CN103869297A - 高超声速平台载雷达的杂波生成系统及其方法 - Google Patents

Abstract

一种高超声速平台载雷达的杂波生成系统及其方法，系统包括初始化模块，编号模块，距离环参数计算模块的主机端和距离环划分模块，散射单元杂波计算模块，散射单元杂波求和模块，距离环杂波计算模块，距离环杂波求和模块的图形处理器GPU。本发明的方法包括：1.初始化；2.距离环编号；3.获取距离环面积和角度；4.划分距离环为散射单元；5.计算散射单元杂波；6.散射单元杂波求和；7.计算距离环杂波；8.距离环杂波求和。本发明采用图形处理器GPU并行计算所有散射单元杂波，分开处理前视平面阵的行导向矢量和列导向矢量，将地球表面视为曲面，使得本发明具有快速、稳定和逼真地产生高超声速平台载雷达杂波的优点。

Description

高超声速平台载雷达的杂波生成系统及其方法

技术领域

本发明属于雷达技术领域，更进一步涉及机载雷达技术领域中的一种高超声速平台载雷达的杂波生成系统及其方法。本发明可用于产生后续信号处理所需的高超声速平台载雷达杂波数据，提高了杂波产生速度。

背景技术

高超声速飞行器一般指飞行速度超过5倍音速的飞机、导弹之类的有翼或无翼飞行器。其高空高速的特性使得所挂载雷达面临着更严重的杂波问题。高超声速平台载雷达因其平台特性，与普通平台相比，它在杂波建模及杂波特性方面面临新的问题，其杂波精确的建模生成对杂波抑制研究具有重要指导意义。由于目前基本不可能得到高超声速平台载雷达的杂波实测数据，为了给高超声速平台载雷达中后续雷达信号处理模块提供原始杂波数据，只能从模拟角度来产生杂波，这就需要尽可能快速产生逼近真实的高超声速平台载雷达杂波。

国防科技大学刘建成等人在其文章“机载雷达相干杂波模型研究”（系统工程与电子技术2005年7月第27卷，第7期中第1222页到第1225页）中公开了一种普通机载平台雷达杂波的生成方法。该方法采用距离环地面散射单元划分方法，得到了机载雷达杂波相干模型。该方法存在的不足是，只针对普通机载平台雷达，使用简化的几何模型，采用串行工作方式的计算机系统速度较慢，并且未考虑前视平面阵雷达导向矢量的问题。由于高超声速平台飞行高度大，带来了更大的观察区域，平台速度超过5倍音速，方位角分辨率更高，使得散射单元数成数量级增加。这些特点使得高超声速平台载雷达杂波生成运算量巨大，很难做到实时生成，给后续信号处理造成了很大的障碍。

北京理工雷科电子信息技术有限公司在申请的专利技术“一种机载相控阵PD雷达杂波的快速模拟方法”（申请号201310099758.0，公开号103207387）中公开了一种机载相控阵PD雷达杂波的快速模拟方法。该方法的杂波模拟基于一幅SAR图像，使用SAR图像像元的归一化灰度值作为相应散射单元的初始后向散射系数，将发射信号和相干叠加的多普勒项变换为频域信号，两项相乘的结果进行逆快速傅里叶变换得到杂波信号。该方法存在的不足是，只能针对普通机载PD雷达，并且要依赖一幅SAR图像来获取散射单元的后向散射系数，未考虑前视平面阵雷达导向矢量带来的影响，采用串行工作方式的计算机系统速度较慢。

发明内容

本发明的目的在于克服上述已有技术的不足，提出一种高超声速平台载雷达的杂波生成系统及其方法。本发明可以提高高超声速平台载雷达的杂波产生速度，增加高超声速平台载雷达杂波逼真度，满足为后续雷达信号处理提供高超声速平台载雷达杂波数据的需要。

实现本发明的基本思路是：在主机端对图形处理器（Graphic Processing Unit，GPU）和高超声速平台载雷达参数初始化，对距离环编号，将地球曲面视为曲面，依据高超声速平台、地心和距离环形成的几何关系，得到距离环参数，由图形处理器GPU并行计算每个散射单元的杂波，并将行导向矢量和列导向矢量分开处理，提高了高超声速平台载雷达杂波产生速度，增加了高超声速平台载雷达杂波逼真度。

本发明的系统包括主机端部分和图形处理器GPU部分。

主机端部分由初始化模块，编号模块，距离环参数计算模块组成；图形处理器GPU部分由距离环划分模块，散射单元杂波计算模块，散射单元杂波求和模块，距离环杂波计算模块，距离环杂波求和模块组成。

初始化模块，用于在主机端对图形处理器GPU和高超声速平台载雷达参数进行初始化；所述的初始化是指对图形处理器GPU分配显存空间，用户给初始化模块输入高超声速平台载雷达参数进行初始化；所述参数包括杂波生成所需的最小距离、最大距离、高超声速平台载雷达速度、高超声速平台载雷达高度、高超声速平台载雷达波长、高超声速平台载雷达带宽、前视平面阵行列阵元间距、主波束指向的俯仰角、主波束指向的方位角和高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率；将初始化得到的高超声速平台载雷达参数传送至编号模块。

编号模块，用于对距离环编号；用杂波生成所需的最大距离减去最小距离得到杂波生成范围，用杂波生成范围除以高超声速平台载雷达距离分辨率，得到X个距离环，按照距离环与高超声速平台的距离由近到远，依次对X个距离环编号；将距离环的编号传送至距离环参数计算模块。

距离环参数计算模块，用于获取距离环的面积、俯仰角和擦地角；对编号后的距离环，将地球表面视为曲面，依据高超声速平台、地心与距离环形成的几何关系，得到距离环的面积、俯仰角和擦地角；将距离环的面积、俯仰角和擦地角传送至图形处理器GPU部分的距离环划分模块。

距离环划分模块，用于将距离环划分为散射单元；用2π除以距离环的方位角分辨率，得到距离环划分的散射单元总数；将散射单元总数传送至散射单元杂波计算模块。

散射单元杂波计算模块，用于计算散射单元的杂波信号；将由散射单元的反射系数、天线增益和延迟构成的杂波信号幅度、散射单元多普勒相移和散射单元行导向矢量合成散射单元的杂波；将散射单元的杂波信号传送至散射单元杂波求和模块。

散射单元杂波求和模块，用于将所有散射单元杂波相干叠加求和；将所有散射单元杂波求和后的数据传送至距离环杂波计算模块。

距离环杂波计算模块，用于计算距离环的杂波信号；将由散射单元杂波求和模块得到的杂波与距离环列导向矢量求Kronecker积，得到距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波；将得到的距离环的杂波传送至距离环杂波求和模块。

距离环杂波求和模块，用于将所有距离环杂波相干叠加求和，将所有距离环杂波求和后的数据由图形处理器GPU传送至主机端。

本发明方法的具体步骤如下：

(1)初始化：

初始化模块，对图形处理器GPU和高超声速平台载雷达参数进行初始化，将初始化得到的高超声速平台载雷达参数传送至编号模块。

(2)距离环编号：

(2a)编号模块，在杂波生成所需的最大距离减去最小距离得到的杂波生成范围内，用杂波生成范围除以高超声速平台载雷达距离分辨率，得到距离环总数X；

(2b)按照距离环与高超声速平台的距离由近到远，依次对X个距离环编号，将距离环的编号传送至距离环参数计算模块。

(3)获取距离环面积和角度：

(3a)距离环参数计算模块，将地球表面视为曲面，依据高超声速平台、地心与距离环形成的几何关系，得到距离环的面积、俯仰角和擦地角；

(3b)将距离环的面积、俯仰角和擦地角由主机端传送至图形处理器GPU中的距离环划分模块。

(4)划分距离环为散射单元：

距离环划分模块，用2π除以距离环的方位角分辨率，得到距离环划分的散射单元总数，将散射单元总数传送至散射单元杂波计算模块。

(5)计算散射单元杂波：

(5a)按照下式，散射单元杂波计算模块计算散射单元的杂波：

其中，

表示方位角和俯仰角分别为θ_b和

散射单元的杂波，θ_b和分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元编号，

表示第a个距离环划分的散射单元总数，S_w表示散射单元行导向矢量，

表示散射单元的杂波信号幅度，

表示散射单元多普勒相移，*表示矩阵相乘操作；

(5b)将杂波信号传送至散射单元杂波求和模块。

(6)散射单元杂波求和：

散射单元杂波求和模块，对所有散射单元的杂波相干叠加求和，得到距离环具有时域信息和部分空域信息的杂波，将求和后的数据传送至距离环杂波计算模块。

(7)计算距离环杂波：

距离环杂波计算模块，将具有时域信息和部分空域信息的杂波与距离环列导向矢量求Kronecker积，得到距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波，将得到的距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波，传送至距离环杂波求和模块。

(8)距离环杂波求和：

距离环杂波求和模块，对距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波相干叠加求和，得到总杂波，图形处理器GPU传送总杂波至主机端。

本发明与现有技术相比具有以下优点：

第一，由于本发明的杂波生成系统在对距离环编号后，采用图形处理器GPU并行计算每个散射单元的杂波，一个散射单元对应一个图形处理器GPU工作线程，克服了现有技术中采用串行工作方式的计算机系统产生杂波数据速度慢的缺点，使得本发明的杂波生成系统具有快速产生高超声速平台载雷达杂波的优点。

第二，由于本发明在主机端对距离环编号，在图形处理器GPU中只并行计算散射单元的杂波，未在图形处理器GPU中同时计算距离环的杂波，克服了现有图形处理器GPU在产生高超声速平台载雷达杂波中显存溢出的问题，使得本发明提高了图形处理器GPU产生高超声速平台载雷达杂波的稳定性。

第三，由于本发明将前视平面阵的行导向矢量和列导向矢量分开处理，克服了现有技术中将前视平面阵的行导向矢量和列导向矢量同时处理时产生重复计算的缺点，使得本发明有效的降低了高超声速平台载雷达杂波生成计算量，提高了高超声速平台载雷达杂波生成速度。

第四，由于本发明在计算距离环面积、俯仰角和擦地角时，将地球表面视为曲面，使用由高超声速平台、地心和距离环形成的几何模型，克服了现有技术中使用简化几何模型，产生的杂波不够逼真的缺点，使得本发明产生的高超声速平台载雷达杂波更加逼真。

附图说明

图1为本发明系统的示意图；

图2为本发明方法的流程图；

图3为本发明生成的杂波进行MTD处理后得到的距离-多普勒图；

图4为本发明与现有技术杂波生成时间对比图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步详细的描述。

参照附图1，本发明的系统包括主机端部分和图形处理器GPU部分。

主机端部分由初始化模块，编号模块，距离环参数计算模块组成；图形处理器GPU部分由距离环划分模块，散射单元杂波计算模块，散射单元杂波求和模块，距离环杂波计算模块，距离环杂波求和模块组成。

初始化模块，用于在主机端对图形处理器GPU和高超声速平台载雷达参数进行初始化；所述的初始化是指对图形处理器GPU分配显存空间，用户给初始化模块输入高超声速平台载雷达参数进行初始化；所述参数包括杂波生成所需的最小距离、最大距离、高超声速平台载雷达速度、高超声速平台载雷达高度、高超声速平台载雷达波长、高超声速平台载雷达带宽、前视平面阵行列阵元间距、主波束指向的俯仰角、主波束指向的方位角和高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率；将初始化得到的高超声速平台载雷达参数传送至编号模块。

编号模块，用于对距离环编号；用杂波生成所需的最大距离减去最小距离得到杂波生成范围，用杂波生成范围除以高超声速平台载雷达距离分辨率，得到X个距离环，按照距离环与高超声速平台的距离由近到远，依次对X个距离环编号；将距离环的编号传送至距离环参数计算模块。

距离环参数计算模块，用于获取距离环的面积、俯仰角和擦地角；对编号后的距离环，将地球表面视为曲面，依据高超声速平台、地心与距离环形成的几何关系，得到距离环的面积、俯仰角和擦地角；将距离环的面积、俯仰角和擦地角传送至图形处理器GPU部分的距离环划分模块。

距离环划分模块，用于将距离环划分为散射单元；用2π除以距离环的方位角分辨率，得到距离环划分的散射单元总数；将散射单元总数传送至散射单元杂波计算模块。

散射单元杂波计算模块，用于计算散射单元的杂波信号；将由散射单元的反射系数、天线增益和延迟构成的杂波信号幅度、散射单元多普勒相移和散射单元行导向矢量合成散射单元的杂波；将散射单元的杂波信号传送至散射单元杂波求和模块。

散射单元杂波求和模块，用于将所有散射单元杂波相干叠加求和；将所有散射单元杂波求和后的数据传送至距离环杂波计算模块。

距离环杂波计算模块，用于计算距离环的杂波信号；将由散射单元杂波求和模块得到的杂波与距离环列导向矢量求Kronecker积，得到距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波；将得到的距离环的杂波传送至距离环杂波求和模块。

距离环杂波求和模块，用于将所有距离环杂波相干叠加求和，将所有距离环杂波求和后的数据由图形处理器GPU传送至主机端。

参照附图2，对本发明方法的具体步骤详细描述如下。

步骤1，初始化。

初始化模块对图形处理器GPU和高超声速平台载雷达参数进行初始化。初始化模块对图形处理器GPU分配显存空间，用户给初始化模块输入高超声速平台载雷达参数，输入的参数包括杂波生成所需的最小距离、最大距离、高超声速平台载雷达速度、高超声速平台载雷达高度、高超声速平台载雷达波长、高超声速平台载雷达带宽、前视平面阵行列阵元间距、主波束指向的俯仰角、主波束指向的方位角和高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率。将初始化得到的高超声速平台载雷达参数传送至编号模块。

步骤2，距离环编号。

编号模块，在杂波生成所需的最大距离减去最小距离得到的杂波生成范围内，用杂波生成范围除以高超声速平台载雷达距离分辨率，得到距离环总数X，按照距离环与高超声速平台的距离由近到远，依次对X个距离环编号，将距离环的编号传送至距离环参数计算模块。

步骤3，获取距离环面积和角度。

距离环参数计算模块，将地球表面视为曲面，依据高超声速平台、地心与距离环形成的几何关系，按照下式，计算高超声速平台到距离环的径向距离：

R(a)＝H+aΔR

其中，R(a)表示高超声速平台到第a个距离环的径向距离，H表示高超声速平台载雷达的高度，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，ΔR表示高超声速平台载雷达距离分辨率。

按照下式，计算高超声速平台到距离环的起始距离和结束距离：

$r_f\left(a\right)=R\left(a\right)-\frac{\mathrm{\ΔR}}{2}$

$r_g\left(a\right)=R\left(a\right)+\frac{\mathrm{\ΔR}}{2}$

其中，r_f(a)表示第a个距离环的起始距离，r_g(a)表示第a个距离环的结束距离，R(a)表示高超声速平台到第a个距离环的径向距离，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，ΔR表示高超声速平台载雷达距离分辨率。

按照下式，计算距离环面积：

$\mathrm{\ΔS}\left(a\right)=\mathrm{\π}{({\cos }^{-1}\left(\frac{{(H+R_e)}^2+R_e^2-r_g^2\left(a\right)}{2(H+R_e)R_e}\right)\·R_e)}^2-\mathrm{\π}{({\cos }^{-1}\left(\frac{{(H+R_e)}^2+R_e^2-r_f^2\left(a\right)}{2(H+R_e)R_e}\right)\·R_e)}^2$

其中，ΔS(a)表示第a个距离环的面积，H表示高超声速平台载雷达的高度，R_e表示地球半径，r_f(a)表示第a个距离环的起始距离，r_g(a)表示第a个距离环的结束距离，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环的总数。

按照下式，计算距离环的俯仰角和擦地角：

${\mathrm{\β}}_a={\sin }^{-1}\left(\frac{H^2+{2R}_{e}H-r_a^2}{{2r}_a{R}_e}\right)$

其中，

表示第a个距离环的俯仰角，β_a表示第a个距离环的擦地角，H表示高超声速平台载雷达的高度，r_a表示第a个距离环相对高超声速平台的径向距离，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环个数，R_e表示地球半径。

将距离环的面积、俯仰角和擦地角由主机端传送至图形处理器GPU中的距离环划分模块。

步骤4，划分距离环为散射单元。

距离环划分模块，用2π除以距离环的方位角分辨率，得到距离环划分的散射单元总数，将散射单元总数传送至散射单元杂波计算模块

其中，按照下式，计算方位角分辨率：

其中，

表示第a个距离环的方位角分辨率，

表示第a个距离环的俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，λ表示高超声速平台载雷达波长，Δf表示高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率，v表示高超声速平台载雷达速度。

步骤5，计算散射单元杂波。

图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，将高超声速平台载雷达的载频、高超声速平台载雷达的波长和散射单元所在距离环的擦地角带入Morchin模型，得到散射单元后向散射系数。

Morchin模型如下：

${\mathrm{\σ}}_a^0=\frac{{\mathrm{A\σ}}_c^0\sin {\mathrm{\φ}}_a}{\mathrm{\λ}}+u{\cot }^2{\mathrm{\β}}_0\exp [-\frac{{\tan }^2(B-{\mathrm{\φ}}_a)}{{\tan }^2{\mathrm{\β}}_0}]$

$u=\sqrt{f_0}/4.7$

$h_e\≈9.3{\mathrm{\β}}_0^{2.2}$

${\mathrm{\θ}}_c=\arcsin (\mathrm{\λ}/{4\mathrm{\πh}}_e)$

其中，f₀表示载频，φ_a为入射余角，这里用擦地角表示入射余角更加精确，式中其他参数可查阅文献获得。

图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，用散射单元所在距离环的面积除以距离环划分的散射单元数，得到散射单元面积，将散射单元的后向散射系数与该散射单元面积相乘，得到散射单元反射系数。

图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，计算散射单元处的天线增益的方法如下：

其中，表示散射单元处的天线增益，θ_b和

分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环个数，b表示散射单元，

表示第a个距离环划分的散射单元数，M表示前视平面阵的行阵元数，N表示前视平面阵的列阵元数，0≤l≤M-1，0≤k≤N-1，a_l表示行阵元的幅度加权因子，a_k表示列阵元的幅度加权因子，d₁表示行阵元的间距，d₂表示列阵元的间距，

和θ₀分表表示主波束指向的俯仰角和方位角，λ表示高超声速平台载雷达波长，j表示虚数单位。

图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，用距离环相对高超声速平台径向距离的2倍除以光速，得到距离环的延迟。

图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，将加入散射单元延迟后的发射信号与该散射单元的反射系数、天线增益的平方、相对高超声速平台径向距离平方的倒数相乘，得到散射单元的杂波信号幅度。

图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，计算散射单元的多普勒相移的方法如下：

其中，

表示散射单元的多普勒相移，v表示高超声速平台载雷达的速度，λ表示高超声速平台载雷达的波长，θ_b和

分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元的编号，表示第a个距离环划分的散射单元总数。

按照下式，图形处理器GPU中的散射单元杂波计算模块，计算散射单元处的行导向矢量：

其中，S_w表示散射单元行导向矢量，exp表示自然指数操作，d₁表示前视平面阵的行阵元间距，λ表示高超声速平台载雷达的波长，θ_b和

分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元的编号，

表示第a个距离环划分的散射单元总数，N表示前视平面阵的列阵元数。

散射单元杂波计算模块按照下式，将由散射单元的反射系数、天线增益和延迟构成的杂波信号幅度、散射单元多普勒相移和行导向矢量合成散射单元的杂波：

其中，

表示方位角和俯仰角分别为θ_b和

散射单元的杂波，θ_b和分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元编号，

表示第a个距离环划分的散射单元总数，Sw表示散射单元行导向矢量，

表示散射单元的杂波信号幅度，

表示散射单元多普勒相移，*表示矩阵相乘操作。

将杂波信号传送至散射单元杂波求和模块。

步骤6，散射单元杂波求和。

散射单元杂波求和模块，对所有散射单元的杂波相干叠加求和，得到距离环具有时域信息和部分空域信息的杂波，将求和后的数据传送至距离环杂波计算模块。

步骤7，计算距离环杂波。

距离环杂波计算模块，将具有时域信息和部分空域信息的杂波与距离环列导向矢量求Kronecker积，得到距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波，将得到的距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波，传送至距离环杂波求和模块。

其中，距离环列导向矢量由下式获得：

其中，S_z表示距离环列导向矢量，exp表示自然指数操作，d₂表示前视平面阵的列阵元间距，λ表示高超声速平台载雷达的波长，

表示距离环位置的俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，M表示前视平面阵的行阵元数。

步骤8，距离环杂波求和。

距离环杂波求和模块，对距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波相干叠加求和，得到总杂波，图形处理器GPU传送总杂波至主机端

下面结合附图3、附图4对本发明的效果做进一步描述。

附图3、附图4的高超声速平台载雷达的杂波生成条件如下：

本发明中使用的图形处理器GPU型号为NVIDA Quadro4000。高超声速平台载雷达仿真参数如下：高超声速平台载雷达载频10GHz，高超声速平台载雷达重频10kHz，高超声速平台载雷达带宽10MHz，高超声速平台载雷达脉宽10us，高超声速平台载雷达积累脉冲数32个，高超声速平台载雷达FFT长度为32，高超声速平台载雷达采样率为2倍带宽，高超声速平台载雷达天线为8×16前视平面阵，阵元间距为半波长，主副瓣比20dB，主波束方位角和俯仰角指向分别为0°和30°，高超声速平台载雷达天线增益30dB，高超声速平台载雷达系统损耗5dB，高超声速平台载雷达高度30km，高超声速平台载雷达速度1020m/s，杂波生成范围为30km到90km，高超声速平台为平飞正前视。

附图3为将本发明生成的杂波进行MTD处理后得到的距离-多普勒图，其中，x坐标表示多普勒频率，y坐标表示距离，z坐标表示杂波幅度。从图3中可以看出，高超声速平台载雷达杂波在距离和多普勒维分别发生了多次模糊。

附图4为本发明与现有技术杂波生成时间对比图，其中，x坐标表示试验次数，y坐标表示杂波生成时间。现有技术采用串行工作方式的计算机系统，本发明采用图形处理器GPU并行工作的系统，并优化了行导向矢量和列导向矢量的处理流程。现有技术的杂波生成时间接近30个小时，本发明方法杂波生成时间约为6分钟，并且杂波生成所需时间基本稳定，可以实现高超声速平台载雷达杂波快速生成。

Claims (7)

1.一种高超声速平台载雷达的杂波生成系统，包括主机端部分和图形处理器GPU部分，所述的主机端部分由初始化模块，编号模块，距离环参数计算模块组成；所述的图形处理器GPU部分由距离环划分模块，散射单元杂波计算模块，散射单元杂波求和模块，距离环杂波计算模块，距离环杂波求和模块组成；其中：

所述初始化模块，用于在主机端对图形处理器GPU和高超声速平台载雷达参数进行初始化；所述的初始化是指对图形处理器GPU分配显存空间，用户给初始化模块输入高超声速平台载雷达参数进行初始化；所述参数包括杂波生成所需的最小距离、最大距离、高超声速平台载雷达速度、高超声速平台载雷达高度、高超声速平台载雷达波长、高超声速平台载雷达带宽、前视平面阵行列阵元间距、主波束指向的俯仰角、主波束指向的方位角和高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率；将初始化得到的高超声速平台载雷达参数传送至编号模块；

所述编号模块，用于对距离环编号；用杂波生成所需的最大距离减去最小距离得到杂波生成范围，用杂波生成范围除以高超声速平台载雷达距离分辨率，得到X个距离环，按照距离环与高超声速平台的距离由近到远，依次对X个距离环编号；将距离环的编号传送至距离环参数计算模块；

所述距离环参数计算模块，用于获取距离环的面积、俯仰角和擦地角；对编号后的距离环，将地球表面视为曲面，依据高超声速平台、地心与距离环形成的几何关系，得到距离环的面积、俯仰角和擦地角；将距离环的面积、俯仰角和擦地角传送至图形处理器GPU部分的距离环划分模块；

所述距离环划分模块，用于将距离环划分为散射单元；用2π除以距离环的方位角分辨率，得到距离环划分的散射单元总数；将散射单元总数传送至散射单元杂波计算模块；

所述散射单元杂波计算模块，用于计算散射单元的杂波信号；将由散射单元的反射系数、天线增益和延迟构成的杂波信号幅度、散射单元多普勒相移和散射单元行导向矢量合成散射单元的杂波；将散射单元的杂波信号传送至散射单元杂波求和模块；

所述散射单元杂波求和模块，用于将所有散射单元杂波相干叠加求和；将所有散射单元杂波求和后的数据传送至距离环杂波计算模块；

所述距离环杂波计算模块，用于计算距离环的杂波信号；将由散射单元杂波求和模块得到的杂波与距离环列导向矢量求Kronecker积，得到距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波；将得到的距离环的杂波传送至距离环杂波求和模块；

所述距离环杂波求和模块，用于将所有距离环杂波相干叠加求和，将所有距离环杂波求和后的数据由图形处理器GPU传送至主机端。

2.一种高超声速平台载雷达的杂波生成方法，包括如下步骤：

(1)初始化：

初始化模块，对图形处理器GPU和高超声速平台载雷达参数进行初始化，将初始化得到的高超声速平台载雷达参数传送至编号模块；

(2)距离环编号：

(2a)编号模块，在杂波生成所需的最大距离减去最小距离得到的杂波生成范围内，用杂波生成范围除以高超声速平台载雷达距离分辨率，得到距离环总数X；

(2b)按照距离环与高超声速平台的距离由近到远，依次对X个距离环编号，将距离环的编号传送至距离环参数计算模块；

(3)获取距离环面积和角度：

(3a)距离环参数计算模块，将地球表面视为曲面，依据高超声速平台、地心与距离环形成的几何关系，得到距离环的面积、俯仰角和擦地角；

(3b)将距离环的面积、俯仰角和擦地角由主机端传送至图形处理器GPU中的距离环划分模块；

(4)划分距离环为散射单元：

距离环划分模块，用2π除以距离环的方位角分辨率，得到距离环划分的散射单元总数，将散射单元总数传送至散射单元杂波计算模块；

(5)计算散射单元杂波：

(5a)按照下式，散射单元杂波计算模块计算散射单元的杂波：

其中，

表示方位角和俯仰角分别为θ_b和

散射单元的杂波，θ_b和

分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元编号，

表示第a个距离环划分的散射单元总数，S_w表示散射单元行导向矢量，

表示散射单元的杂波信号幅度，

表示散射单元多普勒相移，*表示矩阵相乘操作；

(5b)将杂波信号传送至散射单元杂波求和模块；

(6)散射单元杂波求和：

散射单元杂波求和模块，对所有散射单元的杂波相干叠加求和，得到距离环具有时域信息和部分空域信息的杂波，将求和后的数据传送至距离环杂波计算模块；

(7)计算距离环杂波：

距离环杂波计算模块，将具有时域信息和部分空域信息的杂波与距离环列导向矢量求Kronecker积，得到距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波，将得到的距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波，传送至距离环杂波求和模块；

(8)距离环杂波求和：

距离环杂波求和模块，对距离环具有完整时域信息和空域信息的杂波相干叠加求和，得到总杂波，图形处理器GPU传送总杂波至主机端。

3.根据权利要求2所述的高超声速平台载雷达的杂波生成方法，其特征在于，步骤(1)所述的初始化的具体步骤如下：

第一步，初始化模块对图形处理器GPU分配显存空间；

第二步，用户给初始化模块输入高超声速平台载雷达参数，输入的参数包括杂波生成所需的最小距离、最大距离、高超声速平台载雷达速度、高超声速平台载雷达高度、高超声速平台载雷达波长、高超声速平台载雷达带宽、前视平面阵行列阵元间距、主波束指向的俯仰角、主波束指向的方位角和高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率。

4.根据权利要求2所述的高超声速平台载雷达的杂波生成方法，其特征在于，步骤(4)所述距离环的方位角分辨率按照下式获得：

其中，

表示第a个距离环的方位角分辨率，表示第a个距离环的俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，λ表示高超声速平台载雷达波长，Δf表示高超声速平台载雷达的多普勒频率分辨率，v表示高超声速平台载雷达速度。

5.根据权利要求2所述的高超声速平台载雷达的杂波生成方法，其特征在于，步骤(5a)所述的散射单元行导向矢量S_w由下式获得：

其中，S_w表示散射单元行导向矢量，exp表示自然指数操作，d₁表示前视平面阵的行阵元间距，λ表示高超声速平台载雷达的波长，θ_b和

分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元的编号，

表示第a个距离环划分的散射单元总数，N表示前视平面阵的列阵元数。

6.根据权利要求2所述的高超声速平台载雷达的杂波生成方法，其特征在于，步骤(5a)中所述的散射单元多普勒相移

由下式获得：

其中，

表示散射单元的多普勒相移，v表示高超声速平台载雷达的速度，λ表示高超声速平台载雷达的波长，θ_b和

分别表示散射单元位置的方位角和俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，b表示散射单元的编号，表示第a个距离环划分的散射单元总数。

7.根据权利要求2所述的高超声速平台载雷达的杂波生成方法，其特征在于，步骤(7)所述的距离环列导向矢量由下式获得：

其中，S_z表示距离环列导向矢量，exp表示自然指数操作，d₂表示前视平面阵的列阵元间距，λ表示高超声速平台载雷达的波长，

表示距离环位置的俯仰角，a表示距离环的编号，1≤a≤X，X表示距离环总数，M表示前视平面阵的行阵元数。

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