CN110045341B - 雷达高度表低截获性能测试方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种雷达高度表低截获性能测试方法，旨在提供一种测试指标全、测试精度高、测试成本低的雷达高度表低截获性能测试方法。本发明通过下述技术方案实现：控制计算机将复杂场景模拟信息送入雷达高度表复杂场景模拟器，将生成的回波信号输出到雷达高度表启动射频管控软件，实时管理雷达高度表的辐射开关状态，分析雷达高度表在测高范围内任一高度上正常工作时对有效辐射功率的需求，确定在满足测高性能的前提下最小的辐射功率，通过功分器相连的天线将发射信号送入功率计，对雷达高度表发射信号进行测试，将辐射时间、辐射功率传输到性能分析计算机，根据功率计的辐射参数测量结果进行分析，计算得到功率控制范围、步进、精度和截获因子。

Description

雷达高度表低截获性能测试方法

技术领域

本发明涉及一种雷达高度表低截获性能测试方法。

背景技术

雷达高度表是一种主动遥感设备，采用无线电技术实现对飞行器距离当前地球表面的垂直距离的测量，最初用于测量地面上空的飞行器高度，后来逐渐扩展到其它方面，如低空导航，地形回避等应用。雷达高度表利用自身发射信号的回波实现测高功能。雷达高度表回波是由地球表面对雷达高度表对外辐射的电磁波的后向散射与反射形成的，地球表面作为雷达高度表的目标，相比于一般雷达的点目标回波，雷达高度表回波为面目标回波，要复杂的多。雷达高度表回波与发射波所照射的地区表面的散射特性有关，而被照射表面可能是农田、森林、岩石、山区、沙漠、海洋、湖泊及城镇建筑等，这些表面的物理参数如温度、湿度、结构尺寸等和化学成分是各不相同的，对电磁波的散射与反射也是不同的，都对回波产生影响。此外，雷达散射回波还与发射波的入射角、极化方式、工作频率等因素有关。因此，雷达高度表回波与地物间的关系是非常复杂的。

由于技术的不断发展，雷达高度表与气压高度表和激光高度表等测高设备相比，兼备测高范围大、全天候、精度高、功耗低、体积小等优点，使用广泛。但另一方面，在载机的飞行任务中，雷达高度表在起飞、巡航以及降落过程中需一直处于开启状态，维持测高功能。在低空突防过程中，为了避免载机撞地或坠海，其雷达高度表是无法静默的。针对这个特点，敌方往往可以通过探测己方雷达高度表信号的方式来检测是否有低空飞行体，能够尽早发现告警，进而实施干扰。因此，雷达高度表需要进行射频管控软件设计，使之满足低截获要求，支撑远程突防等任务的执行。相应地，需要研究雷达高度表的低截获性能测试方法，评估在不同复杂场景下，雷达高度表在采取射频管控软件措施后的低截获性能，指导雷达高度表的工程实现并给出优化建议。由于雷达高度表在实际工作中的测量数据量非常大，以前的测试方法只能在实验室通过光纤延时设备或数字化延时设备来模拟不同高度的回波信息，用示波器测量其输出信号，对数据进行后期分析。这种方法最致命的弱点是无法获得真实地面回波的模拟情况，故无法定量评估当前雷达高度表在满足测高指标时，是否达到低截获性能的最优值。

发明内容

本发明的目的是针对目前雷达高度表低截获性能很难准确定量评估的问题，提供一种测试的指标全，测试的精度高，测试的成本低，可模拟复杂场景回波并能定量测试雷达高度表在射频管控软件下的低截获性能的方法。

本发明的上述目的可以通过雷达高度表复杂场景模拟器生成复杂测高环境、雷达高度表射频管控软件、雷达高度表低截获性能测试来实现。

一种雷达高度表低截获性能测试方法，具有如下技术特征：采用控制计算机编辑载机经度、纬度、高度、姿态参数，加载复杂地形文件库和雷达高度表天线方向图，将复杂场景模拟信息送入雷达高度表和雷达高度表复杂场景模拟器；雷达高度表复杂场景模拟器生成回波信号，并将生成的回波信号输出到雷达高度表；雷达高度表根据回波信号和复杂场景模拟信息，启动射频管控软件，实时管理雷达高度表的辐射开关状态，分析雷达高度表在测高范围内任一高度上正常工作时对有效辐射功率的需求，确定在满足测高性能的前提下最小的辐射功率，通过功分器相连的天线将发射信号送入功率计，对雷达高度表发射信号进行测试，连续记录雷达高度表的大动态辐射功率，对雷达高度表发射信号进行辐射参数测量，将辐射时间、辐射功率传输到性能分析计算机；性能分析计算机根据功率计的辐射参数测量结果进行分析，计算得到功率控制范围、步进、精度和截获因子，得到低截获性能。

本发明相比于现有的雷达高度表性能测试方法来说，具有如下有益效果：

1.低截获性能测试的指标全。本发明采用控制计算机编辑载机经度、纬度、高度、姿态参数，加载复杂地形文件库和雷达高度表天线方向图，将复杂场景模拟信息送入雷达高度表复杂场景模拟器和雷达高度表。雷达高度表复杂场景模拟器生成回波信号，并将生成的回波信号输出到雷达高度表。雷达高度表能够在射频管控软件下正常工作，雷达高度表低截获性能测试的指标全，不仅能够测试雷达高度表功率控制范围、步进以及精度低截获技术指标，而且还能够测试截获因子低截获战术指标。

2.低截获性能测试的精度高。本发明采用雷达高度表复杂场景模拟器生成回波信号输出到雷达高度表。雷达高度表复杂场景模拟器模拟载机规划航路覆盖地形的各项参数，包含地形高度数据、地面散射系数数据，对应不同的地面覆盖物，例如沙漠、草地、海面、城市等，可以避免外场飞行中的各种干扰，使得雷达高度表低截获性能测试的精度高。

3.低截获性能测试的成本低。本发明可以通过在实验室模拟雷达高度表复杂的工作场景，用等效的方法代替了地面和试飞试验，可以通过改变复杂场景模拟器的设置即可实现多次测量，大大降低了测试的成本。

附图说明

下面结合附图和实例对本发明一种雷达高度表低截获性能测试方法进一步说明。

图1是本发明一种雷达高度表低截获性能测试的原理示意图。

图2是图1雷达高度表复杂场景模拟器的原理示意图。

图3是本发明雷达高度表的射频管控软件的实现流程图。

具体实施方式

参阅图1。根据本发明，采用控制计算机编辑载机经度、纬度、高度、姿态参数，加载复杂地形文件库和雷达高度表天线方向图，将复杂场景模拟信息送入雷达高度表和雷达高度表复杂场景模拟器；雷达高度表复杂场景模拟器生成回波信号，并将生成的回波信号输出到雷达高度表；雷达高度表根据回波信号和复杂场景模拟信息，启动射频管控软件，实时管理雷达高度表的辐射开关状态，分析雷达高度表在测高范围内任一高度上正常工作时对有效辐射功率的需求，确定在满足测高性能的前提下最小的辐射功率，通过功分器相连的天线将发射信号送入功率计，对雷达高度表发射信号进行测试，连续记录雷达高度表的大动态辐射功率，对雷达高度表发射信号进行辐射参数测量，将辐射时间、辐射功率传输到性能分析计算机；性能分析计算机根据功率计的辐射参数测量结果进行分析，计算得到功率控制范围、步进、精度和截获因子，得到低截获性能。

性能分析计算机首先根据功率计测试结果P_i的最大取值max[·]、最小取值min[·]，计算出功率控制范围P_range＝max[P_i]-min[P_i]和功率控制步进P_{step_i}＝P_i-P_i-1，然后根据功率控制步进P_{step_i}、功率控制步进的设计值P_{step_th}和测试次数N计算出功率控制精度

最后根据截获距离R_I、测高高度R_D、发射功率P_t、截获接收机方向的发射增益G_tI、发射增益G_t、截获增益G_i、接收增益G_r、雷达高度表接收机灵敏度P_rminR、截获接收机灵敏度P_rminI、地面雷达反射截面积σ和发射频率f计算出截获因子

参阅图2。雷达高度表复杂场景模拟器实现动态回波信号的模拟，组成模块包括信号解析模块、回波空间衰减计算模块、天线增益计算模块以及回波信号模拟模块。功分器接收到的雷达高度表发射信号送入信号解析模块进行滤波、解调；天线增益计算模块按载机的姿态、高度参数以及雷达高度表天线方向图，将计算出的雷达高度表天线地面覆盖区域以及覆盖区域的天线增益送入回波空间衰减计算模块。回波空间衰减计算模块按载机的经度和纬度匹配地形文件库中对应坐标点的地形高度数据以及地面散射系数，计算载机在当前参数下覆盖区域内的回波空间衰减；回波信号模拟模块按瑞利分布模型模拟动态回波信号并送入雷达高度表。

参阅图3。首先，雷达高度表射频管控软件开启雷达高度表，雷达高度表对外辐射测高信号。其次，雷达高度表射频管控软件检测载机姿态角是否满足要求，若满足，则雷达高度表以最大功率对外辐射测高信号；若不满足，则雷达高度表不对外辐射测高信号。再次，雷达高度表射频管控软件判断连续三个测高周期内是否有自相关峰超过测高门限。若自相关峰连续三个测高周期内均低于测高门限，则雷达高度表在下一测高周期以最大功率对外辐射测高信号。连续三次检测是为了防止某一次因为噪声的原因将自相关峰拉低到测高门限下，而连续三次未超过测高门限可以认为是地形突变等因素引起的，雷达高度表需要以最大功率对外辐射测高信号。若自相关峰有一次超过测高门限，则继续判断自相关峰是否大于最小功率，大于则雷达高度表减少一个发射功率步进后对外辐射测高信号，否则，雷达高度表以最小功率对外辐射测高信号。然后，雷达高度表射频管控软件检测高度测量是否有输出，无输出则保留上次高度测量值，有输出则更新为本次的高度测量值。最后，雷达高度表射频管控软件判断高度测量值是否低于决断值，低于则雷达高度表以最大功率对外辐射测高信号，否则雷达高度表进行功率控制，以新功率对外辐射测高信号。

然而，应当理解的是，这里所披露的实施方式仅仅是本发明的典型例子而已，其可体现为各种形式。因此，这里披露的具体细节不被认为是限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础以及作为用于教导本领域技术人员以实际中任何恰当的方式不同地应用本发明的代表性的基础，包括采用这里所披露的各种特征并结合这里可能没有明确披露的特征。在本发明的创作思想下，本领域的技术人员可以对上述结构和材料作各种变化和改进，包括这里单独披露或要求保护的技术特征的组合，明显地包括这些特征的其它组合。这些变形和/或组合均落入本发明所涉及的技术领域内，并落入本发明权利要求的保护范围。

Claims (8)

1.一种雷达高度表低截获性能测试方法，具有如下技术特征：采用控制计算机编辑载机经度、纬度、高度、姿态参数，加载复杂地形文件库和雷达高度表天线方向图，将复杂场景模拟信息送入雷达高度表和雷达高度表复杂场景模拟器；雷达高度表复杂场景模拟器生成回波信号，并将生成的回波信号输出到雷达高度表；雷达高度表根据回波信号和复杂场景模拟信息，启动射频管控软件，实时管理雷达高度表的辐射开关状态，分析雷达高度表在测高范围内任一高度上正常工作时对有效辐射功率的需求，确定在满足测高性能的前提下最小的辐射功率，通过功分器相连的天线将发射信号送入功率计，对雷达高度表发射信号进行测试，连续记录雷达高度表的大动态辐射功率，对雷达高度表发射信号进行辐射参数测量，将辐射时间、辐射功率传输到性能分析计算机；性能分析计算机根据功率计的辐射参数测量结果进行分析，首先根据功率计测试结果P_i的最大取值max[·]、最小取值min[·]，计算出功率控制范围P_range＝max[P_i]-min[P_i]和功率控制步进P_{step_i}＝P_i-P_i-1，然后根据功率控制步进P_{step_i}、功率控制步进的设计值P_{step_th}和测试次数N，计算出功率控制精度

然后根据截获距离R_I、测高高度R_D、发射功率P_i、截获接收机方向的发射增益G_iI、发射增益G_i、截获增益G_i、接收增益G_r、雷达高度表接收机灵敏度P_rminR、截获接收机灵敏度P_rminI、地面雷达反射截面积σ和发射频率f计算出截获因子，计算得到功率控制范围、步进、精度和截获因子和低截获性能。

2.如权利要求1所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：雷达高度表射频管控软件判断连续三个测高周期内是否有自相关峰超过测高门限，若自相关峰连续三个测高周期内均低于测高门限，则雷达高度表在下一测高周期以最大功率对外辐射测高信号。

3.如权利要求1所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：连续三次未超过测高门限认为是地形突变的因素引起的，雷达高度表以最大功率对外辐射测高信号，若自相关峰有一次超过测高门限，则继续判断自相关峰是否大于最小功率，大于则雷达高度表减少一个发射功率步进后对外辐射测高信号，否则，雷达高度表以最小功率对外辐射测高信号。

4.如权利要求1所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：雷达高度表射频管控软件检测高度测量是否有输出，无输出则保留上次高度测量值，有输出则更新为本次的高度测量值。

5.如权利要求1所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：雷达高度表射频管控软件判断高度测量值是否低于决断值，低于则雷达高度表以最大功率对外辐射测高信号，否则雷达高度表进行功率控制，以新功率对外辐射测高信号。

6.如权利要求1所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：雷达高度表复杂场景模拟器实现动态回波信号的模拟，组成模块包括信号解析模块、回波空间衰减计算模块、天线增益计算模块以及回波信号模拟模块；功分器接收到的雷达高度表发射信号送入信号解析模块进行滤波、解调；天线增益计算模块按载机的姿态、高度参数以及雷达高度表天线方向图，将计算出的雷达高度表天线地面覆盖区域以及覆盖区域的天线增益送入回波空间衰减计算模块；回波空间衰减计算模块按载机的经度和纬度匹配地形文件库中对应坐标点的地形高度数据以及地面散射系数，计算载机在当前参数下覆盖区域内的回波空间衰减，回波信号模拟模块按瑞利分布模型模拟动态回波信号并送入雷达高度表。

7.如权利要求1所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：雷达高度表射频管控软件检测载机姿态角是否满足要求，若满足，则雷达高度表以最大功率对外辐射测高信号；若不满足，则雷达高度表不对外辐射测高信号；判断连续三个测高周期内是否有自相关峰超过测高门限；若自相关峰连续三个测高周期内均低于测高门限，则雷达高度表在下一测高周期以最大功率对外辐射测高信号；若自相关峰有一次超过测高门限，则继续判断自相关峰是否大于最小功率，大于则雷达高度表减少一个发射功率步进后对外辐射测高信号，否则，雷达高度表以最小功率对外辐射测高信号。

8.如权利要求7所述的雷达高度表低截获性能测试方法，其特征在于：雷达高度表射频管控软件检测高度测量是否有输出，无输出则保留上次高度测量值，有输出则更新为本次的高度测量值，最后，雷达高度表射频管控软件判断高度测量值是否低于决断值，低于则雷达高度表以最大功率对外辐射测高信号，否则雷达高度表进行功率控制，以新功率对外辐射测高信号。

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