CN109001694B - 一种动态自适应天线扫描特性模拟方法及系统 - Google Patents

一种动态自适应天线扫描特性模拟方法及系统 Download PDF

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CN109001694B CN201810550287.3A CN201810550287A CN109001694B CN 109001694 B CN109001694 B CN 109001694B CN 201810550287 A CN201810550287 A CN 201810550287A CN 109001694 B CN109001694 B CN 109001694B
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Abstract

本发明公开了一种动态自适应天线扫描特性模拟方法及系统，该方法包括天线扫描模拟准备和帧周期处理，所述天线扫描模拟准备包括生成天线方向图幅度衰减码、设置存储器访问时间、获取天线扫描起始角度和终止角度及完成目标点所在角度的排序并编号存储；所述帧周期处理完成帧周期天线扫描起始角度处理。本发明提出的新型的动态自适应天线扫描模拟方法及系统，实现了逼真模拟相对于多个不同方位角接收机端口的目标幅度特征。

Description

一种动态自适应天线扫描特性模拟方法及系统
技术领域
本发明涉及雷达领域，尤其涉及一种动态自适应天线扫描特性模拟方法及系统，用于雷达发射信号天线扫描特性模拟。
背景技术
雷达信号模拟器发射信号模拟用于产生真实的雷达信号，形成一定的雷达信号场景，来检验有关设备的信号分选、识别等功能性能。雷达信号模拟器发射信号模拟技术在用于被测设备注入式测试时，根据天线扫描周期和脉冲到达时间，逐脉冲读取雷达天线扫描方向图信息，实时控制各个脉冲的幅度特征，以逼真模拟接收机到达端口的脉冲幅度信息。
现有的雷达信号模拟器在模拟发射信号的天线扫描特性时，只能模拟真实场景内单个、固定方位角(相对于雷达载机)的接收机端口的幅度特性。现有技术在支撑多台接收机注入式测试时，无法区分多个接收机相对方位角信息，难以适应测试时场景实时推演中方位角的变化。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对现有技术存在的问题，本发明提出了一种新型的动态自适应天线扫描模拟方法及系统，以实现逼真模拟相对于多个不同方位角接收机端口的目标幅度特征。
本发明提供的一种动态自适应天线扫描模拟方法，该方法包括天线扫描模拟准备和帧周期处理，所述天线扫描模拟准备包括生成天线方向图幅度衰减码、设置存储器访问时间、获取天线扫描起始角度和终止角度及完成目标点所在角度的排序并编号存储；所述帧周期处理完成帧周期天线扫描起始角度处理。
进一步，所述天线扫描模拟准备的方法具体包括：
读取当前设置的雷达对抗仿真环境相关参数信息，包括天线方向图形状、零功率波束宽度θ0、天线扫描周期T、天线扫描范围、目标点的位置和帧周期；
根据获取的参数信息建立天线方向图模型，根据离散化后的天线方向图模型生成天线方向图幅度衰减码An依序存入存储器中，形成天线方向图幅度衰减码库
Figure GDA0003626594780000021
根据获取的天线扫描周期T，设置存储器读取天线方向图幅度衰减码的访问时间
Figure GDA0003626594780000022
其中，α为一预定义的角度；
根据获取的天线扫描范围，确定天线扫描起始角度θstart和天线扫描终止角度θstop：
Figure GDA0003626594780000023
根据获取的目标点参数，将目标点所在角度βi按从小到大排序并编号存储：θstart≤β1<…<βi<…<βM≤θstop。
进一步，形成天线方向图幅度衰减码库的方法具体包括：
根据获取的参数信息建立天线方向图模型
Figure GDA0003626594780000024
式中θ为偏角，a为常数且
Figure GDA0003626594780000025
θ和θ0单位为度；
离散化天线方向图模型：将天线方向图模型以α为间隔均匀分割[-180°,180°]区间得到[-180°,180°]上离散点各自对应的幅度：
Figure GDA0003626594780000026
生成天线方向图幅度衰减码：根据离散化后的天线方向图模型生成对应的天线方向图幅度衰减码An依序存入存储器中，形成天线方向图幅度衰减码库
Figure GDA0003626594780000027
进一步，帧周期处理的方法包括：
在帧周期i计算目标点i所在角度βi与目标点i的天线扫描起始角度之差
Figure GDA0003626594780000031
其中，目标点i的天线扫描起始角度为目标点i-1所在角度，即
Figure GDA0003626594780000032
β0＝θstart，i＝1,2,3,...,M；
对计算所得的角度差
Figure GDA0003626594780000033
的值进行判断，如果
Figure GDA0003626594780000034
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure GDA0003626594780000035
如果
Figure GDA0003626594780000036
首先计算
Figure GDA0003626594780000037
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure GDA0003626594780000038
根据偏移值Ni，对帧周期i天线扫描起始角度进行补偿，如果
Figure GDA0003626594780000039
则根据补偿法1进行补偿，如果
Figure GDA00036265947800000310
则根据补偿法2进行补偿。
进一步，补偿法1为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure GDA00036265947800000311
然后从
Figure GDA00036265947800000312
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图衰减码的值；
补偿法2为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure GDA00036265947800000313
一直读取偏移值Ni个数的
Figure GDA00036265947800000314
读取结束后按照正常情况从
Figure GDA00036265947800000315
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图幅度衰减码。
本发明的另一方面提供的一种动态自适应天线扫描特性模拟系统，该系统包括天线扫描模拟准备模块和帧周期处理模块，所述天线扫描模拟准备模块用于完成天线扫描模拟准备，包括生成天线方向图幅度衰减码、设置存储器访问时间、获取天线扫描起始角度和终止角度及完成目标点所在角度的排序并编号存储；所述帧周期处理模块用于完成帧周期处理，包括帧周期天线扫描起始角度处理。
进一步，天线扫描模拟准备模块完成天线扫描模拟准备的方法具体包括：
读取当前设置的雷达对抗仿真环境相关参数信息，包括天线方向图形状、零功率波束宽度θ0、天线扫描周期T、天线扫描范围、目标点的位置和帧周期；
根据获取的参数信息建立天线方向图模型，根据离散化后的天线方向图模型生成天线方向图幅度衰减码An依序存入存储器中，形成天线方向图幅度衰减码库
Figure GDA0003626594780000041
根据获取的天线扫描周期T，设置存储器读取天线方向图幅度衰减码的访问时间
Figure GDA0003626594780000042
其中，α为一预定义的角度；
根据获取的天线扫描范围，确定天线扫描起始角度θstart和天线扫描终止角度θstop：
Figure GDA0003626594780000043
根据获取的目标点参数，将目标点所在角度βi按从小到大排序并编号存储：θstart≤β1<…<βi<…<βM≤θstop。
进一步，帧周期处理模块完成帧周期处理的方法包括：
在帧周期i计算目标点i所在角度βi与目标点i的天线扫描起始角度之差
Figure GDA0003626594780000044
其中，目标点i的天线扫描起始角度为目标点i-1所在角度，即
Figure GDA0003626594780000045
β0＝θstart，i＝1,2,3,...,M；
对计算所得的角度差
Figure GDA0003626594780000046
的值进行判断，如果
Figure GDA0003626594780000047
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure GDA0003626594780000048
如果
Figure GDA0003626594780000049
首先计算
Figure GDA00036265947800000410
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure GDA00036265947800000411
根据偏移值Ni，对帧周期i天线扫描起始角度进行补偿，如果
Figure GDA00036265947800000412
则根据补偿法1进行补偿，如果
Figure GDA0003626594780000051
则根据补偿法2进行补偿。
进一步，补偿法1为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure GDA0003626594780000052
然后从
Figure GDA0003626594780000053
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图衰减码的值；
补偿法2为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure GDA0003626594780000054
一直读取偏移值Ni个数的
Figure GDA0003626594780000055
读取结束后按照正常情况从
Figure GDA0003626594780000056
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图幅度衰减码。
本发明的另一方面提供的一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现如上所述的方法的步骤。
本发明提出的新型动态自适应天线扫描特性模拟方法及系统，实现了逼真模拟多个不同方位角接收机端口的脉冲幅度信息的目标。
附图说明
本发明将通过例子并参照附图的方式说明，其中：
图1为与本发明的示例性实施例一致的坐标系示意图；
图2为与本发明的示例性实施例一致的工作时序图；
图3为与本发明的示例性实施例一致的天线扫描模拟准备工作流程图；
图4为与本发明的示例性实施例一致的帧周期处理流程图；
图5为与本发明的具体实施例一致的目标点位置示意图。
具体实施方式
本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。
本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。
为了描述的方便，首先进行如下说明：
1.首先以雷达信号模拟器作为原心，正北方向为0°方向，顺时针旋转180°且以30°为间隔进行刻度标注定义0°～180°，同时逆时针旋转180°且以30°为间隔进行刻度标注定义-0°～-180°,从而定义了如图1所示的坐标系。
2.通常雷达在天线扫描过程中，一个波位一般发射和处理一帧数据，为此下面以处理一帧数据的帧周期来量化时间。一个天线扫描周期一般由多个帧周期组成。
3.将雷达探测目标所在位置简化为目标点位置进行描述，目标点个数为M。
4.整个方法主要分为两个阶段：
a)阶段一：天线扫描模拟准备阶段；
生成雷达天线方向图幅度衰减码、设置存储器访问时间、获取天线扫描起始角度和终止角度、完成目标点所在角度排序并编号存储。
b)阶段二：帧周期处理阶段；
完成帧周期天线扫描起始角度处理。
相应地，整个系统包括两个模块，即天线扫描模拟准备模块和帧周期处理模块，天线扫描模拟准备模块用于完成天线扫描模拟准备，帧周期处理模块用于完成帧周期处理。
基于上述说明，本发明提出的新型的动态自适应天线扫描特性模拟技术，该方法的工作时序图如图2所示，具体描述如下：
步骤1、完成天线扫描模拟准备工作，准备工作流程如图3所示。
步骤11，读取当前设置的雷达对抗仿真环境相关参数信息，主要是天线方向图形状、零功率波束宽度θ0、天线扫描周期T、扫描范围、目标点的位置、帧周期等重要参数信息。
步骤12，生成天线方向图幅度衰减码(包括辛格函数、高斯函数、余弦函数和余割函数)。
a)根据获取的参数信息建立天线方向图模型。下面以辛格函数作为天线方向图形状的代表。则有辛格函数天线方向图模型为：
Figure GDA0003626594780000071
式中θ为偏角；a为常数且
Figure GDA0003626594780000072
θ0为零功率波束宽度；θ和θ0单位为度。
b)离散化天线方向图模型。将辛格函数天线方向图模型以α为间隔均匀分割[-180°,180°]区间即可得到[-180°,180°]上离散点各自对应的幅度如下：
Figure GDA0003626594780000073
c)生成天线方向图幅度衰减码。根据离散化后的辛格函数天线方向图模型生成对应的天线方向图幅度衰减码An依序存入首地址为MA的存储器中，形成一个天线方向图幅度衰减码库，码库长度为
Figure GDA0003626594780000074
则有：
Figure GDA0003626594780000081
步骤13，设置存储器访问时间以建立满足要求的扫描周期。根据获取的天线扫描周期参数T，设置存储器读取天线方向图幅度衰减码的访问时间t，则有：
Figure GDA0003626594780000082
步骤14，根据获取的天线扫描范围，确定天线扫描起始角度θstart、天线扫描终止角度θstop，则有：
Figure GDA0003626594780000083
步骤15，根据获取的目标点参数，将目标点所在角度βi按从小到大排序并编号存储，则有：
θstart≤β1<…<βi<…<βM≤θstop (6)
帧周期处理流程如图4所示，包括如下所述的步骤2-5。
步骤2、在帧周期1计算目标点1角度与天线扫描起始角度之差
Figure GDA0003626594780000084
则有：
Figure GDA0003626594780000085
步骤3、对计算所得的角度差
Figure GDA0003626594780000086
的值进行判断，存在以下两种情况：
1)如果
Figure GDA0003626594780000087
则有帧周期1目标点1角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值N1：
Figure GDA0003626594780000088
2)如果
Figure GDA0003626594780000089
首先计算
Figure GDA00036265947800000810
则有帧周期1目标点1角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值N1：
Figure GDA0003626594780000091
步骤4、根据步骤3的偏移值N1，在帧周期1对目标点1的天线扫描起始角度进行补偿，分为以下两种情况：
1)如果
Figure GDA0003626594780000092
补偿法1：则天线扫描起始角度对应读取的天线方向图衰减码库的起始值为
Figure GDA0003626594780000093
然后从
Figure GDA0003626594780000094
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图幅度衰减码的值。
2)如果
Figure GDA0003626594780000095
补偿法2：则天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure GDA0003626594780000096
一直读取偏移值N1个数的
Figure GDA0003626594780000097
读取结束后按照正常情况从
Figure GDA0003626594780000098
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图幅度衰减码即可。
步骤5、对于下一帧周期，则计算目标点2所在角度与目标点2的天线扫描起始角度的角度差
Figure GDA0003626594780000099
目标2的天线扫描起始角度为目标点1所在的角度，即
Figure GDA00036265947800000910
然后对计算所得的角度差
Figure GDA00036265947800000911
的值进行判断并得到相应的偏移值N2，根据偏移值N2在帧周期2对目标点2的天线扫描起始角度进行补偿。如此便能够在一个扫描周期实现对两个不同方位的目标的天线扫描模拟。需注意模拟的不同方位的目标个数受硬件条件和扫描周期的限制。
依此类推，在帧周期i完成对目标点i的天线扫描起始角度的补偿，直到完成对所有目标点的天线扫描起始角度的补偿。
在一个具体实施例中，雷达对抗电磁环境设置如下，假设当前帧周期时刻为t1，根据存储器硬件条件决定的离散化间隔α＝0.5°，想定的雷达对抗电磁环境重要参数如下：
1)天线方向图形状：辛格函数；
2)零功率波束宽度：θ0＝2°；
3)天线扫描周期为14.4s；
扇扫范围为-45°～45°，目标点1和目标点2的位置如图5所示。
根据本发明，其具体实施过程如下：
1.获取当前雷达对抗电磁环境相关参数信息。
1)生成辛格函数天线方向图幅度衰减码。
a)根据式子(1)按照设定场景建立辛格函数天线方向图模型为：
Figure GDA0003626594780000101
其中θ0＝2°，
Figure GDA0003626594780000102
b)根据式子(2)将辛格函数天线方向图以0.5°为间隔均匀分割[-180°,180°]区间即可得到[-180°,180°]上离散点各自对应的幅度如下：
Figure GDA0003626594780000103
c)生成辛格函数天线方向图衰减码An存入首地址为MA的存储器中。由上可知在[-180°,180°]的区间一共有721个离散点(包括0°这一特殊点)，每1°对应2个离散点(除去0°这一特殊点)，则当前离散数据点范围为[-360，360]。
2)根据获取的天线扫描周期要求，设置存储器读取天线方向图幅度衰减码的访问时间t，则有：
Figure GDA0003626594780000104
3)根据获取的天线扫描范围，天线扫描起始角度θstart、天线扫描终止角度θstop，则有：
Figure GDA0003626594780000111
4)根据获取的目标点参数，已知目标点1和目标点2所在角度β1和β2则有：
Figure GDA0003626594780000112
且β1<β2
2.帧周期1计算当前目标点1角度与天线扫描起始角度之差为
Figure GDA0003626594780000113
则有：
Figure GDA0003626594780000114
3.由计算所得的角度差
Figure GDA0003626594780000115
对其进行判断，由于：
Figure GDA0003626594780000116
因此直接确定目标点1角度与天线扫描起始角度之差的偏移值N1，则有
Figure GDA0003626594780000117
4.根据上述计算的偏移值N1，再对当前时刻t1目标点1的天线扫描起始角度进行补偿，由于：
Figure GDA0003626594780000118
则此时天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码的起始值为A-60，然后从A-60按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图衰减码的值。
5.帧周期2，令θstart＝β1＝-15°，计算目标点2与目标点1角度差为
Figure GDA0003626594780000119
则有：
Figure GDA00036265947800001110
则此时天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码的起始值为A-110，然后从A-110按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图衰减码的值。从而实现了对两个不同方位的目标的天线扫描模拟。
本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种动态自适应天线扫描特性模拟方法，其特征在于，该方法包括天线扫描模拟准备和帧周期处理，所述天线扫描模拟准备包括生成天线方向图幅度衰减码、设置存储器访问时间、获取天线扫描起始角度和终止角度及完成目标点所在角度的排序并编号存储；所述帧周期处理完成帧周期天线扫描起始角度处理；所述天线扫描模拟准备的方法具体包括：
读取当前设置的雷达对抗仿真环境相关参数信息，包括天线方向图形状、零功率波束宽度θ0、天线扫描周期T、天线扫描范围、目标点的位置和帧周期；
根据获取的参数信息建立天线方向图模型，根据离散化后的天线方向图模型生成天线方向图幅度衰减码An依序存入存储器中，形成天线方向图幅度衰减码库
Figure FDA0003648876040000011
根据获取的天线扫描周期T，设置存储器读取天线方向图幅度衰减码的访问时间
Figure FDA0003648876040000012
其中，α为一预定义的角度；
根据获取的天线扫描范围，确定天线扫描起始角度θstart和天线扫描终止角度θstop：
Figure FDA0003648876040000013
根据获取的目标点参数，将目标点所在角度βi按从小到大排序并编号存储：θstart≤β1<…<βi<…<βM≤θstop，M为目标点个数；
帧周期处理的方法包括：
在帧周期i计算目标点i所在角度βi与目标点i的天线扫描起始角度的角度差
Figure FDA0003648876040000014
其中，目标点i的天线扫描起始角度为目标点i-1所在角度，即
Figure FDA0003648876040000015
β0＝θstart，i＝1,2,3,...,M；
对计算所得的角度差
Figure FDA0003648876040000016
的值进行判断，如果
Figure FDA0003648876040000017
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure FDA0003648876040000018
如果
Figure FDA0003648876040000019
首先计算
Figure FDA0003648876040000021
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure FDA0003648876040000022
根据偏移值Ni，对帧周期i天线扫描起始角度进行补偿，如果
Figure FDA0003648876040000023
则根据补偿法1进行补偿，如果
Figure FDA0003648876040000024
则根据补偿法2进行补偿；补偿法1为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure FDA0003648876040000025
然后从
Figure FDA0003648876040000026
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图衰减码的值；
补偿法2为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure FDA0003648876040000027
一直读取偏移值Ni个数的
Figure FDA0003648876040000028
读取结束后按照正常情况从
Figure FDA0003648876040000029
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图幅度衰减码。
2.根据权利要求1所述的一种动态自适应天线扫描特性模拟方法，其特征在于，形成天线方向图幅度衰减码库的方法具体包括：
根据获取的参数信息建立天线方向图模型
Figure FDA00036488760400000210
式中θ为偏角，a为常数且
Figure FDA00036488760400000211
θ和θ0单位为度；
离散化天线方向图模型：将天线方向图模型以α为间隔均匀分割[-180°,180°]区间得到[-180°,180°]上离散点各自对应的幅度：
Figure FDA00036488760400000212
生成天线方向图幅度衰减码：根据离散化后的天线方向图模型生成对应的天线方向图幅度衰减码An依序存入存储器中，形成天线方向图幅度衰减码库
Figure FDA0003648876040000031
3.一种动态自适应天线扫描特性模拟系统，其特征在于，该系统包括天线扫描模拟准备模块和帧周期处理模块，所述天线扫描模拟准备模块用于完成天线扫描模拟准备，包括生成天线方向图幅度衰减码、设置存储器访问时间、获取天线扫描起始角度和终止角度及完成目标点所在角度的排序并编号存储；所述帧周期处理模块用于完成帧周期处理，包括帧周期天线扫描起始角度处理；天线扫描模拟准备模块完成天线扫描模拟准备的方法具体包括：
读取当前设置的雷达对抗仿真环境相关参数信息，包括天线方向图形状、零功率波束宽度θ0、天线扫描周期T、天线扫描范围、目标点的位置和帧周期；
根据获取的参数信息建立天线方向图模型，根据离散化后的天线方向图模型生成天线方向图幅度衰减码An依序存入存储器中，形成天线方向图幅度衰减码库
Figure FDA0003648876040000032
根据获取的天线扫描周期T，设置存储器读取天线方向图幅度衰减码的访问时间
Figure FDA0003648876040000033
其中，α为一预定义的角度；
根据获取的天线扫描范围，确定天线扫描起始角度θstart和天线扫描终止角度θstop：
Figure FDA0003648876040000034
根据获取的目标点参数，将目标点所在角度βi按从小到大排序并编号存储：θstart≤β1<…<βi<…<βM≤θstop；
帧周期处理模块完成帧周期处理的方法包括：
在帧周期i计算目标点i所在角度βi与目标点i的天线扫描起始角度之差
Figure FDA0003648876040000035
其中，目标点i的天线扫描起始角度为目标点i-1所在角度，即
Figure FDA0003648876040000036
β0＝θstart，i＝1,2,3,...,M；
对计算所得的角度差
Figure FDA0003648876040000041
的值进行判断，如果
Figure FDA0003648876040000042
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure FDA0003648876040000043
如果
Figure FDA0003648876040000044
首先计算
Figure FDA0003648876040000045
则帧周期i目标点i角度与天线扫描起始角度值之差的偏移值
Figure FDA0003648876040000046
根据偏移值Ni，对帧周期i天线扫描起始角度进行补偿，如果
Figure FDA0003648876040000047
则根据补偿法1进行补偿，如果
Figure FDA0003648876040000048
则根据补偿法2进行补偿；补偿法1为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure FDA0003648876040000049
然后从
Figure FDA00036488760400000410
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图衰减码的值；
补偿法2为：目标点i的天线扫描起始角度对应读取的天线方向图幅度衰减码库的起始值为
Figure FDA00036488760400000411
一直读取偏移值Ni个数的
Figure FDA00036488760400000412
读取结束后按照正常情况从
Figure FDA00036488760400000413
开始按照顺序往后依次从存储器中读取天线方向图幅度衰减码。
4.一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，所述计算机程序被处理器执行时实现权利要求1至2中任一项所述的方法的步骤。
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