿真的研究主要有基于面向对象、面向特征和数据流驱动等的通用仿真结构和方法，这些结构和方法采取的基本思路是根据雷达基本的结构组成，构建模块化系统仿真模型，各模块的仿真模型可以通用或者可以替换。雷达仿真组件模型，在数量上达到一定规模后，成为支持整个仿真模拟开的基础通用雷达仿真系统是以一周规范的形式建立、存储、管理和维护雷锋仿真组件模型及其相关资源的计算机软件系统，是仿真中的重要共享资源，是提供仿真模型可重用性的重要途径。申请号为201110460669的《一种通用的雷达仿真系统及其仿真应用方法》，就提供了一种仿真组件模型的模型数据库，用于对雷达仿真组件模型的管理、查询和重用。
对于对空监视雷达，为了适应复杂环境和目标多样性的探测需要，一般都采用了多通道处理技术。在任务计算机的控制下，雷达仿真系统在不同通道内分别地进行信号处理。不同通道的检测方式，适应于不同的环境变化，实时调整修正检测门限，使对空监视雷达探测能力随外界因素实时改变，确保合作目标回波信号通过，干扰和杂波信号被抑制。而雷达系统多种多样，功能各异。基于雷达探测能力测试和分析的考虑，对每一种雷达建立一个仿真系统是非常繁重的任务，构建出面向雷达装备实时性能仿真的通用方法，是雷达系统仿真发展方向和难点所在。当前雷达仿真领域发展比较滞后，雷达处理过程仍采样串行处理结构，很难实现雷达多通道处理的仿真。
发明内容
本发明的目的是提供一种对空监视雷达通用性能仿真方法和构架，用以解决现有技术不能进行多通道处理通用仿真的问题。
为实现上述目的，本发明的方案包括：
对空监视雷达通用性能仿真方法，步骤如下：
1），将仿真雷达待检测的空情信号输入；2），将所述空情信号送入一个以上的仿真通道，其中一个仿真通道为目标处理仿真通道；计算机并行处理各仿真通道，各仿真通道分别输出对应的原始视频信号与检测视频信号；3），将各仿真通道的原始视频信号进行数据对准并叠加形成原始视频信息，各仿真通道的检测视频信号进行数据对准并叠加形成检测视频信息，进行点迹凝聚，形成点迹输出。
所述空情信号至少包括目标空情信号。
所述空情信号还包括有源干扰空情信号和/或地、海、箔条杂波强度分布信号。
所述仿真通道还包括干扰处理仿真通道和/或杂波处理仿真通道。
所述目标处理仿真通道输出目标原始视频信号和目标检测视频信号，干扰处理仿真通道输出干扰原始视频信号和干扰检测视频信号，杂波处理仿真通道输出杂波原始视频信号和杂波检测视频信号。
对空监视雷达通用性能仿真构架，包括:输入模块：用于将仿真雷达待检测的空情信号输入；并行处理模块：用于将所述空情信号送入一个以上的仿真通道，其中一个仿真通道为目标处理仿真通道；计算机并行处理各仿真通道，各仿真通道分别输出对应的原始视频信号与检测视频信号；视频信号处理模块：用于使各仿真通道的原始视频信号进行数据对准并叠加形成原始视频信息，各仿真通道的检测视频信号进行数据对准并叠加形成检测视频信息，进行点迹凝聚，形成点迹输出。
所述空情信号至少包括目标空情信号。
所述空情信号还包括有源干扰空情信号和/或地、海、箔条杂波强度分布信号。
所述仿真通道还包括干扰处理仿真通道和/或杂波处理仿真通道。
所述目标处理仿真通道输出目标原始视频信号和目标检测视频信号，干扰处理仿真通道输出干扰原始视频信号和干扰检测视频信号，杂波处理仿真通道输出杂波原始视频信号和杂波检测视频信号。
本发明利用计算机多线程计算的优势，设计了多条串行仿真模型通道和并行运算处理计算的架构，对输入对空监视雷达的信号进行多通道并行处理，最终获得高仿真度的结果。
本发明的仿真架构，至少由一个以上的、并行处理的仿真通道构成，除了用于目标信号处理的目标处理仿真通道外，还包括干扰处理、杂波处理等仿真通道，每个仿真通道均按照实际雷达信号的处理过程将雷达所涉及的仿真模型串联在一起，从而形成一个对相应雷达信号的仿真处理过程。可以根据雷达类型方便的增加或者替换，从而使的本发明的仿真体系能够适应于各种不同的雷达类型，是一种真正的多通道对空监视雷达通用性能仿真方法。
附图说明
图1是本发明实施例的通道构架示意图；
图2是本发明实施例的基本仿真构架；
图3是本发明实施例的仿真流程图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做进一步详细的说明。
对空监视雷达通用性能仿真方法，概括来说，步骤如下：
1），将仿真雷达待检测的空情信号输入；
2），将上述空情信号送入一个以上的仿真通道，其中一个仿真通道为目标处理仿真通道；计算机并行处理各仿真通道，各仿真通道分别输出对应的原始视频信号与检测视频信号；
3），将各仿真通道的原始视频信号进行数据对准并叠加形成原始视频信息，各仿真通道的检测视频信号进行数据对准并叠加形成检测视频信息，进行点迹凝聚，形成点迹输出。
如图1、图2、图3提供了一种实施例，由计算机并行处理三个仿真通道，分别为目标、干扰、杂波仿真通道。对应的，空情信号包括目标空情信号、有源干扰空情信号，以及地、海、箔条杂波强度分布信号。目标处理仿真通道输出目标原始视频信号和目标检测视频信号，干扰处理仿真通道输出干扰原始视频信号和干扰检测视频信号，杂波处理仿真通道输出杂波原始视频信号和杂波检测视频信号。
并行运算处理计算通道将输入的目标、干扰、杂波信号分别按串行的仿真模型通道的处理顺序同步并行处理之后，计算得到检测信号和原始视频信号，提取点迹，得到雷达系统的仿真输出。该处理模式可以利用计算机多核、多线程计算的优势，根据需要实现同类处理技术、不同处理结构和不同性能参数的雷达系统仿真。本实施例适用于战术雷达，对于其他类型的雷达，可以根据雷达的特点在本实施例的基础上减少或者增加一条或多条具备特定功能的仿真通道。
图2、图3中，还包括一个与目标处理仿真通道、干扰处理仿真通道、杂波处理仿真通道不属于并行处理的一个视频信号处理通道。由于上述各通道处理过程本身所涉及的技术手段都属于现有技术，下面结合图2、图3，简要介绍各个仿真通道的处理过程。
目标处理仿真通道
仿真雷达对目标的处理过程，计算处理后目标回波的强度，形成目标原始和检测视频信号。典型处理过程是首先根据发射和接收的基本模型计算出目标回波进入雷达的强度，再根据当前选择的处理通道，进行分通道的各种模型计算处理，如慢门限CFAR检测、MTD、杂波图检测等处理，最后输出回波强度，对归一化的目标波形进行加权，形成目标原始和检测视频。
干扰处理仿真通道
仿真雷达对干扰的处理过程，计算干扰对雷达检测的影响和反干扰效果，得到干扰的剩余强度，形成干扰原始和检测视频信号。首先根据发射和接收的基本模型及雷达天线方向图和频率匹配计算出干扰进入雷达的强度，如果强度超过雷达动态范围，则结束所有处理过程，否则，进行后续处理。根据当前选择的通道进行处理，如计算慢门限CFAR检测后的干扰强度剩余、MTD检测后的干扰强度剩余、旁瓣对消的干扰强度剩余。最后根据干扰剩余强度对归一化的干扰波形进行加权，形成干扰原始和检测视频。
杂波处理仿真通道
仿真雷达对地、海等无源杂波的处理过程，计算杂波对雷达检测的影响，得到杂波的剩余强度，形成杂波原始和检测视频信号。根据雷达发射接收的基本模型和杂波的空间分布情况，计算出杂波相对于雷达的信号强度分布，仿真中按照当前天线指向，读取对应指向上的杂波距离分布，作为进入雷达的杂波强度。根据当前选择通道的模型顺序进行处理，如慢门限CFAR检测、MTD、杂波图检测等处理过程，计算其处理后的杂波剩余，最后根据杂波强度对归一化的杂波波形进行加权，形成杂波原始和检测视频。
视频信号处理通道
将各目标处理仿真通道、干扰处理仿真通道和杂波处理仿真通道处理后得到的检测视频和原始视频数据进行数据对准，并叠加形成雷达仿真输出的原始和检测视频信息，进行点迹凝聚，形成点迹输出。
本发明的方法的实现基础是按照通道结构的仿真模型的灵活组合，典型串行仿真模型通道主要包括三个系统级模型：天线发射系统模型、接收系统模型、雷达信号处理模型，系统级模型内部的子模型采用组件形式，可以实现模型重构和参数调整，典型的模型构成如下：
天线发射系统模型
天线发射系统模型由天线方向图模型组件和发射机基本模型组件组成。发射机基本模型主要用于计算保存发射机的基本工作参数，涉及参数有雷达工作模式、工作频段/频率、频率捷变方式、波形捷变方式、重复频率捷变方式、发射机带宽、发射增益、发射损耗等；天线方向图模型主要用于计算保存垂直发射方向图、水平发射方向图、垂直接收方向图、水平接收方向图、天线副瓣电平、天线损耗等。
接收系统模型
接收系统模型由接收机基本模型组件、频率匹配模型组件、STC模型组件和AGC模型组件等。接收机基本模型组件实现接收机基本信号参数的计算和保存，构成模型的参数有：接收机增益、接收机灵敏度、接收机噪声、回波信号功率、最小可检测信噪比；频率匹配模型组件主要实现干扰的频率匹配计算，涉及的参数主要有：接收机带宽和频率、干扰带宽和频率、干扰类型、干扰功率和综合信干比等；STC模型组件进行对仿真信号的STC处理计算；AGC模型组件进行对仿真信号的AGC处理计算。
信号处理模型
信号处理模型由多种模型组件构成，依据对空监视雷达技术体制，这些模型组件主要包括MTI、MTD、脉冲压缩、杂波图检测、快门限CFAR检测、慢门限CFAR检测、虚警控制图、脉宽鉴别、旁瓣对消和旁瓣匿影等，各模型组件承担各自信号处理的仿真功能，模型组件间通过串联方式实现雷达信号处理的仿真功能。
串行的仿真模型通道采用仿真模型组件构建，可以根据仿真过程中不同功能的要求，在模型组件接口标准化基础上，模型组件可选择采用功能仿真方式和工程算法信号级仿真方式，满足不同仿真粒度的需求；另外串行的仿真模型通道的设计中，仿真模型组件的继承和复用特点，使系统具有良好的可扩展性，便于适应未来雷达系统的演化和升级；通过仿真模型组件标准化接口，能够嵌入到其它装备的仿真系统。
综上所述，本发明采用多条串行仿真模型通道和并行运算处理计算通道的结构，对不同已构建模型进行组合，充分发挥计算机多线程的处理能力，实现通用化的对空监视雷达探测性能实时仿真。串行仿真模型通道按照雷达实装信号的处理过程，将雷达所涉及的处理模型串联在一起，从而形成一个或多个雷达信号处理的仿真过程；并行的运算处理结构是在串行仿真模型通道的基础上，对目标信号、干扰信号和杂波信号处理过程分别地并行仿真运算，再对各类信号进行合成，点迹凝聚，形成并输出雷达仿真结果。而串行仿真模型通道是可重构的，其模型组成结构和参数可进行改变，可以采用已有模型，也可使用新构建模型，从而实现对空监视雷达通用性能仿真。本发明的对空监视雷达通用性能仿真方法可以应用于多个仿真和试验系统中，基于该方法形成的对空监视雷达通用仿真平台可进行多种对空监视雷达在复杂环境下的高仿真度的雷达性能仿真。
Claims (10)
1.对空监视雷达通用性能仿真方法，其特征在于，步骤如下：
1），将仿真雷达待检测的空情信号输入；
2），将所述空情信号送入一个以上的仿真通道，其中一个仿真通道为目标处理仿真通道；计算机并行处理各仿真通道，各仿真通道分别输出对应的原始视频信号与检测视频信号；
3），将各仿真通道的原始视频信号进行数据对准并叠加形成原始视频信息，各仿真通道的检测视频信号进行数据对准并叠加形成检测视频信息，进行点迹凝聚，形成点迹输出。
2.根据权利要求1所述的对空监视雷达通用性能仿真方法，其特征在于，所述空情信号至少包括目标空情信号。
3.根据权利要求2所述的对空监视雷达通用性能仿真方法，其特征在于，所述空情信号还包括有源干扰空情信号和/或地、海、箔条杂波强度分布信号。
4.根据权利要求3所述的对空监视雷达通用性能仿真方法，其特征在于，所述仿真通道还包括干扰处理仿真通道和/或杂波处理仿真通道。
5.根据权利要求4所述的对空监视雷达通用性能仿真方法，其特征在于，所述目标处理仿真通道输出目标原始视频信号和目标检测视频信号，干扰处理仿真通道输出干扰原始视频信号和干扰检测视频信号，杂波处理仿真通道输出杂波原始视频信号和杂波检测视频信号。
6.对空监视雷达通用性能仿真构架，其特征在于，包括
输入模块：用于将仿真雷达待检测的空情信号输入；
并行处理模块：用于将所述空情信号送入一个以上的仿真通道，其中一个仿真通道为目标处理仿真通道；计算机并行处理各仿真通道，各仿真通道分别输出对应的原始视频信号与检测视频信号；
视频信号处理模块：用于使各仿真通道的原始视频信号进行数据对准并叠加形成原始视频信息，各仿真通道的检测视频信号进行数据对准并叠加形成检测视频信息，进行点迹凝聚，形成点迹输出。
7.根据权利要求6所述的对空监视雷达通用性能仿真构架，其特征在于，所述空情信号至少包括目标空情信号。
8.根据权利要求7所述的对空监视雷达通用性能仿真构架，其特征在于，所述空情信号还包括有源干扰空情信号和/或地、海、箔条杂波强度分布信号。
9.根据权利要求8所述的对空监视雷达通用性能仿真构架，其特征在于，所述仿真通道还包括干扰处理仿真通道和/或杂波处理仿真通道。
10.根据权利要求9所述的对空监视雷达通用性能仿真构架，其特征在于，所述目标处理仿真通道输出目标原始视频信号和目标检测视频信号，干扰处理仿真通道输出干扰原始视频信号和干扰检测视频信号，杂波处理仿真通道输出杂波原始视频信号和杂波检测视频信号。
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