CN110850376A - 箔条干扰模拟方法及箔条干扰模拟器 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种箔条干扰模拟方法及箔条干扰模拟器，属于雷达技术领域。本发明首先基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；之后在线产生具有箔条干扰特性的回波系数；进而产生箔条干扰模拟信号。利用本发明能够以较低的实现复杂度、较高的精度实现各种箔条干扰的模拟，包括舰载、机载和弹载等平台的箔条弹特性，各种风速、抛撒速度、抛撒方向，一次性抛洒、连续抛撒，各种频率范围，各种平台运动速度，适应各种雷达信号。本发明的高精度、低复杂度、通用性是传统箔条干扰模拟器所不具备的，具有极高的应用前景。
Description
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，特别涉及箔条干扰模拟技术领域，具体是指一种箔条干扰模拟方法及箔条干扰模拟器。
背景技术
箔条干扰，是指通过在空中投放箔条反射雷达信号，作为假目标用冲淡、质心等干扰方式干扰敌方的预警、探测雷达，或者作为诱饵诱偏敌方的跟踪雷达，或者形成具有一定长度、宽度和厚度的干扰走廊，用于掩护己方目标。作为使用最早和最广泛的无源干扰措施，箔条干扰已经成为飞机、导弹、舰船等作战对象普遍具有的干扰能力。
箔条干扰特性主要取决于箔条的运动扩散特性以及对雷达反射的回波特性。其运动特性与箔条释放平台的箔条抛洒速度、抛洒方向、箔条所在环境的风力、空气密度和粘度相关，是影响箔条的雷达回波特性的主要因素之一。其回波特性与雷达的工作体制以及工作波形有关。
箔条干扰模拟器被广泛用于抗箔条干扰的各种装备的性能试验和测试中。在现有技术中，如图1所示，箔条干扰模拟器是通过天线和接收单元(接收单元包括放大器、滤波器、变频器等微波组件以及A/D模数变换器等)接收雷达信号，由箔条回波调制系数产生器根据箔条各种特性(包括幅度特性、相位特性、功率谱特性等)产生箔条回波调制系数，并与接收雷达信号进行卷积，最终通过发射单元(包括D/A数模变换器、变频器、滤波器、功放等微波组件)将调制后的信号发送给雷达的装备，目的是模拟真实的箔条干扰。
现有的箔条干扰模拟方法主要是经验公式法。根据对箔条干扰的实测数据建立统计公式(典型的公式是瑞利分布的幅度、均匀分布的相位、高斯分布的功率谱)建立箔条回波调制系数表格，通过查表法选择调制系数，并与接收的雷达信号进行卷积，从而使产生的干扰信号的幅度、相位和功率谱与统计公式始终保持一致。调制系数在模拟过程中通常保持不变。经验公式法实现简单，但通用性和精度均较差，主要是因为影响箔条干扰的运动扩散特性和雷达回波特性因素众多，一种场景下的实测数据不适用于其他场景。
发明内容
本发明的目的是克服了上述现有技术中的缺点，提供以较低复杂度实现精确模拟，大幅提升精度和适用性的箔条干扰模拟方法及箔条干扰模拟器。
为了实现上述的目的，本发明的箔条干扰模拟方法包括以下步骤：
(1)基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；
(2)利用所述的箔条干扰滤波器系数及非线性变换滤波器产生具有箔条干扰特性的回波系数；
(3)利用所述的回波系数及实时获取的雷达信号产生箔条干扰模拟信号。
该箔条干扰模拟方法中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(a)进行仿真参数、雷达参数、箔条弹发射器、箔条弹所处环境以及箔条弹参数的初始化；
(b)根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照所述箔条弹发射器的类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角、俯仰角、位置、速度和转速；
(c)根据所述的箔条弹所处环境确定箔条运动扩散模型；
(d)利用所述的箔条运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速，并判断箔条所处的生存阶段，该生成阶段包括未成熟期、成熟期和衰落期，根据所述的生存阶段选取有效箔条；
(e)根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角，产生第i个箔条的回波；
(f)在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位；
(g)对每个箔条云统计生存阶段，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的生存阶段；
(h)将各生存阶段的回波样本拟合，获得各生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱；
(i)根据各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱分别设计各生存阶段的非线性变换滤波器，产生相应的箔条干扰滤波器系数。
该箔条干扰模拟方法中，所述的步骤(c)具体包括以下步骤：
确定所述的箔条弹所处环境是稠密大气或稀疏大气，
如果是稠密大气，则该步骤(c)包括以下步骤：
(c1-i)对稠密大气中的每个箔条进行受力分析；
(c1-ii)根据箔条在水平面内圆周运动的半径与角速度关系得到箔条水平扩散模型；
(c1-iii)根据空气粘度系数公式计算箔条高度随时间的变化关系；
(c1-iv)根据箔条高度随时间的变化关系得到箔条下降速度公式，即垂直扩散模型；
(c1-v)根据所述的箔条弹发射器的类型选择球面均匀分布或水平正态分布模型，对箔条方位角和俯仰角初始化；
(c1-vi)初始化箔条转速；
如果是稀疏大气，则该步骤(c)包括以下步骤：
(c2-i)建立箔条平动的运动方程；
(c2-ii)建立箔条转动的运动方程；
(c2-iii)初始化箔条方位角和俯仰角。
该箔条干扰模拟方法中，所述的判断箔条所处的生存阶段具体为：
若箔条间最小距离不大于二倍波长，则箔条处于未成熟期；
雷达截面积开始下降，则箔条处于衰落期；
箔条间最小距离大于二倍波长，且雷达截面积未下降，则箔条处于成熟期。
该箔条干扰模拟方法中，所述的步骤(d)中所述的根据所述的生存阶段选取有效箔条，具体为：
如果处于未成熟期，则按照互偶效应以及粘连因素对箔条云中有效箔条数的影响，随机确定有效箔条数；如果处于成熟期和衰落期，则将所有的箔条作为有效箔条。
该箔条干扰模拟方法中，所述的步骤(2)具体为：利用所述的箔条干扰滤波器系数产生独立的高斯随机过程，并经过滤波和非线性变换滤波器变换得到与各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱一致的相关随机序列，作为具有箔条干扰特性的回波系数。
该箔条干扰模拟方法中，所述的步骤(3)具体为：利用所述的回波系数与实时获取的雷达信号卷积，产生箔条干扰模拟信号。
本发明还提供一种箔条干扰模拟器，包括：
箔条电磁特性离线仿真单元，用以基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；
箔条回波系数生成器，用以利用所述的箔条干扰滤波器系数及非线性变换滤波器产生具有箔条干扰特性的回波系数；
卷积器，用以利用所述的回波系数及实时获取的雷达信号产生所述的箔条干扰模拟信号；
信号收发装置，用以接收所述的雷达信号，并发送所述的箔条干扰模拟信号。
该箔条干扰模拟器中，所述的箔条电磁特性离线仿真单元包括：主控子单元和电磁特性离线仿真子单元；
所述的主控子单元包括：
雷达参数编辑模块，用以配置雷达参数；
箔条干扰仿真配置模块，用以配置箔条弹发射器、箔条弹所处环境以及箔条弹参数；
微波/储频控制模块，用以配置仿真参数；
所述的电磁特性离线仿真子单元包括：
箔条弹运动特性建摸模块，用以根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照所述箔条弹发射器的类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角、俯仰角、位置、速度和转速；并根据所述的箔条弹所处环境确定箔条运动扩散模型；
箔条冲激响应过程仿真模块，用以利用所述的箔条运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速，并判断箔条所处的生存阶段，该生成阶段包括未成熟期、成熟期和衰落期，根据所述的生存阶段选取有效箔条；并根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角，产生第i个箔条的回波；
箔条统计特性生成模块，用以在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位；对每个箔条云统计生存阶段，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的生存阶段；将各生存阶段的回波样本拟合，获得各生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱；
非线性滤波器设计模块，用以根据各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱分别设计各生存阶段的非线性变换滤波器，产生相应的箔条干扰滤波器系数。
该箔条干扰模拟器中，所述的箔条回波系数生成器包括：
独立高斯随机序列生成单元，用以产生独立的高斯随机过程；
非线性变换滤波器，为利用所述的箔条电磁特性离线仿真单元产生的箔条干扰滤波器系数生成，用以对所述的独立的高斯随机过程进行滤波，获得具有箔条干扰特性的回波系数。
该箔条干扰模拟器中，所述的卷积器包括：
顺序连接的卷积运算单元、延时单元单元、上变频单元和DAC播放单元，
其中所述的卷积运算单元，用以从所述的箔条回波系数生成器获取所述的具有箔条干扰特性的回波系数，并从所述的信号收发装置时获取的所述的雷达信号；将所述的回波系数与所述的雷达信号卷积产生所述的箔条干扰模拟信号；
该箔条干扰模拟信号经过所述的延时单元单元、上变频单元和DAC播放单元发送至所述的信号收发装置。
采用了该发明的箔条干扰模拟方法及箔条干扰模拟器，其首先基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；之后在线产生具有箔条干扰特性的回波系数；进而产生箔条干扰模拟信号。利用本发明能够以较低的实现复杂度、较高的精度实现各种箔条干扰的模拟，包括舰载、机载和弹载等平台的箔条弹特性，各种风速、抛撒速度、抛撒方向，一次性抛洒、连续抛撒，各种频率范围，各种平台运动速度，适应各种雷达信号。本发明的高精度、低复杂度、通用性是传统箔条干扰模拟器所不具备的，具有极高的应用前景。
附图说明
图1为现有技术中的箔条干扰模拟器的结构示意图。
图2为本发明的箔条干扰模拟器的结构示意图。
图3为本发明的箔条干扰模拟方法的步骤流程图。
图4为本发明的箔条干扰模拟器中的箔条电磁特性离线仿真模块的实现方式示意图。
图5为本发明的箔条干扰模拟器中的箔条回波系数在线生成器的实现方式示意图。
图6为利用本发明的箔条干扰模拟器进行评估干扰影响的相位分布示意图。
图7为利用本发明的箔条干扰模拟器进行评估干扰影响的功率谱分布示意图。
图8为本发明的箔条干扰模拟方法中设计箔条弹的过程示意图。
图9为本发明的箔条干扰模拟器在现实应用方式的具体流程示意图。
具体实施方式
为了能够更清楚地理解本发明的技术内容，特举以下实施例详细说明。
请参阅图2所示，为本发明的箔条干扰模拟器的结构示意图。
在一种实施方式中，该箔条干扰模拟器，如图2所示，包括：
箔条电磁特性离线仿真单元，用以基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；
箔条回波系数生成器，用以利用所述的箔条干扰滤波器系数及非线性变换滤波器产生具有箔条干扰特性的回波系数；
卷积器，用以利用所述的回波系数及实时获取的雷达信号产生所述的箔条干扰模拟信号；
信号收发装置，用以接收所述的雷达信号，并发送所述的箔条干扰模拟信号。
相应的，利用该实施方式的箔条干扰模拟器实现的箔条干扰模拟方法，如图3所示，包括以下步骤：
(1)基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；
(2)利用所述的箔条干扰滤波器系数及非线性变换滤波器产生具有箔条干扰特性的回波系数；
(3)利用所述的回波系数及实时获取的雷达信号产生箔条干扰模拟信号。
在一种优选的实施方式中，该箔条干扰模拟器中的箔条电磁特性离线仿真单元包括：主控子单元和电磁特性离线仿真子单元。
其中，所述的主控子单元包括：
雷达参数编辑模块，用以配置雷达参数；
箔条干扰仿真配置模块，用以配置箔条弹发射器、箔条弹所处环境以及箔条弹参数；
微波/储频控制模块，用以配置仿真参数。
其中，所述的电磁特性离线仿真子单元包括：
箔条弹运动特性建摸模块，用以根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照所述箔条弹发射器的类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角、俯仰角、位置、速度和转速；并根据所述的箔条弹所处环境确定箔条运动扩散模型；
箔条冲激响应过程仿真模块，用以利用所述的箔条运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速，并判断箔条所处的生存阶段，该生成阶段包括未成熟期、成熟期和衰落期，根据所述的生存阶段选取有效箔条；并根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角，产生第i个箔条的回波；
箔条统计特性生成模块，用以在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位；对每个箔条云统计生存阶段，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的生存阶段；将各生存阶段的回波样本拟合，获得各生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱；
非线性滤波器设计模块，用以根据各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱分别设计各生存阶段的非线性变换滤波器，产生相应的箔条干扰滤波器系数。
相应的，在利用该实施方式的箔条干扰模拟器实现的箔条干扰模拟方法中，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(a)进行仿真参数、雷达参数、箔条弹发射器、箔条弹所处环境以及箔条弹参数的初始化；
(b)根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照所述箔条弹发射器的类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角、俯仰角、位置、速度和转速；
(c)根据所述的箔条弹所处环境确定箔条运动扩散模型；
(d)利用所述的箔条运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速，并判断箔条所处的生存阶段，该生成阶段包括未成熟期、成熟期和衰落期，根据所述的生存阶段选取有效箔条；
(e)根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角，产生第i个箔条的回波；
(f)在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位；
(g)对每个箔条云统计生存阶段，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的生存阶段；
(h)将各生存阶段的回波样本拟合，获得各生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱；
(i)根据各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱分别设计各生存阶段的非线性变换滤波器，产生相应的箔条干扰滤波器系数。
其中，所述的步骤(c)具体包括以下步骤：
确定所述的箔条弹所处环境是稠密大气或稀疏大气，
如果是稠密大气，则该步骤(c)包括以下步骤：
(c1-i)对稠密大气中的每个箔条进行受力分析；
(c1-ii)根据箔条在水平面内圆周运动的半径与角速度关系得到箔条水平扩散模型；
(c1-iii)根据空气粘度系数公式计算箔条高度随时间的变化关系；
(c1-iv)根据箔条高度随时间的变化关系得到箔条下降速度公式，即垂直扩散模型；
(c1-v)根据所述的箔条弹发射器的类型选择球面均匀分布或水平正态分布模型，对箔条方位角和俯仰角初始化；
(c1-vi)初始化箔条转速；
如果是稀疏大气，则该步骤(c)包括以下步骤：
(c2-i)建立箔条平动的运动方程；
(c2-ii)建立箔条转动的运动方程；
(c2-iii)初始化箔条方位角和俯仰角。
所述的判断箔条所处的生存阶段具体为：
若箔条间最小距离不大于二倍波长，则箔条处于未成熟期；
雷达截面积开始下降，则箔条处于衰落期；
箔条间最小距离大于二倍波长，且雷达截面积未下降，则箔条处于成熟期。
所述的步骤(d)中所述的根据所述的生存阶段选取有效箔条，具体为：
如果处于未成熟期，则按照互偶效应以及粘连因素对箔条云中有效箔条数的影响，随机确定有效箔条数；如果处于成熟期和衰落期，则将所有的箔条作为有效箔条。
在另一种优选的实施方式中，所述的箔条干扰模拟器中的箔条回波系数生成器包括：
独立高斯随机序列生成单元，用以产生独立的高斯随机过程；
非线性变换滤波器，为利用所述的箔条电磁特性离线仿真单元产生的箔条干扰滤波器系数生成，用以对所述的独立的高斯随机过程进行滤波，获得具有箔条干扰特性的回波系数。
相应的，所述的步骤(2)具体为：利用所述的箔条干扰滤波器系数产生独立的高斯随机过程，并经过滤波和非线性变换滤波器变换得到与各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱一致的相关随机序列，作为具有箔条干扰特性的回波系数。
在更优选的实施方式中，所述的箔条干扰模拟器中的卷积器包括：
顺序连接的卷积运算单元、延时单元单元、上变频单元和DAC播放单元，
其中所述的卷积运算单元，用以从所述的箔条回波系数生成器获取所述的具有箔条干扰特性的回波系数，并从所述的信号收发装置时获取的所述的雷达信号；将所述的回波系数与所述的雷达信号卷积产生所述的箔条干扰模拟信号；
该箔条干扰模拟信号经过所述的延时单元单元、上变频单元和DAC播放单元发送至所述的信号收发装置。
相应的，所述的步骤(3)具体为：利用所述的回波系数与实时获取的雷达信号卷积，产生箔条干扰模拟信号。
在实际应用中，本发明的意图在于实现一种“离线仿真+在线干扰生成”的箔条干扰模拟方法。采用统计方法实现箔条干扰的模拟，利用流体力学原理仿真箔条扩散过程、用电磁学原理仿真箔条对雷达的回波特性，通过蒙特卡洛仿真方法建立散射幅相特性和功率谱密度的统计模型，并利用零记忆非线性变换法产生箔条干扰信号，以较低复杂度实现箔条干扰信号的精确模拟，使得箔条模拟器的精度和适用性得到显著提升。
图2给出了本发明的箔条干扰模拟器的原理示意图。与传统箔条模拟器相比，本发明新增两个模块。一个是箔条电磁特性离线仿真模块，另一个是箔条回波系数在线生成器。
箔条电磁特性离线仿真模块实现方式如图4所示。主要包括雷达参数编辑、箔条干扰仿真配置、微波/储频控制、箔条弹运动特性建摸、箔条冲激响应过程仿真、箔条统计特性生成以及非线性滤波器设计。其主要工作过程为：主控软件配置雷达参数、箔条干扰应用场景和参数；箔条弹电磁特性仿真软件根据所配置的雷达参数和箔条干扰场景参数进行箔条的力学建模和运动扩散模型的建模，并根据冲激响应原理仿真箔条弹的雷达散射回波、获取箔条散射特性的统计特性(包括箔条云的未成熟期、成熟期、幅度、相位的概率分布和参数、功率谱密度等)，并设计非线性滤波器，使得独立的高斯随机过程经过非线性变换后生成的随机过程与箔条云的幅度、相位和功率谱密度一致。
箔条回波系数在线生成器实现方式如图5所示。包括独立高斯随机序列生成、非线性变换滤波、雷达信号采集、卷积运算单元、延时单元、上变频单元和DAC播放单元，最终完成箔条干扰模拟信号的在线生成。其主要工作过程为：根据箔条电磁特性离线仿真软件输入的箔条干扰滤波器系数生成非线性变换滤波器，并对独立高斯随机序列生成模块产生的高斯过程滤波，得到箔条干扰特性的卷积系数。通过卷积运算单元实现与雷达信号采集单元的雷达信号卷积，实现箔条干扰信号的模拟。最后通过延时、上变频和数模转换，将产生的箔条干扰模拟信号发送出去。
与模拟器结构对应的，本发明的箔条干扰模拟的实现方法分离线仿真和在线干扰生成两个部分。
离线仿真阶段主要包括：
1.初始化系统参数，如雷达和箔条弹态势信息以及箔条弹的未成熟期/成熟期时间，风速，平台速度，频率，极化，箔条尺寸、数量等；
2.利用蒙特卡洛方法在相同的配置下产生多个箔条弹生存周期内的箔条随机分布；
3.对每个箔条弹内的箔条以中频采样间隔对应的距离门划分箔条，同一距离门内的箔条回波相干叠加，产生多个回波采样；
4.基于所有的回波采样，统计其幅度、相位的概率分布函数以及功率谱密度函数；
5.按照输入的回波幅度、相位和功率谱设计非线性变换滤波器，并将滤波器系数下载给模拟器主机。
在线干扰生成阶段主要包括：
1.按照输入的滤波器系数配置数字滤波器，并对高斯随机序列滤波按照未成熟期和成熟期分别生成不同的回波系数，然后与雷达信号实时卷积；
2.发射模拟的箔条弹回波信号，完成箔条干扰的产生。
为了评估本发明干扰特性的模拟性能，本发明评估了50m/s两种风速对产生的干扰的影响，结果如图6的相位分布和图7的功率谱分布图所示，其结果与理论结果具有很高的一致性。其中，图6的频谱展宽60Hz主要是由于风速引起的多普勒频移最大200Hz和箔条水平、垂直运动、箔条自身运动在径向上的投影。
在实际应用中，本发明的实现流程如下：
1.按照需求设计箔条弹，具体过程如图8所示。
2.离线仿真。
a)按照下表进行仿真参数、雷达参数、箔条弹发射器、箔条弹所处的环境以及箔条弹参数的初始化。其中，干扰仿真类型这个参数可以配置为校正，此时，上位机输出的是单个箔条弹在设定的仿真时间长度的冲击响应，主要用于雷达性能的校正；雷达性能的统计评估只能配置该参数为性能分析模式，此时上位机输出的是箔条干扰的非线性滤波系数，产生的信道响应具有统计意义。
表1箔条干扰仿真初始化参数设置表
b)根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照箔条弹发射器类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角和俯仰角、位置、速度、转速。
c)判断平台所处环境是稠密大气还是稀疏大气。
(1)如果是稠密大气：
i.完成稠密大气中每个箔条的受力分析；
ii.根据箔条在水平面内圆周运动的半径与角速度关系、根据箔条在水平面的运动关系得到箔条水平扩散模型；
iii.根据空气粘度系数公式计算箔条高度随时间的变化；
iv.得到箔条下降速度公式，即垂直扩散模型；
v.按照箔条弹发射器类型选择球面均匀分布、水平正态分布等模型，对箔条方位角和俯仰角初始化；
vi.初始化箔条转速。
(2)如果是稀疏大气：
i.建立箔条平动的运动方程；
ii.建立箔条转动的运动方程；
iii.初始化箔条方位角和俯仰角。
d)利用运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速；判断第k个时间是否处于未成熟期(判断的准则主要是箔条间最小距离是否大于二倍波长)。如果处于未成熟期，则按照互偶效应以及粘连等其他因素对箔条云有效箔条数的影响随机确定有效箔条数，即：在未成熟期，随机选取为η1η2η3η4个箔条作为有效的箔条；在成熟期和衰落期，所有的箔条均作为有效的箔条。
e)根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角等系统参数，产生第i个箔条的回波。
f)在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位。
g)对每个箔条云统计未成熟期、成熟期、衰落期，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的未成熟期、成熟期和衰落期。未成熟期的判断依据是最小箔条间距离小于两倍波长或雷达截面积未最大化；衰落期的判断依据是雷达截面积开始下降。
h)对未成熟期、成熟期、衰落期的回波样本拟合，获得各期间的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱。
i)按照未成熟期、成熟期、衰落期分别设计非线性变换滤波器，使得任意独立高斯随机过程经过滤波后产生与上述统计特性和功率谱密度函数相同的随机序列，并将滤波器系数输出给储频模块。
3.在线干扰生成
再通过储频模块在线生成箔条云的雷达回波：
a)产生独立的高斯随机过程，并经过滤波和非线性变换得到与上述幅度、相位和功率谱统计特性一致的相关随机序列作为箔条云回波特性。
b)将箔条云回波特性与雷达回波卷积实现箔条云回波的建模。
上述实现过程如图9所示。
本发明的模拟器能够以较低的实现复杂度、通用的软硬件架构，以较高的精度实现各种箔条干扰的模拟，包括舰载、机载和弹载等平台的箔条弹特性，各种风速、抛撒速度、抛撒方向，一次性抛洒、连续抛撒，各种频率范围，各种平台运动速度，适应各种雷达信号，其低复杂度、通用性是传统模拟器完全不具备的特征，具有极高的应用前景。
采用了该发明的箔条干扰模拟方法及箔条干扰模拟器，其首先基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；之后在线产生具有箔条干扰特性的回波系数；进而产生箔条干扰模拟信号。利用本发明能够以较低的实现复杂度、较高的精度实现各种箔条干扰的模拟，包括舰载、机载和弹载等平台的箔条弹特性，各种风速、抛撒速度、抛撒方向，一次性抛洒、连续抛撒，各种频率范围，各种平台运动速度，适应各种雷达信号。本发明的高精度、低复杂度、通用性是传统箔条干扰模拟器所不具备的，具有极高的应用前景。
在此说明书中，本发明已参照其特定的实施例作了描述。但是，很显然仍可以作出各种修改和变换而不背离本发明的精神和范围。因此，说明书和附图应被认为是说明性的而非限制性的。
Claims (11)
1.一种箔条干扰模拟方法，其特征在于，该方法包括以下步骤：
(1)基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；
(2)利用所述的箔条干扰滤波器系数及非线性变换滤波器产生具有箔条干扰特性的回波系数；
(3)利用所述的回波系数及实时获取的雷达信号产生箔条干扰模拟信号。
2.根据权利要求1所述的箔条干扰模拟方法，其特征在于，所述的步骤(1)具体包括以下步骤：
(a)进行仿真参数、雷达参数、箔条弹发射器、箔条弹所处环境以及箔条弹参数的初始化；
(b)根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照所述箔条弹发射器的类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角、俯仰角、位置、速度和转速；
(c)根据所述的箔条弹所处环境确定箔条运动扩散模型；
(d)利用所述的箔条运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速，并判断箔条所处的生存阶段，该生成阶段包括未成熟期、成熟期和衰落期，根据所述的生存阶段选取有效箔条；
(e)根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角，产生第i个箔条的回波；
(f)在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位；
(g)对每个箔条云统计生存阶段，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的生存阶段；
(h)将各生存阶段的回波样本拟合，获得各生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱；
(i)根据各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱分别设计各生存阶段的非线性变换滤波器，产生相应的箔条干扰滤波器系数。
3.根据权利要求2所述的箔条干扰模拟方法，其特征在于，所述的步骤(c)具体包括以下步骤：
确定所述的箔条弹所处环境是稠密大气或稀疏大气，
如果是稠密大气，则该步骤(c)包括以下步骤：
(c1-i)对稠密大气中的每个箔条进行受力分析；
(c1-ii)根据箔条在水平面内圆周运动的半径与角速度关系得到箔条水平扩散模型；
(c1-iii)根据空气粘度系数公式计算箔条高度随时间的变化关系；
(c1-iv)根据箔条高度随时间的变化关系得到箔条下降速度公式，即垂直扩散模型；
(c1-v)根据所述的箔条弹发射器的类型选择球面均匀分布或水平正态分布模型，对箔条方位角和俯仰角初始化；
(c1-vi)初始化箔条转速；
如果是稀疏大气，则该步骤(c)包括以下步骤：
(c2-i)建立箔条平动的运动方程；
(c2-ii)建立箔条转动的运动方程；
(c2-iii)初始化箔条方位角和俯仰角。
4.根据权利要求3所述的箔条干扰模拟方法，其特征在于，所述的判断箔条所处的生存阶段具体为：
若箔条间最小距离不大于二倍波长，则箔条处于未成熟期；
雷达截面积开始下降，则箔条处于衰落期；
箔条间最小距离大于二倍波长，且雷达截面积未下降，则箔条处于成熟期。
5.根据权利要求4所述的箔条干扰模拟方法，其特征在于，所述的步骤(d)中所述的根据所述的生存阶段选取有效箔条，具体为：
如果处于未成熟期，则按照互偶效应以及粘连因素对箔条云中有效箔条数的影响，随机确定有效箔条数；如果处于成熟期和衰落期，则将所有的箔条作为有效箔条。
6.根据权利要求1所述的箔条干扰模拟方法，其特征在于，
所述的步骤(2)具体为：利用所述的箔条干扰滤波器系数产生独立的高斯随机过程，并经过滤波和非线性变换滤波器变换得到与各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱一致的相关随机序列，作为具有箔条干扰特性的回波系数。
7.根据权利要求1所述的箔条干扰模拟方法，其特征在于，所述的步骤(3)具体为：利用所述的回波系数与实时获取的雷达信号卷积，产生箔条干扰模拟信号。
8.一种箔条干扰模拟器，其特征在于，包括：
箔条电磁特性离线仿真单元，用以基于箔条电磁特性进行离线仿真，产生箔条干扰滤波器系数；
箔条回波系数生成器，用以利用所述的箔条干扰滤波器系数及非线性变换滤波器产生具有箔条干扰特性的回波系数；
卷积器，用以利用所述的回波系数及实时获取的雷达信号产生所述的箔条干扰模拟信号；
信号收发装置，用以接收所述的雷达信号，并发送所述的箔条干扰模拟信号。
9.根据权利要求8所述的箔条干扰模拟器，其特征在于，
所述的箔条电磁特性离线仿真单元包括：主控子单元和电磁特性离线仿真子单元；
所述的主控子单元包括：
雷达参数编辑模块，用以配置雷达参数；
箔条干扰仿真配置模块，用以配置箔条弹发射器、箔条弹所处环境以及箔条弹参数；
微波/储频控制模块，用以配置仿真参数；
所述的电磁特性离线仿真子单元包括：
箔条弹运动特性建摸模块，用以根据蒙特卡洛仿真次数设置箔条弹的仿真个数，按照所述箔条弹发射器的类型初始化第n个箔条弹的箔条方位角、俯仰角、位置、速度和转速；并根据所述的箔条弹所处环境确定箔条运动扩散模型；
箔条冲激响应过程仿真模块，用以利用所述的箔条运动扩散模型产生生存周期内第i个箔条的第k个时间采样的位置、速度和转速，并判断箔条所处的生存阶段，该生成阶段包括未成熟期、成熟期和衰落期，根据所述的生存阶段选取有效箔条；并根据雷达的极化方式、箔条弹的空间位置、雷达天线的扫描角，产生第i个箔条的回波；
箔条统计特性生成模块，用以在雷达量程内，根据中频采样间隔对应的距离门划分箔条，并将同一距离门内的所有箔条回波相干叠加得到第m个距离门的回波幅度和相位；对每个箔条云统计生存阶段，并对所有箔条弹的回波求集平均，获得平均的生存阶段；将各生存阶段的回波样本拟合，获得各生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱；
非线性滤波器设计模块，用以根据各所述的生存阶段的幅、相特性的概率密度分布函数以及功率谱分别设计各生存阶段的非线性变换滤波器，产生相应的箔条干扰滤波器系数。
10.根据权利要求8所述的箔条干扰模拟器，其特征在于，所述的箔条回波系数生成器包括：
独立高斯随机序列生成单元，用以产生独立的高斯随机过程；
非线性变换滤波器，为利用所述的箔条电磁特性离线仿真单元产生的箔条干扰滤波器系数生成，用以对所述的独立的高斯随机过程进行滤波，获得具有箔条干扰特性的回波系数。
11.根据权利要求8所述的箔条干扰模拟器，其特征在于，所述的卷积器包括：
顺序连接的卷积运算单元、延时单元单元、上变频单元和DAC播放单元，
其中所述的卷积运算单元，用以从所述的箔条回波系数生成器获取所述的具有箔条干扰特性的回波系数，并从所述的信号收发装置时获取的所述的雷达信号；将所述的回波系数与所述的雷达信号卷积产生所述的箔条干扰模拟信号；
该箔条干扰模拟信号经过所述的延时单元单元、上变频单元和DAC播放单元发送至所述的信号收发装置。
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