CN106842150A - 一种简化的雷达地形模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种简化的雷达地形模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：1)在雷达的远场位置设置喇叭1和喇叭2，喇叭1和喇叭2分别位于模拟地形的最高角度和最低角度2)模拟地形中位于最高角度和最低角度之间的所有角度回波D₁，…，D_i，…，D_n，通过喇叭1和喇叭2的回波合成模拟地形回波，则第i角度的回波D_i为：D_i＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ其中，S₁ ⁱ为喇叭1在第i角度回波，S₂ ⁱ为喇叭2第i角度回波，设第1角度回波信号为雷达发射脉冲延迟后回波信号D₁＝Lp(m)，m为回波的延迟距离门，m＝(T*(2*f₀)),T表示回波相对于发射信号的延时时间，单位为秒,f₀为信号的采样率，则第i角度的回波距离门为m-i+1，第i角度的回波信号为：D_i＝Lp(m-i+1)＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ＝a_iLp(m-i+1)+b_iLp(m-i+1)。

Description

一种简化的雷达地形模拟方法

技术领域

本发明属于雷达技术信号处理方向，涉及一种简化的空馈方式进行雷达的地形模拟的一种方法。

背景技术

本发明结合了空馈模拟不同角度目标的原理，来实现对原有地形模拟方式的改进。空馈模拟不同角度目标方法以及过零点检测方法基本原理介绍如下：

根据单脉冲测角原理，在模拟不同角度的目标时，可以通过两个喇叭进行不同加权进行模拟某个虚拟角度。暗室空馈方式虚拟某角度目标模拟方法见图 1。而对于地形模拟，一般的方法是在主波束内的地形分成N个区域，每个区域用等效散射中心表示，则各散射中心可以用不同的喇叭来模拟回波信号(图 2)。当等效散射中心角度偏差由负到正变化时，天线的相位差也由负到正变化。因此，不同的角度的回波在被雷达天线接收后，相位差有一个过零点位置，该位置对应的距离延时就为模拟的视轴方向的距离。由此便完成了地形过零点模拟。

现有的空馈模拟过零点存在的主要缺点是通过较多喇叭模拟不同角度的回波，则需要根据不同雷达、及雷达与喇叭距离来相应增减喇叭个数，并且每个喇叭的延迟和相位必须严格保持相应关系，实现成本较高。

发明内容

提出一种简单的空馈方式进行地形过零点模拟的方法，实现一种实用的空馈方式雷达对地形目标模拟。

技术方案

本发明结合暗室空馈方式模拟不同方向目标方法与空馈方式模拟过零点方法，从而通过两个喇叭来虚拟所有雷达主波束内的回波，达到简化布阵的目的，从而实现了简化的地形模拟的方法。

本发明一种简化的雷达地形模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在雷达的远场位置设置喇叭1和喇叭2，喇叭1和喇叭2分别位于模拟地形的最高角度和最低角度，

2)模拟地形中位于最高角度和最低角度之间的所有角度回波D₁，…，D_i，…，D_n，通过喇叭1和喇叭2的回波合成模拟地形回波，则第i角度的回波D_i为：

D_i＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ (1)

其中S₁ ⁱ为喇叭1在第i角度回波，S₂ ⁱ为喇叭2第i角度回波，

设第1角度回波信号为雷达发射脉冲延迟后回波信号D₁＝Lp(m)，m为回波的延迟距离门，m＝(T*(2*f₀)),T表示回波相对于发射信号的延时时间，单位为秒,f₀为信号的采样率，则第i角度的回波距离门为m-i+1，第i角度的回波信号为：

D_i＝Lp(m-i+1)＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ＝a_iLp(m-i+1)+b_iLp(m-i+1) (2)

a_i为喇叭1对相对于第i角度回波强度S₁ ⁱ的加权系数，a_i范围在0到1，b_i为喇叭2对相对于第i角度回波强度S₂ ⁱ的加权系数，b_i范围在0到1；

3)将所有虚拟回波对应喇叭1的信号合并，得到喇叭1的总的回馈信号为：

令K₁ ⁱ＝a_i,为信号幅度的加权，则可化简为如下公式：

其中：conv(x,y)表示x与y的卷积，同理得喇叭2的总的回馈信号S₂：

S₂＝conv(K₂,Lp) (5)

则通过S₁、S₂即能模拟多个方向回波，进而模拟地形过零点仿真。

在实际条件下，馈源喇叭俯仰角应满足主波束内，即雷达与馈源间距应满足远场条件L≤d²/λ；

其中：λ——雷达波长(单位m)；

——馈源相对于雷达相位中心的俯仰角间距，单位为弧度；

d——雷达天线直径(单位m)；

L——馈源与雷达距离，(单位m)。

本文提出的简化方式的地形模拟，推广到雷达试验暗室，能有效的降低试验室为进行地形模拟所需的布阵中馈源的个数，同时也满足充分的验证雷达天线在不同地形条件下的地形检测能力的要求。

附图说明

图 1暗室空馈方式虚拟某角度目标回波；

图 2本发明方法模拟地形过零点；

图 3实例示意图；

图 4线性调频信号示意图；

图 5加权系数；

图 6上方与下方喇叭输出信号。

具体实施方式

参考图 3到图 6，一种简化的雷达地形模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在雷达的远场位置设置喇叭1和喇叭2，喇叭1和喇叭2分别位于模拟地形的最高角度和最低角度。

2)模拟地形中位于最高角度1°和最低角度-1°之间的间隔0.02°所有101个角度回波D₁，…，D_i，…，D₁₀₁，通过喇叭1和喇叭2的回波合成模拟地形回波，则第i角度的回波D_i为：

D_i＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ (1)

S₁ ⁱ为喇叭1在第i角度回波，S₂ ⁱ为喇叭2第i角度回波；

设第1角度回波信号为雷达发射脉冲延迟后回波信号D₁＝Lp(m)，此时，Lp为带宽为25MHz，脉宽为4.5us的线性调频信号。

其中，m为回波的延迟距离门,回波D₁相对于发射信号的延时时间为11us,f₀为100MHz，m＝(11*10^-6*(2*100*10⁶))，m＝2200，即从2200点后开始接收到D₁回波；

令K₁,K₂为信号幅度的加权，加权参数为K₁＝[1 0.99 0.98 0.97 … 0],K₂＝[0 0.01 0.02 0.03 … 1]，通过如下公式(5)和(6)进行S₁、S₂计算：

S₁＝conv(K₁,Lp) (5)

S₂＝conv(K₂,Lp) (6)

则通过S₁、S₂即能模拟多个方向回波，进而模拟地形过零点仿真。

已知雷达波长λ为0.0086m，雷达直径d为0.4m。则馈源与雷达间距为19m，角度为0.02弧度；

如 图 3，两个喇叭分别放在雷达主波束前方俯仰0.01和-0.01弧度的位置，设采样率为100MHz，发射信号为宽度为4.5us，带宽为25MHz的线性调频信号(图 4)，模拟个斜面，在主波束内，斜面与雷达径向最近距离为1500m，长度为150m，斜面角度为雷达主波束宽度，斜面在主波束内共有101个散射中心。各个点的值如下表：

表 1地形各散射中心参数

地形回波序号i	延时
				1	10us+1000ns	1	0
2	10us+990ns	0.98	0.01
				…	…	…	…
101	10us	0	1

因此，在加权系数为表中的K₁、K₂条件下，可以通过公式(5)和(6)计算出两个喇叭的回波信号(图 6)虚拟这101个方向的角度回波。从而得到上下喇叭的输出信号S₁和S₂(图 5)，完成地形模拟。

Claims (2)

1.一种简化的雷达地形模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

1)在雷达的远场位置设置喇叭1和喇叭2，喇叭1和喇叭2分别位于模拟地形的最高角度和最低角度，

2)模拟地形中位于最高角度和最低角度之间的所有角度回波D₁，…，D_i，…，D_n，通过喇叭1和喇叭2的回波合成模拟地形回波，则第i角度的回波D_i为：

D_i＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ (1)

其中，S₁ ⁱ为喇叭1在第i角度回波，S₂ ⁱ为喇叭2第i角度回波，

设第1角度回波信号为雷达发射脉冲延迟后回波信号D₁＝Lp(m)，m为回波的延迟距离门，m＝(T*(2*f₀)),T表示回波相对于发射信号的延时时间，单位为秒,f₀为信号的采样率，则第i角度的回波距离门为m-i+1，第i角度的回波信号为：

D_i＝Lp(m-i+1)＝S₁ ⁱ+S₂ ⁱ＝a_iLp(m-i+1)+b_iLp(m-i+1) (2)

a_i为喇叭1对相对于第i角度回波强度S₁ ⁱ的加权系数，a_i范围在0到1，b_i为喇叭2对相对于第i角度回波强度S₂ ⁱ的加权系数，b_i范围在0到1；

将所有虚拟回波对应喇叭1的信号合并，得到喇叭1的总的回馈信号为：

$S_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i*{S_1}^i=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{a}_i*Lp(m-i+1)---\left(3\right)$

令K₁ ⁱ＝a_i,为信号幅度的加权，则可化简为如下公式：

$S_1=\underset{i=1}{\overset{n}{\Σ}}{K_1}^i*Lp(m-i+1)=conv(K_1,Lp)---\left(4\right)$

其中：conv(x,y)表示x与y的卷积，同理得喇叭2的总的回馈信号S₂：

S₂＝conv(K₂,Lp) (5)

则通过S₁、S₂即能模拟多个方向回波，进而模拟地形过零点仿真。

2.根据权利要求1所述的简化的雷达地形模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

馈源喇叭俯仰角应满足主波束内，即雷达与馈源间距应满足远场条件L≤d²/λ；

其中：λ——雷达波长(单位m)；

——馈源相对于雷达相位中心的俯仰角间距，单位为弧度；

d——雷达天线直径(单位m)；

L——馈源与雷达距离，(单位m)。