CN103616671B - 一种相控阵雷达数字仿真系统及其仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种相控阵雷达数字仿真系统，属于雷达系统仿真技术领域，该仿真系统将系统框架划分为一个主体子系统即雷达工作台仿真子系统和三个辅助子系统即仿真场景控制子系统、雷达主控计算机子系统和雷达分析评估子系统，并通过添加控制字解译模块、坐标转换模块、航迹交会模块和配送回送字模块完善了雷达工作台仿真子系统的功能，从而能够模拟整个相控阵雷达系统的实时闭环仿真。本发明具有通用性好，实时性好，能够完成闭环仿真的优点，可用于现代相控阵雷达系统设计中。

Description

一种相控阵雷达数字仿真系统及其仿真方法

技术领域

本发明属于雷达系统仿真技术领域，涉及一种相控阵雷达数字仿真系统及其仿真方法。

背景技术

雷达系统仿真技术是数字仿真技术与雷达技术相结合的产物，即在数字计算机上通过模块建立雷达系统的模型，复现雷达系统处理信息的动态过程。它为雷达系统的研究、设计和验证节省了大量的时间和费用，使得雷达系统的性能得到保证，已经成为现代雷达系统设计和电子对抗研究中的关键技术。相控阵雷达是一种多功能、高性能的新型雷达系统，由于其功能复杂、模块较多，对其的仿真研究是雷达系统仿真技术一个重要分支。

相控阵雷达系统仿真技术的应用主要在两个方面：①对雷达回波信号的模拟，也可称为雷达信号模拟，这是最为普遍的一种应用，它主要为实际雷达的接收处理部分提供信号源以便进行调试和校准；②对完整的雷达系统的模拟，构成体制、参数可变的通用仿真系统，模拟相控阵雷达对多目标进行搜索和跟踪的全过程。本发明所涉及的是对完整的雷达系统的模拟，即上文提到的应用的第二方面，国内在过去的10年里在这方面开展了一定程度的研究工作，取得了一些建设性的成果。例如，李钦富等在《中国电子科学研究院学报》上发表的《相控阵雷达系统仿真模型研究》一文中运用功能仿真的方法分析和建立了相控阵雷达系统比较实用的仿真模型，主要对天线模型、热噪声功率计算模型、杂波和干扰功率计算模型、目标回波功率计算模型、误差模型、航迹管理模型、跟踪滤波模型进行仿真；给出了相控阵雷达系统仿真流程；验证了模型的有效性和可靠性。

现实的作战需求对相控阵雷达仿真技术提出了更高的要求：现代的相控阵雷达仿真系统要能够完成包括观测目标航迹的产生、雷达工作台的建模，主控计算机与雷达工作台间的信息交互，系统性能的分析评估在内的一整套闭环仿真模拟。然而，现有的成果中缺少雷达观测目标航迹的仿真，即缺少相控阵雷达作战场景的仿真；将本由雷达主控计算机完成的数据处理和调度管理作为雷达工作台的组成模块，不符合主控计算机与雷达工作台间的信息交互的现实情况；对雷达工作台的仿真因缺少目标航迹文件的读取，和航迹交会的判断等功能而无法与雷达仿真场景模型交互航迹信息。总之，现有技术未能给出明确的相控阵雷达仿真系统的系统框架和完整的雷达工作台仿真模型，最终导致无法满足整个系统实时闭环仿真的需求。

发明内容

本发明要解决的技术问题是：为了克服现有的相控阵雷达仿真系统无法完成实时闭环仿真的不足，本发明提供了一种相控阵雷达数字仿真系统和其仿真方法，该仿真系统将系统框架划分为一个主体子系统——雷达工作台仿真子系统和三个辅助子系统——仿真场景控制子系统、雷达主控计算机子系统和雷达分析评估子系统，并通过添加控制字解译模块、坐标转换模块、航迹交会模块和配送回送字模块完善了雷达工作台仿真子系统的功能，从而能够实现整个系统的实时闭环仿真。

本发明所采用的技术方案是：一种相控阵雷达数字仿真系统，采用数字仿真的方式对相控阵雷达系统进行功能级仿真，其特征是：将系统框架划分为一个主体子系统即雷达工作台仿真子系统，和三个辅助子系统即仿真场景控制子系统、雷达主控计算机子系统和雷达分析评估子系统，并通过添加控制字解译模块、坐标转换模块、航迹交会模块和配送回送字模块完善了雷达工作台仿真子系统的功能，从而能够实现整个系统的实时闭环仿真。

进一步的，组成模块详细如下：雷达工作台仿真子系统主要由雷达工作台参数初始化模块、控制字解译模块、坐标转换模块、航迹交会模块、回波生成模块、接收机和信号处理模块、装配回送字模块组成，实现多目标的目标搜索和跟踪功能并将量测数据以回送字的形式发送给雷达主控计算机子系统；仿真场景控制子系统主要由仿真参数装订模块、1类目标航迹生成模块、2类目标航迹生成模块和3类目标航迹生成模块组成，为雷达工作台仿真子系统提供输入数据；雷达主控计算机子系统主要由数据处理模块和波束调度模块组成，对回送字进行数据处理，发送控制字指令给雷达工作台仿真子系统，实现波束调度，从而完成与雷达工作台仿真子系统的信息交互；雷达分析评估子系统主要由统计测量航迹的均方根误差模块、统计滤波航迹的均方根误差模块和图形显示模块组成，对整个雷达仿真系统进行性能评估。

进一步的，各子系统之间数据传输的实现方式如下：在闭合仿真开始前，雷达工作台仿真子系统通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统获取目标的航迹文件和参数配置文件，对文件传输实时性没有要求；在闭合仿真进行中，雷达工作台仿真子系统与雷达主控计算机子系统之间，通过网络TCP/IP协议实时产生和传输回送字与控制字，对文件传输实时性要求很高；在闭合仿真结束后，雷达分析评估子系统通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统获取航迹文件，从雷达工作台仿真子系统获取回送字和控制字文件，对文件传输实时性没有要求。

另外，本发明提供一种相控阵雷达数字仿真系统的仿真方法，其实现步骤如下：

步骤1：仿真场景控制子系统为用户提供了一个设置雷达相关工作参数的界面软件，采用离线仿真工作方式，仿真参数装订模块根据用户填入的各项参数值生成数据保存为TXT文件；1类目标航迹生成模块、2类目标航迹生成模块和3类目标航迹生成模块产生航迹TXT文件；

步骤2：当仿真场景控制子系统全部文件生成完毕，开启雷达工作台仿真子系统，雷达工作台参数初始化模块读取仿真参数装订模块传输过来的TXT文件完成本子系统参数初始化，等待雷达主控计算机子系统的控制字指令，其中参数初始化包括干扰模拟模块参数、杂波模拟模块参数、雷达发射机、天线和接收机参数、雷达信号处理模块参数，当接收到控制字后，控制字解译模块对控制字进行智能化解译，根据控制字指令提供的雷达工作方式和波形信息，进入相应的后续处理流程；

步骤3：坐标转换模块根据控制字提供的系统时间检索目标航迹TXT文件，找到对应时刻的航迹信息载入程序，由于目标航迹是在WGS-84坐标系下仿真得到，控制字指令中波束指向是在阵面正弦坐标系下产生的，而雷达工作台仿真子系统整个仿真流程需要在雷达球坐标系下完成，因此需要完成航迹信息从WGS-84坐标系到雷达球坐标系的转换和波控信息从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换，这个功能由坐标转换模块完成；

步骤4：经过坐标转换后得到雷达球坐标系下的航迹信息进入航迹交会模块，航迹交会模块的子模块——天线方向图模拟子模块，根据仿真场景控制子系统提供的天线参数设置完成天线方向图的建模仿真，航迹交会模块根据仿真的天线方向图模型，将控制字解译模块输出的波束调度信息和坐标转换模块输出的航迹信息进行交会判断，在搜索状态下，目标只与雷达进行方位交会和俯仰交会，如果目标在雷达的波束照射范围内，交会到目标，在跟踪状态下，对目标进行四维交会判断，即距离交会、速度交会、方位交会和俯仰交会判断，如果交会到目标，航迹交会模块的输出结果为目标真实的距离和速度，以及天线方向图模型四个天线的辐射因子

步骤5：对于交会到的目标，要计算回波功率产生回波信号，由回波生成模块完成此功能，首先，回波生成模块的子模块——目标回波生成子模块根据航迹交会模块输出的距离、速度和天线辐射因子信息，带入雷达方程公式计算目标回波功率，根据当前工作波形产生相应目标回波采样数据，与噪声生成子模块产生的雷达热噪声数据、杂波生成子模块产生的杂波数据和干扰生成子模块产生的干扰数据一起构成了完整的回波数据；

步骤6：生成的回波数据进入接收机和信号处理模块，经过脉冲压缩子模块和脉冲积累子模块，提高了回波信号的信噪比，经过信噪比计算子模块计算得到信号处理后的信噪比，CFAR检测子模块实现了回波信号的恒虚警检测，角度测量子模块依据幅度和差单脉冲测角原理提取回波中的角度信息，误差生成子模块根据信噪比计算子模块输出的广义信噪比依据理论公式和经验公式得到测距、测角、测速误差，以此误差叠加到航迹交会模块输出的距离、速度信息和角度测量子模块输出的角度信息，即得到最终需要的量测数据；

步骤7：装配回送字模块将接收机和信号处理模块的输出数据以约定好的形式封装成回送字，使得回送字具有了检错和加密功能，封装好的回送字经通信发送模块以TCP/IP协议传输给主控计算机子系统，时序控制函数检测当前调度周期是否结束，如果结束进入步骤2，等待下一次的主控计算机控制字指令；如果未结束，进入等待状态继续检测当前调度周期是否结束；

步骤8：当本次仿真结束后，雷达工作台仿真子系统和雷达主控计算机子系统关闭后，雷达分析评估子系统开启，通过文件拷贝的方式获得仿真场景控制子系统的航迹文件和雷达工作台仿真子系统保存的控制字和回送字文件，图形化显示真实航迹、测量航迹和滤波航迹，本系统全部工作流程完毕。

本发明的原理在于：

本相控阵雷达数字仿真系统包括一个主体子系统——雷达工作台仿真子系统和三个辅助子系统——仿真场景控制子系统、雷达主控计算机子系统和雷达分析评估子系统。实时仿真之前，首先用户通过仿真场景控制子系统设置雷达工作台的参数配置，产生观测目标的航迹文件；实时仿真开始，雷达主控计算机子系统给雷达工作台仿真子系统发送控制命令，雷达工作台仿真子系统根据配置好的参数，设置本子系统各个模块的仿真模型，模拟实物相控阵雷达的工作流程处理航迹文件，得到目标的量测信息，并发送给雷达主控计算机子系统；雷达主控计算机子系统处理此次的量测信息得到预测信息，发送下一次的控制命令给雷达工作台仿真子系统，从而形成一个周而复始的实时仿真循环；当实时仿真结束后，雷达分析评估子系统处理航迹文件和整个仿真周期内的量测值文件和预测值文件，对整个系统的性能做出评估。完成从最初的目标产生到中间的实时处理再到最后的分析评估在内的一整套闭环仿真。

本发明的构成模块如下：

a）雷达工作台仿真子系统：主要由雷达工作台参数初始化模块、控制字解译模块、坐标转换模块、航迹交会模块、回波生成模块、接收机和信号处理模块、装配回送字模块组成，实现多目标搜索和跟踪功能并将量测数据以回送字的形式发送给雷达主控计算机子系统。

b）仿真场景控制子系统：主要由仿真参数装订模块、1类目标航迹生成模块、2类目标航迹生成模块和3类目标航迹生成模块组成，为雷达工作台仿真子系统提供输入数据。

c）雷达主控计算机子系统：主要有数据处理模块和波束调度模块组成，对回送字进行数据处理，发送控制字指令给雷达工作台仿真子系统，实现波束调度，从而完成与雷达工作台仿真子系统的信息交互。

d）雷达分析评估子系统：主要由统计测量航迹的均方根误差模块、统计滤波航迹的均方根误差模块和图形显示模块组成，对整个雷达仿真系统进行性能评估。

本发明各子系统之间的数据传输的实现方式如下：

a）在闭合仿真开始前，雷达工作台仿真子系统通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统获取目标的航迹文件和参数配置文件，对文件传输实时性没有要求；

b）在闭合仿真进行中，雷达工作台仿真子系统与雷达主控计算机子系统之间，通过网络TCP/IP协议实时产生和传输回送字与控制字，对文件传输实时性要求很高；

c）在闭合仿真结束后，雷达分析评估子系统通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统获取航迹文件，从雷达工作台仿真子系统获取回送字和控制字文件，对文件传输实时性没有要求。

本发明与现有技术相比的优点在于：本相控阵雷达数字仿真系统具有通用性好，实时性好，能够完成闭环仿真的优点。

（1）、通用性好：本发明能够仿真多种体制和参数设置情况下的相控阵雷达系统工作情况，具体而言：本发明可以仿真相控阵雷达的搜索和跟踪多任务工作方式；能够处理多目标和团目标；可以适应单频脉冲串、线性调频信号、步进频信号、相位编码信号等多种发射波形；雷达工作台中各种模型参数可由用户自行设定。

（2）、实时性好：通过合理规划系统框架——将目标航迹的生成划归仿真场景控制子系统和对信号处理中耗时严重的处理过程进行功能级简化，保证了雷达工作台产生量测数据并与主控计算机间实现信息交互的过程处于毫秒级的仿真时间内。

（3）、能够完成闭环仿真：本发明能够完成包括观测目标航迹的产生、雷达工作台的建模，主控计算机与雷达工作台间的信息交互，系统性能的分析评估在内的一整套闭环仿真模拟。

附图说明

下面结合附图对本发明进一步说明。

图1为本相控阵雷达数字仿真系统各子系统之间数据交互和传输方式示意图；

图2为雷达工作台仿真子系统工作流程；

图3为坐标转换模块中各坐标系转换示意图；其中a为WGS-84坐标系，b为雷达球坐标系，c为阵面坐标系与雷达坐标系之间的转换，d为雷达阵面正弦坐标系。

图4为四馈源天线的空间排布及仿真；左上角图为四馈源天线的空间排布，右下角图为四馈源天线的MATLAB仿真图。

图5为角度测量模块原理图；其中a为单脉冲测角的空间示意图，b为俯仰角测量的平面示意图，c为方位角测量的平面示意图。

具体实施方式

下面结合附图以及具体实施例进一步说明本发明。

如图1、2所示，一种相控阵雷达数字仿真系统，采用数字仿真的方式对相控阵雷达系统进行功能级仿真，将系统框架划分为一个主体子系统即雷达工作台仿真子系统1，和三个辅助子系统即仿真场景控制子系统2、雷达主控计算机子系统3和雷达分析评估子系统4，并通过添加控制字解译模块6、坐标转换模块7、航迹交会模块8和配送回送字模块22完善了雷达工作台仿真的功能，从而能够实现整个系统的实时闭环仿真。

组成模块如下：雷达工作台仿真子系统1主要由雷达工作台参数初始化模块5、控制字解译模块6、坐标转换模块7、航迹交会模块8、回波生成模块10、接收机和信号处理模块15、装配回送字模块22组成，实现多目标的目标搜索和跟踪功能并将量测数据以回送字的形式发送给雷达主控计算机子系统3；仿真场景控制子系统2主要由仿真参数装订模块25、1类目标航迹生成模块26、2类目标航迹生成模块27和3类目标航迹生成模块28组成，为雷达工作台仿真子系统1提供输入数据；雷达主控计算机子系统3主要由数据处理模块29和波束调度模块30组成，对回送字进行数据处理，发送控制字指令给雷达工作台仿真子系统1，实现波束调度，从而完成与雷达工作台仿真子系统1的信息交互；雷达分析评估子系统4主要由统计测量航迹的均方根误差模块31、统计滤波航迹的均方根误差模块32和图形显示模块33组成，对整个雷达仿真系统进行性能评估。

各子系统之间数据传输的实现方式如下：在闭合仿真开始前，雷达工作台仿真子系统1通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统2获取目标的航迹文件和参数配置文件，对文件传输实时性没有要求；在闭合仿真进行中，雷达工作台仿真子系统1与雷达主控计算机子系统3之间，通过网络TCP/IP协议实时产生和传输回送字与控制字，对文件传输实时性要求很高；在闭合仿真结束后，雷达分析评估子系统4通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统2获取航迹文件，从雷达工作台仿真子系统1获取回送字和控制字文件，对文件传输实时性没有要求。

本发明的工作流程如下：

步骤1：仿真场景控制子系统2为用户提供了一个设置雷达相关工作参数的界面软件，采用离线仿真工作方式，仿真参数装订模块25根据用户填入的各项参数值生成数据保存为TXT文件；1类目标航迹生成模块26、2类目标航迹生成模块27和3类目标航迹生成模块28产生航迹TXT文件。

步骤2：当仿真场景控制子系统2全部文件生成完毕，开启雷达工作台仿真子系统1，雷达工作台参数初始化模块5读取仿真参数装订模块25传输过来的TXT文件完成本子系统参数初始化，等待雷达主控计算机子系统3的控制字指令，其中参数初始化包括干扰模拟模块参数、杂波模拟模块参数、雷达发射机、天线和接收机参数、雷达信号处理模块参数，当接收到控制字后，控制字解译模块6对控制字进行智能化解译，根据控制字指令提供的雷达工作方式和波形信息，进入相应的后续处理流程。

步骤3：坐标转换模块7根据控制字提供的系统时间检索目标航迹TXT文件，找到对应时刻的航迹信息载入程序，由于目标航迹是在WGS-84坐标系下仿真得到，控制字指令中波束指向是在阵面正弦坐标系下产生的，而雷达工作台仿真子系统整个仿真流程需要在雷达球坐标系下完成，因此需要完成航迹信息从WGS-84坐标系到雷达球坐标系的转换和波控信息从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换，这个功能由坐标转换模块7完成。

步骤4：经过坐标转换后得到雷达球坐标系下的航迹信息进入航迹交会模块8，航迹交会模块8的子模块——天线方向图模拟子模块9，根据仿真场景控制子系统提供的天线参数设置完成天线方向图的建模仿真，航迹交会模块8根据仿真的天线方向图模型，将控制字解译模块6输出的波束调度信息和坐标转换模块7输出的航迹信息进行交会判断，在搜索状态下，目标只与雷达进行方位交会和俯仰交会，如果目标在雷达的波束照射范围内，交会到目标，在跟踪状态下，对目标进行四维交会判断，即距离交会、速度交会、方位交会和俯仰交会判断，如果交会到目标，航迹交会模块8的输出结果为目标真实的距离和速度，以及天线方向图模型四个天线的辐射因子

步骤5：对于交会到的目标，要计算回波功率产生回波信号，由回波生成模块10完成此功能，首先，回波生成模块10的子模块——目标回波生成子模块11根据航迹交会模块输出的距离、速度和天线辐射因子等信息，带入雷达方程公式计算目标回波功率，根据当前工作波形产生相应目标回波采样数据，与噪声生成子模块12产生的雷达热噪声数据、杂波生成子模块13产生的杂波数据和干扰生成子模块14产生的干扰数据一起构成了完整的回波数据。

步骤6：生成的回波数据进入接收机和信号处理模块15，经过脉冲压缩子模块16和脉冲积累子模块17，提高了回波信号的信噪比，经过信噪比计算子模块18计算得到信号处理后的信噪比，CFAR检测子模块19实现了回波信号的恒虚警检测，角度测量子模块20依据幅度和差单脉冲测角原理提取回波中的角度信息，误差生成子模块21根据信噪比计算子模块输出的广义信噪比依据理论公式和经验公式得到测距、测角、测速误差，以此误差叠加到航迹交会模块8输出的距离、速度信息和角度测量子模块20输出的角度信息，即得到最终需要的量测数据。

步骤7：装配回送字模块22将接收机和信号处理模块15的输出数据以约定好的形式封装成回送字，使得回送字具有了检错和加密功能，封装好的回送字经通信发送模块23以TCP/IP协议传输给主控计算机子系统3，时序控制函数检测当前调度周期是否结束，如果结束进入步骤2，等待下一次的主控计算机控制字指令；如果未结束，进入等待状态继续检测当前调度周期是否结束。

步骤8：当本次仿真结束后，雷达工作台仿真子系统1和雷达主控计算机子系统3关闭后，雷达分析评估子系统4开启，通过文件拷贝的方式获得仿真场景控制子系统2的航迹文件和雷达工作台仿真子系统1保存的控制字和回送字文件，图形化显示真实航迹、测量航迹和滤波航迹，本系统全部工作流程完毕。

下面对雷达工作台仿真子系统中重要模块的实施方式具体说明：

■坐标转换模块7的实施方式

本发明采用读取离线参数配置文件和航迹文件的工作方式，由于目标航迹是在WGS-84坐标系下仿真得到，控制字指令中波束指向是在阵面正弦坐标系下产生的，而雷达工作台仿真子系统整个仿真流程需要在雷达球坐标系下完成，因此需要完成航迹信息从WGS-84坐标系到雷达球坐标系的转换和波控信息从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换，这个功能由坐标转换模块7完成。

从WGS-84坐标系到雷达直角坐标系的转换：

如图3（a）所示，设雷达站址在WGS-84地心地固坐标系中的地面点坐标为(B,L,H)，其中B是纬度，L是经度，H是海拔高度。则设雷达站址在WGS-84地心地固坐标系中的空间点坐标为：

$X_{\mathrm{radar}}=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Ex}\\ \mathrm{Ey}\\ \mathrm{Ez}\end{array}\right]=\left[\begin{array}{c}(\mathrm{rew}+H)\cos \left(B\right)\cos \left(L\right)\\ (\mathrm{rew}+H)\cos \left(B\right)\sin \left(L\right)\\ [\mathrm{rew}(1-e^2)+H]\sin \left(B\right)\end{array}\right]$

观测目标在WGS-84地心地固坐标系中的空间坐标为 $X_{t\arg \mathrm{et}}=\left[\begin{array}{c}\mathrm{Ex}\\ \mathrm{Ey}\\ \mathrm{Ez}\end{array}\right],$ 在雷达直角坐标系中的坐标为X_NUE，则由WGS-84坐标系到雷达直角坐标系的转换模型为：X_NUE＝W[X_target-X_radar]，其中 $W=\left[\begin{array}{ccc}-\cos \left(L\right)\sin \left(B\right)& \sin \left(L\right)\sin \left(B\right)& \cos \left(B\right)\\ \cos \left(L\right)\cos \left(B\right)& \sin \left(L\right)\cos \left(B\right)& \sin \left(B\right)\\ -\sin \left(L\right)& \cos \left(L\right)& 0\end{array}\right].$

根据上述公式求出目标在雷达直角坐标系下的空间坐标 $\left[\begin{array}{c}X\\ Y\\ Z\end{array}\right],$ 再从雷达直角坐标系转换到雷达球坐标系下，即完成了航迹文件数据的坐标变换。

从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换：

设空间一点M在雷达球坐标系中坐标为(R,E,Az)，其中R为斜距，E为俯仰角，Az为方位角；在阵面正弦坐标系中的坐标为(α,β)。如图3（c）所示，阵面法线与正北夹角为Nt（顺时针为正），阵面法线与水平投影夹角为T。

则，从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换公式为：

$\left\{\begin{array}{c}E=\arcsin (\mathrm{\β}\cos T+\sqrt{1-{\mathrm{\α}}^2-{\mathrm{\β}}^2}\sin T)\\ \mathrm{Az}=\mathrm{Nt}+\arctan \left(\frac{-\mathrm{\α}}{\sqrt{1-{\mathrm{\α}}^2-{\mathrm{\β}}^2}\cos T-\mathrm{\β}\sin T}\right)\end{array}\right.$

根据上述公式完成控制字指令中波束调度信息从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换。完成了航迹文件和波束调度信息的坐标转换后，所有输入信息全部统一于雷达球坐标系下，以后的处理流程都在雷达球坐标系下进行。

■航迹交会模块8的实施方式

航迹交会模块8的主要功能是根据给定的雷达参数和目标航迹信息，在雷达球坐标系下实时判断目标与雷达作用范围的交会，并计算交会目标的天线方向图增益。最终的输出参数包括目标与雷达作用范围交会结果（距离，速度）以及目标所在方向上的四个馈源天线辐射强度。

目标与雷达作用范围的交会要根据雷达主控计算机子系统给出的控制字指定的雷达的工作状态，进行相应的交会判断。分为两种：搜索状态和跟踪状态。

在搜索状态下，目标只与雷达的作用角度（方位和俯仰）范围进行交会判断，如果目标在雷达的波束照射范围内，就输出目标真实的运动信息（包括距离，速度）。在本发明中，如果目标航迹的方位角、俯仰角偏离雷达主波束所照射的方位角、俯仰角均小于1.5个波束宽度，则认为目标落在雷达的波束照射范围内。其中雷达主波束照射的方位角和俯仰角即调度信息经坐标转换后的输出结果。

在跟踪状态下，对目标进行四维交会判断，即距离交会，速度交会，方位交会和俯仰交会判断。方位交会和俯仰交会与搜索状态下相同；距离交会是通过判断目标是否落在控制字给出的距离波门内进行的，计算目标相对距离波门中心的距离差△R，如果△R小于控制字给出的距离波门宽度，则认为距离交会成功，否则距离交会不成功；同样的，速度交会通过判断目标是否落在控制字给出的速度波门内来实现，计算目标运动速度相对于速度波门中心的绝对值ΔV,如果ΔV小于控制字给出的速度波门宽度，则认为速度交会成功，否则速度交会不成功。如果方位交会、俯仰交会、距离交会和速度交会全部成功，则认为目标落在交会范围内，即成功交会，输出目标真实的运动信息（包括距离，速度）；否则交会失败，目标跟踪失败。

当目标在相应状态下完成交会判断后，还需要完成相控阵天线的模拟建模，计算得到四个馈源天线的辐射强度。目的是为角度测量提供输入数据，进而完成目标的角度（方位、俯仰）解算。这个功能由天线方向图模拟子模块9完成。

天线方向图反映了在目标方向上天线孔径的电磁场辐射强度。现代相控阵雷达采用阵列天线，由许多辐射单元排布成阵列组成，方向图取决于每个单元上的电流分布，改变电流分布就能够改变天线的方向图和波束指向。但是阵列天线方向图过于复杂，不利于工程建模应用，本发明在设计中采用二维高斯函数拟合天线方向图，其数学表达式为：

其中，和θ分别为目标偏离天线指向(即和波束最大值方向)的方位角和俯仰角，和θ₀分别为波束指向的方位角和俯仰角，和Δθ_0.5分别为波束在方位向和俯仰向的波束宽度。仿真中取天线方向图系数α＝ln4。

本发明在设计中采用可测量二维角度的四馈源天线，四个子天线波束的空间排布如图4左上角，原点O为天线馈源所在位置，天线指向(即和波束最大值方向)沿Y轴正向，X轴为方位向，Y轴为距离向，Z轴为俯仰向。图4给出了仿真得到的天线波束空间示意图，其数学表达式分别为：

从图4可以看出本发明建立的二维高斯函数拟合天线方向图能够很好的拟合相控阵天线方向图。根据上述公式可以计算出四个馈源天线的辐射强度

■回波生成模块10的实施方式

回波生成模块10的输入是航迹交会模块8的输出数据（目标真实的运动信息），根据雷达方程计算目标回波功率，产生初步的回波信号，再与噪声序列、杂波序列和干扰序列相加后，得到完整的回波信号。回波生成模块10由目标回波生成子模块11、噪声生成子模块12、杂波生成子模块13和干扰生成子模块14组成。

目标回波生成子模块11利用雷达方程计算目标回波的功率，如下：

$P_r=\frac{P_t{G}_t{G}_r{\mathrm{\λ}}^2\mathrm{\σ}}{{\left(4\mathrm{\π}\right)}^3{R}^4{L}_s}$

其中，P_r为目标回波功率，P_t为发射功率，G_t为发射天线增益，G_r为接收天线增益，λ为载波波长，σ为RCS(目标散射截面积)，π为圆周率，R为目标距离雷达的径向距离，L_s为等效损耗。

当相控阵雷达工作在拦截弹搜索跟踪模式时，因采用应答式的工作方式，我们可以通过信标方程得到回波信号的功率：

$J=\frac{P_j{G}_j{G}_r{\mathrm{\λ}}^2}{{\left(4\mathrm{\πR}\right)}^2{L}_s}$

其中，J为目标回波功率，P_j为发射功率，G_j为发射天线增益，G_r为接收天线增益，λ为载波波长，π为圆周率，R为目标距离雷达的径向距离，L_s为等效损耗。

对目标回波的幅度、延迟及多普勒频移进行调制，形成目标回波信号。由简单的点目标返回的回波，将正确地复制发射信号。但位移与距离延迟量相应的一段时间，频率上变化了由于目标径向速度所引起的多普勒频移，并且按照雷达目标情况的几何关系在幅度上有所变化。设发射信号为S(t)，则目标回波信号：

$S_r\left(t\right)=A\×\mathrm{\σ}\×S(t-t_r)\×e^{-j2\mathrm{\π}{f}_{d}t}$

其中，A为目标回波幅度：P_r为回波功率，r为接收机阻抗；σ为目标散射截面积；f_d为目标多普勒频移f_d＝2V/λ，V为目标径向速度；t_r为目标回波信号滞后发射信号的时间t_r＝2R/c，R为目标距离雷达径向距离。

噪声生成子模块12的实施方式：按照用户输入的系统等效噪声温度T₀、系统的噪声带宽B_N和噪声系数F_N等参数产生相应的热噪声，产生噪声序列。本模块输出为噪声功率和噪声序列。

接收机噪声功率为：P_N＝k×T₀×B_N×F_N，其中是P_N接收机热噪声功率,k是Boltzmann常数,T₀是系统的等效噪声温度，B_N是系统的噪声带宽，F_N是噪声系数。噪声序列可以由均值为0，方差为P_N的高斯白噪声序列产生。这里的噪声采用的是瑞利噪声，在噪声方差为σ²的情况下，它可以由均值为0，方差为σ²的两个相互独立的高斯随机序列n_G1和n_G2得到 $n_R=\sqrt{n_{G1}^2+n_{G2}^2}.$

雷达接收机噪声的信号仿真离散数学模型为n_R＝n_G1-jn_G2。

$\left\{\begin{array}{c}{n}_{G1}\left(t\right)=\mathrm{\σ}\sqrt{-2\ln \left[{\mathrm{\μ}}_1\left(t\right)\right]}\cos \left[2\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_2\left(t\right)\right]\\ n_{G2}\left(t\right)=\mathrm{\σ}\sqrt{-2\ln \left[{\mathrm{\μ}}_1\left(t\right)\right]}\sin \left[2\mathrm{\π}{\mathrm{\μ}}_2\left(t\right)\right]\end{array}\right.$

其中μ₁(t)和μ₂(t)是相互独立的服从(0,1)均匀分布随机序列。

■接收机和信号处理模块15的实施方式

针对搜索和跟踪两种工作状态，接收机和信号处理模块15进行不同的处理流程，搜索状态下模块输出为此波束照射范围内目标有无的判断以及有目标时的目标径向距离、速度；跟踪状态下模块输出为波门范围内跟踪成功与否的判断以及目标径向距离、角度和速度。

雷达首先处于搜索阶段，波束按照预定顺序（默认为从下到上、从左向右）在一定的空间内进行搜索，接收机和信号处理模块15利用回波生成模块10输出的目标回波功率，噪声功率、杂波功率和干扰功率和回波信号序列，计算得到SNR（信噪比）、SCR（信杂比）、SJR（信干比），进而计算广义信噪比，并在目标出现的位置进行CFAR检测处理。之后，将广义SNR送入误差生成子模块，产生测距、测角误差的估计值，将测角、测距误差估计值与角度和距离真实值相加即可得到目标位置的测量信息。

转入跟踪状态需要确定目标的速度和位置信息，通过采集新数据并结合已有数据从而保持跟踪状态。跟踪处理过程要输入天线的角度、速度、距离交会结果，根据雷达方程，利用信号功率、接收机热噪声的功率、不同类型杂波的功率、不同类型干扰的功率，将计算得到的SNR（信噪比）、SCR（信杂比）、SJR（信干比）送入误差生成子模块，产生测角、测速、测距误差的估计值，各误差估计值与真实值相加可得到目标的测量位置与速度信息。

在上述过程中，接收机和信号处理模块15根据相控阵雷达工作的不同模式，对中频接收信号进行相应的处理（如：脉冲压缩、脉冲积累、信噪比计算、CFAR检测、角度测量、误差生成），分别由相应子模块完成：脉冲压缩子模块16完成匹配滤波和脉冲压缩增益计算的功能；脉冲积累子模块17完成脉冲积累增益计算的功能；信噪比计算子模块18计算经脉冲压缩和脉冲积累后的SNR(信噪比)、SCR（信杂比）和SJR（信干比）；CFAR检测子模块19完成恒虚警检测的功能；角度测量子模块20利用航迹交会模块输出的四个馈源天线的辐射强度测量目标的方位角和俯仰角；误差生成子模块21按照广义信噪比与测量误差之间的关系得到相应的测量误差；这些子模块的有机组合共同完成了接收机和信号处理模块15的功能。

下面详细介绍接收机和信号处理模块15中各个子模块的具体实施方式:

■脉冲压缩子模块16

脉冲压缩子模块16是本雷达多波形工作的关键。本雷达支持单频脉冲、单频脉冲串、线性调频信号、步进频信号、相位编码信号，脉冲压缩子模块16需要完成线性调频信号（LFM）、相位编码信号（PCM）和步进频率脉冲信号（SFW）的脉压增益计算。

对线性调频信号(LFM)的脉冲压缩，对于脉冲宽度τ回波信号经过脉冲压缩匹配滤波器，形成带宽为B的压缩脉冲，得到的脉冲压缩增益为：G_p＝B×τ

公式中,G_p为脉冲压缩增益，B为信号带宽，τ为脉冲宽度。

对相位编码信号（PCM）的脉冲压缩，其脉冲压缩增益为G_p＝B×T＝N×t_p×1/t_p＝N。公式中，G_P为脉冲压缩增益，B为信号带宽，T为脉冲宽度，t_P为子脉冲宽度，N为码长。

对步进频率脉冲信号（SFW）的脉冲压缩，其脉冲压缩增益为G_p＝N²，N为子脉冲个数。

■脉冲积累子模块17

雷达对多个脉冲的检测结果求和，称为脉冲积累。积累可以改善信噪比SNR。如果脉冲积累是在检波之前完成的，此时考虑了信号的相位关系，称为相参积累。反之，如果积累是在包络检波后完成，由于一般未考虑相位的影响，称为非相参积累。

相参积累增益G_a＝n，n为积累脉冲个数。当对n个脉冲做非相参积累时，信噪比的改善将小于n倍，Peebles给出的非相参积累改善经验公式：

$G_a=6.79(1+0.235P_d)(1-\frac{1g{P}_f}{46.6})1\mathrm{gn}\×(1-0.14\×1\mathrm{gn}+0.01831\×1g^{2}n)$

公式中，P_d为检测概率，P_fa为虚警概率。注意其结果用分贝数表示。

■信噪比计算子模块18

在本发明的信噪比计算子模块18，采用等效信噪比模型进行仿真，即不进行实际的信号处理，而是根据雷达不同工作状态时所对应的信号处理，计算该处理能够得到的处理增益，将该增益累加到中频接收机接收到的信号的信噪比中，从而得到接收信号经过信号处理后的信噪比。其中P_Target是回波生成模块10计算得出的目标回波功率，P_Noise为回波生成模块10计算得出的等效噪声功率，G_a为脉冲压缩模块16计算得出的脉压增益G_p为脉冲积累模块17计算得出的积累增益。利用之前模块的计算结果可以很容易的计算出SNR（信噪比）。利用将SNR（信噪比）、SCR（信杂比）、SJR（信干比）叠加折算为SNR'（广义信噪比）,计算公式为：

$\mathrm{SN}{R}^{\′}=\frac{\mathrm{SNR}\·\mathrm{SCR}\·\mathrm{SJR}}{\mathrm{SNR}\·\mathrm{SCR}+\mathrm{SNR}\·\mathrm{SJR}+\mathrm{SCR}\·\mathrm{SJR}}$

■CFAR检测子模块19

搜索状态下需要进行CFAR（恒虚警）检测，Albersheim给出了信噪比SNR、检测概率P_d和虚警概率P_fa之间的经验公式，即SNR＝A+0.12AB+1.7B。式中，A＝ln(0.62/P_fa),B＝ln[P_d/(1-P_d)]；其中，SNR的数值为线性值而不是dB数，ln为自然对数。根据这个经验公式，利用信噪比计算模块18得到的广义信噪比值SNR'和用户设置的虚警概率P_fa，可以求得目标的检测概率P_d。

■角度测量子模块20

角度测量子模块20采用幅度和差单脉冲法，得到目标的方位差（相对于天线指向）和俯仰差（相对于天线指向）。要进行角度测量，首先要计算得到和波束、方位差波束和俯仰差波束的功率

其中，为航迹交会模块输出的四个天线辐射强度因子，P_总是回波生成模块输出的回波总功率。根据以上公式计算得到和波束、方位差波束和俯仰差波束的功率

根据单脉冲相位和差测角数学公式：

$\mathrm{\Δ\θ}=\frac{\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{0.5}}{2\mathrm{\α}}\ln \frac{1-\mathrm{\Δ}{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\θ}}}{1+\mathrm{\Δ}{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\θ}}},\mathrm{\Δ}{\mathrm{\μ}}_{\mathrm{\θ}}=\frac{S_{\mathrm{\Σ}}}{S_{\mathrm{\Δ\θ}}}$

其中，和Δθ分别为目标偏离天线指向(即和波束最大值方向)的方位角和俯仰角，和Δθ_0.5分别为波束在方位向和俯仰向的波束宽度，天线方向图系数α＝ln4。根据上述公式可求出目标偏离天线指向的方位角和俯仰角Δθ，再分别与天线指向的方位角和俯仰角θ₀相加，可得到目标在雷达球坐标系中方位角的量测值和俯仰角的量测值θ。即

■误差生成子模块21

误差生成子模块21按照广义信噪比与测量误差之间的关系得到相应的测量误差，测量误差类型包括：接收机噪声、目标噪声（起伏、距离噪声、角度噪声、速度噪声）、测量方法代入误差（量化误差等）、系统偏差等。其中接收机噪声、目标噪声、测量方法误差属于随机误差，系统偏差为固定值。

随机误差产生的原理：

根据SNR'（广义信噪比）与雷达测距误差间的经验公式，在本系统设定的噪声、杂波和干扰的环境下，雷达测距误差的均方值为：

$\mathrm{\Δ}{R}_{\mathrm{SN}{R}^{\′}}=\frac{c}{2\·\mathrm{\β}\sqrt{2\·\mathrm{SN}{R}^{\′}}}$

其中，β为回波信号带宽，c为光速。

根据SNR'（广义信噪比）与雷达测角误差间的经验公式，在本系统设定的噪声、杂波和干扰的环境下，雷达测角误差的均方值为：

$\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{\mathrm{SN}{R}^{\′}}=\frac{0.51}{\sqrt{\mathrm{SN}{R}^{\′}}}\mathrm{\Δ}{\mathrm{\θ}}_{1/2}$

其中，Δθ_1/2为半功率波束宽度。

根据SNR'（广义信噪比）与雷达测速误差间的经验公式，在本系统设定的噪声、杂波和干扰的环境下，雷达测速误差的均方值为：

$\mathrm{\Δ}{V}_{\mathrm{SN}{R}^{\′}}=\frac{\mathrm{\λ}}{2\·\mathrm{\α}\·\sqrt{2\·\mathrm{SN}{R}^{\′}}}$

其中，α为回波信号等效持续时间，λ为回波信号载波波长。

系统偏差产生原理：

系统偏差包括大气折射误差、多径效应误差、角闪烁误差、距离闪烁误差。以下误差的产生原理均为经验公式推导。

大气折射误差会对径向距离测量和俯仰角测量产生影响，大气折射测距误差ΔR和大气折射俯仰角测量误差Δθ为：

$\mathrm{\ΔR}=0.0072N_s\cos {\mathrm{\θ}}_0\frac{h+0.00033h^2}{h+0.00033h^2+15\×{10}^3}\left(m\right)$

$\mathrm{\Δ\θ}\≈N_s\cot {\mathrm{\θ}}_0\frac{h\×{10}^{-6}}{h+11\×{10}^3}\left(\mathrm{rad}\right)$

其中，h为目标距离地球表面的高度，θ₀是天线波束指向的俯仰角，Ns为表面折射率一般在300～500之间。

多径效应误差会对径向距离测量产生影响，多径效应测距误差为：

$\mathrm{\ΔR}=2h\frac{{\mathrm{\ρ}}^2+\mathrm{\ρ}\cos \mathrm{\φ}}{1+{\mathrm{\ρ}}^2+2\mathrm{\ρ}\cos \mathrm{\φ}}\left(m\right)$

其中h为目标距离地球表面的高度，ρ为表面反射系数，φ为直接由反射信号路径的几何关系所决定的相对相位。

角闪烁误差会对方位角测量和俯仰角测量产生影响，角闪烁方位角误差和角闪烁俯仰角误差Δθ为：

$\mathrm{\Δ\θ}=(0.2~0.35)\×\frac{L_{\mathrm{\θ}}}{R}$

其中，为目标在方位向上的尺寸，L_θ为目标在俯仰向上的尺寸。

距离闪烁误差会对径向距离测量差生影响，距离闪烁误差为：

ΔR＝(0.2～0.35)×L_r

其中，L_r为目标在距离径向上的尺寸。

■装配回送字模块22的实施方式

装配回送字模块22的功能是将各个模块有用的输出结果整合相加后，得到检测到的目标数，目标径向距离、方位角、俯仰角和径向速度的量测值，以及目标的回波强度和等效噪声强度等信息，并将这些信息以约定好的格式封装成回送字，经通信发送模块23传输给雷达主控计算机子系统3。

具体功能实现：检测到的目标数来自CFAR检测子模块19的输出结果；目标径向距离量测值为航迹交会模块8输出的目标径向距离真实值加上误差生成子模块21输出的径向距离误差值；目标方位角量测值为角度测量子模块20输出的目标方位角真实值加上误差生成子模块21输出的方位角误差值；目标俯仰角量测值为角度测量子模块20输出的目标俯仰角真实值加上误差生成子模块21输出的俯仰角误差值；目标径向速度的量测值为航迹交会模块8输出的目标径向速度真实值加上误差生成子模块21的径向速度误差值；目标的回波强度和等效噪声强度来自回波生成模块8的输出结果。

根据本发明的技术方案在数字计算机平台上利用C/C++语言开发出的本相控阵雷达数字仿真系统能够模拟整个相控阵雷达系统的实时闭环仿真，具有通用性好、实时性好、能够完成闭环仿真的优点，可用于现代相控阵雷达系统设计和电子对抗研究中。

Claims (2)

1.一种相控阵雷达数字仿真系统，采用数字仿真的方式对相控阵雷达系统进行功能级仿真，其特征是：将系统框架划分为一个主体子系统即雷达工作台仿真子系统(1)，和三个辅助子系统即仿真场景控制子系统(2)、雷达主控计算机子系统(3)和雷达分析评估子系统(4)，并通过添加控制字解译模块(6)、坐标转换模块(7)、航迹交会模块(8)和装配回送字模块(22)完善了雷达工作台仿真子系统的功能，从而能够实现整个系统的实时闭环仿真；

组成模块详细如下：雷达工作台仿真子系统(1)主要由雷达工作台参数初始化模块(5)、控制字解译模块(6)、坐标转换模块(7)、航迹交会模块(8)、回波生成模块(10)、接收机和信号处理模块(15)、装配回送字模块(22)组成，实现多目标的目标搜索和跟踪功能并将量测数据以回送字的形式发送给雷达主控计算机子系统(3)；仿真场景控制子系统(2)主要由仿真参数装订模块(25)、1类目标航迹生成模块(26)、2类目标航迹生成模块(27)和3类目标航迹生成模块(28)组成，为雷达工作台仿真子系统(1)提供输入数据；雷达主控计算机子系统(3)主要由数据处理模块(29)和波束调度模块(30)组成，对回送字进行数据处理，发送控制字指令给雷达工作台仿真子系统(1)，实现波束调度，从而完成与雷达工作台仿真子系统(1)的信息交互；雷达分析评估子系统(4)主要由统计测量航迹的均方根误差模块(31)、统计滤波航迹的均方根误差模块(32)和图形显示模块(33)组成，对整个雷达仿真系统进行性能评估；

各子系统之间数据传输的实现方式如下：在闭合仿真开始前，雷达工作台仿真子系统(1)通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统(2)获取目标的航迹文件和参数配置文件，对文件传输实时性没有要求；在闭合仿真进行中，雷达工作台仿真子系统(1)与雷达主控计算机子系统(3)之间，通过网络TCP/IP协议实时产生和传输回送字与控制字，对文件传输实时性要求很高；在闭合仿真结束后，雷达分析评估子系统(4)通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统(2)获取航迹文件，从雷达工作台仿真子系统(1)获取回送字和控制字文件，对文件传输实时性没有要求。

2.一种相控阵雷达数字仿真系统的仿真方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1：仿真场景控制子系统(2)为用户提供了一个设置雷达相关工作参数的界面软件，采用离线仿真工作方式，仿真参数装订模块(25)根据用户填入的各项参数值生成数据保存为TXT文件；1类目标航迹生成模块(26)、2类目标航迹生成模块(27)和3类目标航迹生成模块(28)产生航迹TXT文件；

步骤2：当仿真场景控制子系统(2)全部文件生成完毕，开启雷达工作台仿真子系统(1)，雷达工作台参数初始化模块(5)读取仿真参数装订模块(25)传输过来的TXT文件完成本子系统参数初始化，等待雷达主控计算机子系统(3)的控制字指令，其中参数初始化包括干扰模拟模块参数、杂波模拟模块参数、雷达发射机、天线和接收机参数、雷达信号处理模块参数，当接收到控制字后，控制字解译模块(6)对控制字进行智能化解译，根据控制字指令提供的雷达工作方式和波形信息，进入相应的后续处理流程；

步骤3：坐标转换模块(7)根据控制字提供的系统时间检索目标航迹TXT文件，找到对应时刻的航迹信息载入程序，由于目标航迹是在WGS-84坐标系下仿真得到，控制字指令中波束指向是在阵面正弦坐标系下产生的，而雷达工作台仿真子系统整个仿真流程需要在雷达球坐标系下完成，因此需要完成航迹信息从WGS-84坐标系到雷达球坐标系的转换和波控信息从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换，这个功能由坐标转换模块(7)完成；

步骤4：经过坐标转换后得到雷达球坐标系下的航迹信息进入航迹交会模块(8)，航迹交会模块(8)的子模块——天线方向图模拟子模块(9)，根据仿真场景控制子系统提供的天线参数设置完成天线方向图的建模仿真，航迹交会模块(8)根据仿真的天线方向图模型，将控制字解译模块(6)输出的波束调度信息和坐标转换模块(7)输出的航迹信息进行交会判断，在搜索状态下，目标只与雷达进行方位交会和俯仰交会，如果目标在雷达的波束照射范围内，交会到目标，在跟踪状态下，对目标进行四维交会判断，即距离交会、速度交会、方位交会和俯仰交会判断，如果交会到目标，航迹交会模块(8)的输出结果为目标真实的距离和速度，以及天线方向图模型四个天线的辐射因子

其中，和θ分别为目标偏离天线指向的方位角和俯仰角；和Δθ_0.5分别为波束在方位向和俯仰向的波束宽度，天线方向图系数α＝ln4；

步骤5：对于交会到的目标，要计算回波功率产生回波信号，由回波生成模块(10)完成此功能，首先，回波生成模块(10)的子模块——目标回波生成子模块(11)根据航迹交会模块输出的距离、速度和天线辐射因子信息，带入雷达方程公式计算目标回波功率，根据当前工作波形产生相应目标回波采样数据，与噪声生成子模块(12)产生的雷达热噪声数据、杂波生成子模块(13)产生的杂波数据和干扰生成子模块(14)产生的干扰数据一起构成了完整的回波数据；

步骤6：生成的回波数据进入接收机和信号处理模块(15)，经过脉冲压缩子模块(16)和脉冲积累子模块(17)，提高了回波信号的信噪比，经过信噪比计算子模块(18)计算得到信号处理后的信噪比，CFAR检测子模块(19)实现了回波信号的恒虚警检测，角度测量子模块(20)依据幅度和差单脉冲测角原理提取回波中的角度信息，误差生成子模块(21)根据信噪比计算子模块输出的广义信噪比依据理论公式和经验公式得到测距、测角、测速误差，以此误差叠加到航迹交会模块(8)输出的距离、速度信息和角度测量子模块(20)输出的角度信息，即得到最终需要的量测数据；

步骤7：装配回送字模块(22)将接收机和信号处理模块(15)的输出数据以约定好的形式封装成回送字，使得回送字具有了检错和加密功能，封装好的回送字经通信发送模块(23)以TCP/IP协议传输给主控计算机子系统(3)，时序控制函数检测当前调度周期是否结束，如果结束进入步骤2，等待下一次的主控计算机控制字指令；如果未结束，进入等待状态继续检测当前调度周期是否结束；

步骤8：当本次仿真结束后，雷达工作台仿真子系统(1)和雷达主控计算机子系统(3)关闭后，雷达分析评估子系统(4)开启，通过文件拷贝的方式获得仿真场景控制子系统(2)的航迹文件和雷达工作台仿真子系统(1)保存的控制字和回送字文件，图形化显示真实航迹、测量航迹和滤波航迹，本系统全部工作流程完毕。