CN108828543A - 一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，涉及雷达目标模拟技术领域，步骤如下：1.获取雷达目标发送的雷达信号中的参数信息；2.根据雷达目标的散射特性提取若干个目标散射点，且每个目标散射点表示一组三元矢量天线阵；3.根据不同目标散射点的散射特性确定每组三元矢量天线阵对应的的馈电幅度、相位和布局；4.根据各个目标散射点的散射特性合成等效散射点，叠加所有等效散射点辐射的电磁波模拟出雷达目标的散射特性。本方法适用于模拟大型或超大型雷达目标，对需要跨越多个分辨角度的雷达扫描提供了足够多的目标散射点，保证了模拟雷达目标的准确率，解决了宽频带大功率对雷达模拟系统的过载问题。
Description
技术领域
本发明涉及雷达目标模拟技术领域，具体涉及一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法。
背景技术
雷达目标模拟技术主要用于在雷达的发射信号中载入目标信息，再回传给雷达接收机，也可载入真实的噪声杂波模拟出真实的回波。按照模拟系统的信号来源，雷达目标模拟器可分为自产式和转发式两类。自产式雷达目标模拟器自己产生包含目标信息的回波信号。转发式雷达目标模拟器采集雷达发射信号后混频至中频，转换成数字信号后加入目标信息，上变频至中频，最后混频至高频返回给雷达接收机。两者各有优劣，前者功能上只能检测雷达的信号处理模块，不需要频综模块等，系统复杂度较低但功能有限。后者可检测完整雷达系统的功能，包括信号处理模块、射频模块等，缺点是模拟器内部系统也要制作相应的频综模块，系统复杂成本较高。
经过多年的研究发展，诸多优秀的目标模拟技术不断出现，如惠普的X波段雷达目标模拟技术，能输出和差三波束信号及2GHz射频信号，又如共和电子研制的电磁环境模拟技术，能够输出包含噪声杂波的回波信号。继上述模拟技术之后，又出现了可模拟出包括目标、干扰、杂波等回波形式的相控阵雷达目标模拟技术，还有可模拟出十多种信号的多模式雷达，除了提供目标信息，还包括模拟气象环境、敌我识别信号等。KOR Electronics公司生产的数字雷达环境模拟器，结合了最新的数字信号处理技术，使系统可同时产生大量目标、干扰和杂波回波，回波信号形式也多种多样，包括数字、中频、射频等。
在传统的雷达目标模拟技术中，对于大型或超大型雷达目标，因雷达扫描需要跨越多个分辨角度，传统技术并不能提供用于足够多的目标散射点，导致雷达目标模拟的准确度低。同时，因大型或超大型雷达目标的雷达散射截面大，因此要求单个雷达目标模拟器的功率足够大，使得单个雷达目标模拟器的负载较大，降低了单个雷达目标模拟器的使用寿命。
发明内容
本发明的目的在于：为解决模拟大型或超大型雷达目标时，因雷达扫描需要跨越多个分辨角度而不能提供足够多的目标散射点，致使模拟雷达目标的准确率低的问题，提供了一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法。通过对多组三元矢量天线阵进行合理的布局，产生多个目标散射点，根据多个目标散射点可以模拟出雷达目标的外形特性，对大型或超大型雷达目标能更好的模拟，提高了模拟雷达目标的准确率。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，包括以下步骤：
步骤1.获取雷达目标发送的雷达信号中的参数信息；
步骤2.根据雷达目标的散射特性提取若干个目标散射点，且每个目标散射点表示一组三元矢量天线阵；
步骤3.确定每组三元矢量天线阵对应的的馈电幅度、相位和布局；
步骤4.根据各个目标散射点的散射特性，利用对应的三元矢量天线阵辐射的电磁波矢量合成等效散射点，通过叠加所有等效散射点辐射的电磁波模拟雷达目标的散射特性。
进一步地，所述参数信息包括雷达信号的幅度、频率、相位、方位、功率和目标与电磁波发射点之间的距离。
进一步地，所述散射特性由雷达散射截面RCS表示，提取目标散射点的具体方法为：将雷达目标在当前电磁环境下的散射特性与雷达目标模拟系统中的RCS分布图进行对比，得到对应的对比结果值，根据对比结果值对雷达目标的散射特性的影响程度选取目标散射点，根据选取的目标散射点初步确定对应的三元矢量天线阵的范围，即确定该三元矢量天线阵的布局。
进一步地，通过多元矢量合成方法确定每组三元矢量天线阵对应的等效散射点，即根据每组三元矢量天线阵对应的馈电幅度、相位确定等效散射点的位置所述多元矢量合成方法的具体计算方式如下：
其中，η表示电磁场波阻抗，a、b和c分别表示三元矢量天线阵中三个天线的位置点a(θa，Φa)、b(θb，Φb)和c(θc，Φc)，Ea、Eb和Ec分别表示位置点为a、b、c的天线对应的馈电电场强度，βa、βb和βc分别表示位置点为a、b、c的天线辐射电磁波的相位常数，且βab＝βa-βb、βbc＝βb-βc、βac＝βa-βc，θmax表示位置点a、b、c对应的天线俯仰角θa、θb和θc中的最大值，Φmax表示位置点a、b、c对应的天线方位角Φa、Φb和Φc中的最大值。
进一步地，合成等效散射点的具体方法为：根据每个目标散射点所处位置的三个天线辐射的电磁波在空间中进行多元矢量合成得到等效散射点，通过调节每个天线的馈电幅度和相位，使多元矢量合成的等效散射点与目标散射点的散射特性相匹配。
进一步地，根据三元矢量天线阵的三个天线的位置点确定模拟区域，在模拟区域内改变三元矢量天线阵中天线的馈电幅度、相位，完成等效散射点位置的改变。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明中，利用多元矢量阵列的良好组合和布局，产生多个目标散射点，根据多个目标散射点可以模拟出雷达目标的外形特性，可以更好的模拟跨越多个雷达分辨角度的大型或超大型雷达目标，提高了模拟雷达目标的准确率。
2、本发明中，基于三元矢量合成方法和电磁场叠加原理，利用多个合理布局的三元矢量天线阵的辐射场叠加与雷达目标的电磁散射特性相同，从而达到模拟具有多散射点特性的雷达目标的目的。该方法与传统雷达目标模拟方法相比，具有灵活方便、可应用范围广的优点。
3、本发明中，多元矢量天线阵可为静止状态，也可为机载或车载的运动状态，本方法可模拟海、陆、空等各种电磁环境下的静止或运动状态的雷达目标，还可用于雷达系统设计和测试领域，也可用于雷达电子对抗中，可应用范围广，具有广阔的前景。
4、本发明中，对于不同的雷达目标及其发出的雷达信号、多元矢量天线阵的位置、数量、辐射特性、馈电幅度、相位均不同，通过改变多元矢量天线阵的馈电幅度和相位即可在一定范围内改变目标散射点的位置，实现的效果等价于小范围的调整天线布局，从而使雷达目标模拟系统更灵活可靠。
5、本发明中，在改变多元矢量天线阵的幅度的同时，可改变多元矢量天线阵的相位，即改变多元矢量天线阵的辐射方向，使多元矢量天线阵的辐射方向与雷达信号接收点的辐射方向呈相向状态，既保证了雷达信号接收点能探测到雷达目标，又使得每组三元矢量天线阵中每根天线所承载的负载降低，进而保证了模拟雷达目标的精确度和真实度。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。
图1为本发明的整体流程图；
图2为本发明的雷达侦查示意图；
图3为本发明的三元矢量天线阵的示意图；
图4为本发明的三元矢量天线阵的辐射方向图；
图5为本发明的四组三元矢量天线阵合成的目标散射点分布仿真示意图；
图6为本发明的护卫舰示意图；
图7为本发明的护卫舰电磁散射特性示意图；
图8为本发明的护卫舰目标散射点提取示意图；
图9为本发明的护卫舰的等效散射点模型图；
图10为本发明的护卫舰的等效散射点辐射方向图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即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。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的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。
需要说明的是，术语“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。
为解决模拟大型或超大型雷达目标时，因雷达扫描需要跨越多个分辨角度而不能提供足够多的目标散射点，致使模拟雷达目标的准确率低的问题，提供了一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，包括以下步骤：
步骤1.获取雷达目标发送的雷达信号中的参数信息。其中，参数信息包括雷达信号的幅度、频率、相位、方位、功率和目标与电磁波发射点之间的距离。
步骤2.根据雷达目标的散射特性提取若干个目标散射点，且每个目标散射点表示一组三元矢量天线阵。其中，散射特性由雷达散射截面RCS表示，提取目标散射点的具体方法为：将雷达目标在当前电磁环境下的散射特性与雷达目标模拟系统中的RCS分布图进行对比，得到对应的对比结果值，根据对比结果值对雷达目标的散射特性的影响程度选取目标散射点。
步骤3.确定每组三元矢量天线阵对应的的馈电幅度、相位和布局。三元矢量天线阵中三个天线的位置点对应的馈电电场强度和辐射电磁波的相位常数即对应其馈电幅度、相位，根据选取的目标散射点初步确定对应的三元矢量天线阵的范围，即确定该三元矢量天线阵的布局。
步骤4.根据各个目标散射点的散射特性，利用对应的三元矢量天线阵辐射的电磁波矢量合成等效散射点，叠加所有等效散射点辐射的电磁波模拟雷达目标的散射特性，即模拟出雷达目标。其中，合成等效散射点的具体方法为：根据每个目标散射点所处位置的三个天线辐射的电磁波在空间中进行多元矢量合成得到等效散射点，通过调节每个天线的馈电幅度和相位，使多元矢量合成的等效散射点与目标散射点的散射特性相匹配。通过多元矢量合成方法确定每组三元矢量天线阵对应的等效散射点：根据每组三元矢量天线阵对应的馈电幅度、相位确定等效散射点的位置多元矢量合成方法的具体计算方式如下：
其中，η表示电磁场波阻抗，a、b和c分别表示三元矢量天线阵中三个天线的位置点a(θa，Φa)、b(θb，Φb)和c(θc，Φc)，Ea、Eb和Ec分别表示位置点为a、b、c的天线对应的馈电电场强度，βa、βb和βc分别表示位置点为a、b、c的天线辐射电磁波的相位常数，且βab＝βa-βb、βbc＝βb-βc、βac＝βa-βc，θmax表示位置点a、b、c对应的天线俯仰角θa、θb和θc中的最大值，Φmax表示位置点a、b、c对应的天线方位角Φa、Φb和Φc中的最大值。
确定各个三元矢量天线阵所处位置的等效散射点后，根据三元矢量天线阵的三个天线的位置点确定模拟区域，在模拟区域内改变三元矢量天线阵中天线的馈电幅度、相位，完成等效散射点位置的改变。确定模拟区域的具体方法为：以三元矢量天线阵的三个天线的位置点作的外接圆半径的5倍范围，即为该三元矢量天线阵对应的模拟区域。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
实施例1
本发明较佳实施例提供的一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，如图2所示，雷达探测器向周边发出雷达信号以探测周围目标，当雷达探测器探测到护卫舰时，护卫舰上的侦查系统将截获雷达信号，并分析雷达信号的幅度、频率、相位、方位、功率和目标与电磁波发射点之间的距离等参数信息，并将雷达信号参数信息发送至雷达目标模拟系统，雷达目标模拟系统根据所得的参数信息分析出雷达目标的舰首、舰尾、武器系统等各个不同部位的电磁散射特性，如图6所示的雷达目标护卫舰的模型图，如图7所示的雷达目标护卫舰的电磁散射特性示意图。将护卫舰在当前电磁环境下的散射特性与雷达目标模拟系统中的RCS分布图进行对比，得到对应的对比结果值，根据对比结果值对雷达目标的散射特性的影响程度选取影响程度大的点作为目标散射点，且每个目标散射点均为一组三元矢量天线阵，如图3所示的一组三元矢量天线阵示意图和图4所示的一组三元矢量天线阵的辐射方向图。根据选取的目标散射点初步确定对应的三元矢量天线阵的范围，即确定该三元矢量天线阵的布局。通过多元矢量合成方法确定每组三元矢量天线阵对应的等效散射点，即根据每组三元矢量天线阵对应的馈电幅度、相位确定等效散射点的位置多元矢量合成方法的具体计算方式如下：
其中，η表示电磁场波阻抗，a、b和c分别表示三元矢量天线阵中三个天线的位置点a(θa，Φa)、b(θb，Φb)和c(θc，Φc)，Ea、Eb和Ec分别表示位置点为a、b、c的天线对应的馈电电场强度，βa、βb和βc分别表示位置点为a、b、c的天线辐射电磁波的相位常数，且βab＝βa-βb、βbc＝βb-βc、βac＝βa-βc，θmax表示位置点a、b、c对应的天线俯仰角θa、θb和θc中的最大值，Φmax表示位置点a、b、c对应的天线方位角Φa、Φb和Φc中的最大值。确定各个三元矢量天线阵的馈电幅度、相位后，利用不同天线阵辐射场叠加原理，进而模拟雷达目标的整体散射特性。
首先，根据每个目标散射点所处位置的三个天线辐射的电磁波在空间中进行多元矢量合成得到等效散射点，通过调节每个天线的馈电幅度和相位，使多元矢量合成的等效散射点与目标散射点的散射特性相匹配。然后，基于得到的三元矢量天线阵的布局建立模拟区域：以三元矢量天线阵的三个天线的位置点a、b和c作外接圆，记该外接圆的半径为r，以该外接圆的圆心中模拟区域的圆心，以5r为半径作圆，所得区域即为该三元矢量天线阵对应的模拟区域。如图7和图10所示，为雷达目标的散射特性仿真结果与多元矢量等效散射点辐射特性的对比图。叠加所有等效散射点辐射的电磁波模拟雷达目标的散射特性，即模拟出雷达目标。
雷达目标模拟系统通过内部的多元矢量合成系统辐射出调制后与雷达回波信号相同的射频信号，雷达目标截获射频信号并发送回波信号至雷达目标模拟系统，雷达目标模拟系统经处理分析出雷达目标的一系列特性，因雷达目标模拟系统辐射出的电磁散射特性与真实目标的电磁散射特性相同，从而实现对雷达目标的模拟和识别。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (6)
1.一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤1.获取雷达目标发送的雷达信号中的参数信息；
步骤2.根据雷达目标的散射特性提取若干个目标散射点，且每个目标散射点表示一组三元矢量天线阵；
步骤3.确定每组三元矢量天线阵对应的的馈电幅度、相位和布局；
步骤4.根据各个目标散射点的散射特性，利用对应的三元矢量天线阵辐射的电磁波矢量合成等效散射点，通过叠加所有等效散射点辐射的电磁波模拟雷达目标的散射特性。
2.根据权利要求1所述的一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，其特征在于，所述参数信息包括雷达信号的幅度、频率、相位、方位、功率和目标与电磁波发射点之间的距离。
3.根据权利要求1所述的一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，其特征在于，所述散射特性由雷达散射截面RCS表示，提取目标散射点的具体方法为：将雷达目标在当前电磁环境下的散射特性与雷达目标模拟系统中的RCS分布图进行对比，得到对应的对比结果值，根据对比结果值对雷达目标的散射特性的影响程度选取目标散射点，根据选取的目标散射点初步确定对应的三元矢量天线阵的范围，即确定该三元矢量天线阵的布局。
4.根据权利要求2所述的一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，其特征在于，通过多元矢量合成方法确定每组三元矢量天线阵对应的等效散射点，即根据每组三元矢量天线阵对应的馈电幅度、相位确定等效散射点的位置所述多元矢量合成方法的具体计算方式如下：
其中，η表示电磁场波阻抗，a、b和c分别表示三元矢量天线阵中三个天线的位置点a(θa，Φa)、b(θb，Φb)和c(θc，Φc)，Ea、Eb和Ec分别表示位置点为a、b、c的天线对应的馈电电场强度，βa、βb和βc分别表示位置点为a、b、c的天线辐射电磁波的相位常数，且βab＝βa-βb、βbc＝βb-βc、βac＝βa-βc，θmax表示位置点a、b、c对应的天线俯仰角θa、θb和θc中的最大值，Φmax表示位置点a、b、c对应的天线方位角Φa、Φb和Φc中的最大值。
5.根据权利要求4所述的一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，其特征在于，合成等效散射点的具体方法为：根据每个目标散射点所处位置的三个天线辐射的电磁波在空间中进行多元矢量合成得到等效散射点，通过调节每个天线的馈电幅度和相位，使多元矢量合成的等效散射点与目标散射点的散射特性相匹配。
6.根据权利要求5所述的一种基于多元矢量合成的多散射点雷达目标模拟方法，其特征在于，根据三元矢量天线阵的三个天线的位置点确定模拟区域，在模拟区域内改变三元矢量天线阵中天线的馈电幅度、相位，完成等效散射点位置的改变。
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Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| PB01 | Publication | ||
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| SE01 | Entry into force of request for substantive examination | ||
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| RJ01 | Rejection of invention patent application after publication | ||
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Application publication date: 20181116 |