CN106997044A - 一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请公开了一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法和装置。首先基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系，根据目标坐标系转换到雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角，从而确定雷达天线在距离向的第一加权因子和方位向的第二加权因子。进一步，根据第一加权因子和第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。与现有技术相比，本发明可实现对雷达天线方向性加权因子的计算，因而提升了SAR模拟器的仿真效果。

Description

一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法和装置
技术领域
本申请涉及通信领域，更具体地说，涉及一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法和装置。
背景技术
合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar，SAR)是一种现代高分辨微波成像雷达，随着现代电子集成技术的发展，成像雷达系统越来越复杂，设备越来越庞大，价格越来越高，导致试飞成本越来越高，实验周期越来越长。为了评估合成孔径雷达的各项性能指标，需要产生大量的雷达回波数据(面目标回波调制信息)，若这些数据通过真实实验获得，则成本将非常高，因而通过雷达回波信号模拟器采用模拟手段获取雷达回波信号。
由于不同波束宽度对合成孔径雷达成像后的幅值影响较大，如果不加天线方向图将会影响雷达成像后的幅度量化，因此在SAR实时模拟器回波仿真过程中天线方向图的影响不可忽略，现有技术中未考虑天线方向性加权因子对仿真的影响，因而降低了SAR模拟器的仿真效果。
发明内容
有鉴于此，本申请提供一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法和装置，以计算SAR实时模拟器回波仿真过程中的天线方向性加权因子，从而提高SAR模拟器的仿真效果。
为了实现上述目的，现提出的方案如下：
一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法，包括：
基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系；
根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角；
基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子；
根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。
优选的，所述根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角，包括：
基于第一预设公式:计算所述目标距离角；
基于第二预设公式：计算所述目标方位角；
其中，所述∠TOQr表示所述目标距离角，所述∠TOQa表示所述目标方位角，雷达在目标坐标系中的坐标(xr,yr,zr)，目标在目标坐标系中的坐标(x0,y0,z0)，目标在距离面和方位面的的垂直投影分别为Qr和Qa，θ为雷达波束指向的俯仰角，β为雷达波束指向的方位角，T表示为天线指向与目标坐标系的交点。
优选的，所述基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子，包括：
在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标距离角对应的第一索引号，进而基于线性内插法对所述第一索引号进行计算得出第一加权因子；
在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标方位角对应的第二索引号，进而基于线性内插法对所述第二索引号进行计算得出第二加权因子。
优选的，所述根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子，包括：
计算所述第一加权因子和所述第二加权因子的乘积，并将所述乘积作为所述雷达天线的加权因子。
一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算装置，包括：
坐标系建立单元，用于基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系；
第一计算单元，用于根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角；
第二计算单元，用于基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子；
第三计算单元，用于根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。
优选的，所述第一计算单元包括：第一计算模块和第二计算模块；
其中，第一计算模块用于：
基于第一预设公式计算所述目标距离角；
所述第二计算模块用于：
基于第二预设公式计算所述目标方位角；
其中，所述∠TOQr表示所述目标距离角，所述∠TOQa表示所述目标方位角，雷达在目标坐标系中的坐标(xr,yr,zr)，目标在目标坐标系中的坐标(x0,y0,z0)，目标在距离面和方位面的的垂直投影分别为Qr和Qa，θ为雷达波束指向的俯仰角，β为雷达波束指向的方位角，T表示天线指向与目标坐标系的交点。
优选的，所述第二计算单元包括：
第三计算模块，用于在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标距离角对应的第一索引号，进而基于线性内插法对所述第一索引号进行计算得出第一加权因子；
第四计算模块，用于在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标方位角对应的第二索引号，进而基于线性内插法对所述第二索引号进行计算得出第二加权因子。
优选的，所述第三计算单元具体用于计算所述第一加权因子和所述第二加权因子的乘积，并将所述乘积作为所述雷达天线的方向性加权因子。
经由上述技术方案可知，本申请公开了一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法和装置。首先基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系，根据目标坐标系转换到雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角，从而确定雷达天线在距离向的第一加权因子和方位向的第二加权因子。进一步，根据第一加权因子和第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。与现有技术相比，本发明可实现对雷达天线方向性加权因子的计算，因而提升了SAR模拟器的仿真效果。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1示出了本发明一个实施例公开的一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法流程图；
图2示出了本发明一种雷达模拟中天线方向性加权因子示意图；
图3示出了本发明目标坐标系到天线坐标系转换示意图；
图4示出了本发明另一个实施例公开的一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算装置的结构示意图。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
参见图1示出了本发明一个实施例公开的一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法。
S101：基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系。
雷达在对目标进行搜索和追踪时，由于雷达的体制、安装方式(运载体还是地面固定位置)、工作方式等的不同，涉及到许多坐标系。在这些众多的坐标系中包括：目标坐标系和雷达天线坐标系。
S102：根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角。
参见图2示出了本发明一种雷达模拟中天线方向性加权因子示意图，图3示出了本发明目标坐标系到天线坐标系转换示意图。
假设雷达与目标区域照射区域位置(即雷达对目标区域的照射区域位置)关系示意图如下图2所示，其中，雷达和目标Q在目标坐标系中的坐标为：雷达坐标(xr,yr,zr)，目标Q坐标(x0,y0,z0)，雷达波束指向θ俯仰角，β方位角，T为天线指向与目标坐标系的交点，并假设Q点在距离面和方位面的的垂直投影分别为Qr和Qa，由坐标旋转矩阵得出距离角∠TOQr和方位角∠TOQa的计算公式如下：
距离角
方位角
S103：基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子。
具体为由角度在天线方向图加权文件表格中查找得到对应的索引号，进而基于线性内插法得出天线在距离向和方位向的加权因子。
具体的，在天线方向图加权文件表格中查找与目标距离角对应的第一索引号，进而基于线性内插法对所述第一索引号进行计算得出第一加权因子。
在天线方向图加权文件表格中查找与目标方位角对应的第二索引号，进而基于线性内插法对第二索引号进行计算得出第二加权因子。
S104：根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。
计算所述第一加权因子和所述第二加权因子的乘积，并将所述乘积作为所述雷达天线的方向性加权因子。
由以上实施例可知，该实施例公开了一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法。首先基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系，根据目标坐标系转换到雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角，从而确定雷达天线在距离向的第一加权因子和方位向的第二加权因子。进一步，根据第一加权因子和第二加权因子计算所述雷达天线的加权因子。与现有技术相比，本发明可实现对雷达天线方向性加权因子的计算，因而提升了SAR模拟器的仿真效果。
参见图4示出了本发明另一个实施例公开的一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算装置的结构示意图。
由图4可知，该装置包括：坐标系建立单元1、第一计算单元2、第二计算单元3和第三计算单元4。
具体的，坐标系建立单元1，用于基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系。
第一计算单元2，用于根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角。
具体的，所述第一计算单元2包括：第一计算模块21和第二计算模块22。
其中，第一计算模块21用于：
基于第一预设公式计算所述目标距离角；
第二计算模块22用于：
基于第二预设公式计算所述目标方位角；
其中，所述∠TOQr表示所述目标距离角，所述∠TOQa表示所述目标方位角，雷达坐标(xr,yr,zr)，目标坐标(x0,y0,z0)，雷达波束指向θ俯仰角，β方位角，T为天线指向与目标坐标系的交点，目标在距离面和方位面的的垂直投影分别为Qr和Qa。
第二计算单元3，用于基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子。
具体的，第二计算单元包括：第三计算模块31和第四计算模块32。
所述第三计算模块用于在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标距离角对应的第一索引号，进而基于线性内插法对所述第一索引号进行计算得出第一加权因子；
第四计算模块用于在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标方位角对应的第二索引号，进而基于线性内插法对所述第二索引号进行计算得出第二加权因子。
第三计算单元4，用于根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。
具体为：计算所述第一加权因子和所述第二加权因子的乘积，并将所述乘积作为所述雷达天线的方向性加权因子。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。
对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算方法，其特征在于，包括：
基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系；
根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角；
基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子；
根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。
2.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角，包括：
基于第一预设公式:计算所述目标距离角；
基于第二预设公式：计算所述目标方位角；
其中，所述∠TOQr表示所述目标距离角，所述∠TOQa表示所述目标方位角，雷达在目标坐标系中的坐标(xr,yr,zr)，目标在目标坐标系中的坐标(x0,y0,z0)，目标在距离面和方位面的的垂直投影分别为Qr和Qa，θ为雷达波束指向的俯仰角，β为雷达波束指向的方位角，T表示为天线指向与目标坐标系的交点。
3.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子，包括：
在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标距离角对应的第一索引号，进而基于线性内插法对所述第一索引号进行计算得出第一加权因子；
在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标方位角对应的第二索引号，进而基于线性内插法对所述第二索引号进行计算得出第二加权因子。
4.根据权利要求1所述的方法，其特征在于，所述根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子，包括：
计算所述第一加权因子和所述第二加权因子的乘积，并将所述乘积作为所述雷达天线的方向性加权因子。
5.一种雷达模拟中天线方向性加权因子计算装置，其特征在于，包括：
坐标系建立单元，用于基于雷达面目标回波信号模拟结果建立目标坐标系和雷达天线坐标系；
第一计算单元，用于根据所述目标坐标系转换到所述雷达天线坐标系的旋转矩阵，计算目标距离角和目标方位角；
第二计算单元，用于基于所述目标距离角计算雷达天线在距离向的第一加权因子，基于所述目标方位角计算雷达天线在方位向的第二加权因子；
第三计算单元，用于根据所述第一加权因子和所述第二加权因子计算所述雷达天线的方向性加权因子。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第一计算单元包括：第一计算模块和第二计算模块；
其中，第一计算模块用于：
基于第一预设公式计算所述目标距离角；
所述第二计算模块用于：
基于第二预设公式计算所述目标方位角；
其中，所述∠TOQr表示所述目标距离角，所述∠TOQa表示所述目标方位角，雷达在目标坐标系中的坐标(xr,yr,zr)，目标在目标坐标系中的坐标(x0,y0,z0)，目标在距离面和方位面的的垂直投影分别为Qr和Qa，θ为雷达波束指向的俯仰角，β为雷达波束指向的方位角，T表示天线指向与目标坐标系的交点。
7.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第二计算单元包括：
第三计算模块，用于在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标距离角对应的第一索引号，进而基于线性内插法对所述第一索引号进行计算得出第一加权因子；
第四计算模块，用于在天线方向图加权文件表格中查找与所述目标方位角对应的第二索引号，进而基于线性内插法对所述第二索引号进行计算得出第二加权因子。
8.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述第三计算单元具体用于计算所述第一加权因子和所述第二加权因子的乘积，并将所述乘积作为所述雷达天线的方向性加权因子。
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