CN110991031B - 一种多支路引信目标探测建模的方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种多支路引信目标探测建模的方法,解决以往方法不能对多支路复杂引信以及超低空作战进行设计和仿真的问题。本发明构建了多支路天馈系统模型，地面/海面回波模型和引信目标回波模型。满足复杂多支路引信与引战配合设计的需求，能够数字化再现真实作战场景，具有很高的置信度和实用性。具有成本低廉、试验周期短、可满足在不同地面和海情下多种交会姿态下针对多种目标的引战系统设计、仿真、评估与分析的需求。

Description

一种多支路引信目标探测建模的方法

技术领域

本发明涉及引信数学建模技术领域，特别是一种多支路引信目标探测建模的方法。

背景技术

引信数学仿真在引战系统与引战配合设计中起着至关重要的作用，为引战系统优化设计与效能评估提供了重要的依据。引信数学仿真手段日益提高，在引战系统设计过程中起到了越来越重要的作用。目前适用于引信数学仿真设计手段并不完善，以往方法只对引信单一探测体制支路进行建模，无法满足多支路引战系统设计的需求；以往方法没有针对地面和海面回波信号进行建模，无法满足多支路引信的复杂天线方向图探测的实际情况；以往方法只针对目标的近场散射模型进行建模与仿真，但并未考虑目标与地面或海面共同产生的回波，不能再现真实作战的场景，无法满足现阶段引信的设计与仿真需要。

发明内容

本发明目的在于提供一种多支路引信目标探测建模的方法，解决以往方法不能对多支路复杂引信特别是在超低空作战条件下进行设计和仿真的问题。

对此，本发明提出一种多支路引信目标探测建模的方法，其步骤为：

第一步、根据引信实际设计，构建通用的多支路天馈系统模型，

每个目标的单个散射中心的坐标为[x_T,y_T,z_T]，目标坐标系到弹体坐标系的转换矩阵E_T2A，在天线坐标系内的坐标为[x_TA,y_TA,z_TA]，得到：

θ₁为散射中心在天线坐标系YOZ平面内角度，θ₂为散射中心与天线轴夹角。

天线总增益为：

G(θ₁,θ₂)＝G_YOZ(θ₁)*G_XOY(θ₂)

其中，G_YOZ为天线在YOZ面的增益，G_XOY为天线在XOY面的增益。

第二步、根据面元法，构建通用的地面/海面回波模型：

1)根据导弹的实时飞行高度确定所需计算的地面/海面面积；

2)根据预先设定的角度间隔△θ与半径△R步进对地面/海面进行网格划分；

3)根据不同的海情、风向、与擦地角α_n读取相应的地面/海面回波RCS值；

不同高度所需计算的圆面积表示为：其中，α_m,n为每个地面/海面面元的擦地角，/> 为每个面元的面积， 为每个面元的相位，R_D3为引信探测的截止距离，H_i为引信海拔高度，M为周向上的分割数量，/>N为径向上的分割数量，/>

根据地面/海面的后向散射系数和地面/海面划分结果，得出引信所照射区域内的地面/海面回波为：

其中M、N、m和n已在前文中定义，S_m,n为引信灵敏度随距离/>变化关系，C_i∈{1,-1}为伪随机二相位编码调相因子；t为时间；τ_j为电磁波由引信到目标的第j点的往返传播时间；；I为伪随机编码长度；T_r为雷达发射脉冲重复周期；T_p为发射脉冲宽度；/>为载波信号初始相位；/>θ_1m,n为单个散射中心在天线坐标系YOZ平面内角度，θ_2m,n为散射中心与天线轴夹角。

第三步、根据天馈系统模型、目标回波模型和地面/海面回波模型，构建引信目标回波模型：

引信在一个周期内所探测的目标回波与地面/海面回波信号的矢量和，可以表示为：

其中G(θ_1j,θ_2j)为天线方向图，R_j为第j个散射点在t时刻离引信的距离；λ为引信波长；S_j为引信灵敏度随距离变化关系；R_j为弹目距离；σ_Tj为目标散射点的等效雷达截面积，其它符号定义与前文一致。

本发明优点是通过对多支路天馈系统的统一建模、地面/海面回波的建模和目标混合回波的建模，能够满足复杂多支路引信与引战配合设计的需求，能够数字化再现真实作战场景，具有很高的置信度和实用性。具有成本低廉、试验周期短，可模拟在不同地面或海情下、多种交会姿态下针对多种目标的引战系统设计、仿真、评估与分析。

附图说明

图1是本发明天馈系统建模示意图。

图2是本发明地面/海面回波建模示意图。

1.天线YOZ平面二维方向图 2.天线XOY平面二维方向图 3.天线三维方向图 21.天线探测平面的划分 22.单个面元

具体实施方式

以下结合图1-2对本发明的具体实施方式做出详细说明。

本发明的一种多支路引信目标探测建模的方法的具体步骤为：

第一步、根据引信实际设计，构建通用的多支路天馈系统模型。

天馈系统模型使用两个二维方向图来还原三维空间方向图的方法，引信的多个支路均用此方法进行建模，通过配置不同二维方向图，实现对引信多个探测支路的建模，这种方法能够仿真引信每个支路的主瓣和副瓣对目标、地面和海面的探测情况。

第二步、根据面元法，构建通用的地面/海面回波模型。

地面/海面回波建模的方法需要对引信天线照射区域的地面/海面进行细致划分，被划分的每个小的区域称之为面元，然后分别每个面元的地面/海面散射强度并矢量合成，形成整个地面/海面的回波模型。

第三步、根据天馈系统模型、目标回波模型和地面/海面回波模型，构建引信目标回波模型。

目标回波信号建模采用多散射中心法，利用对目标上多个强散射中心的离散矢量求和来仿真目标的回波。空中目标多散射中模型可以由固定数量的散射中心组成，每个单独空中目标的散射中心数量和位置是固定的，它们的散射强度取决于照射与接收的视线。再利用第一步和第二步所提出的方法，便可以得到引信各个支路所探测的目标回波与地面/海面回波信号的建模方法。

具体的，本发明一种多支路引信目标探测建模的方法的具体步骤为：

第一步、根据引信实际设计，构建通用的多支路天馈系统模型。

设每个目标的单个散射中心的坐标为[x_T,y_T,z_T]，目标坐标系到弹体坐标系的转换矩阵E_T2A，在天线坐标系内的坐标为[x_TA,y_TA,z_TA]，可以得到：

θ₁为散射中心在天线坐标系YOZ平面内角度，θ₂为散射中心与天线轴夹角。

天线总增益为：

G(θ₁,θ₂)＝G_YOZ(θ₁)*G_XOY(θ₂)

其中，G_YOZ为天线在YOZ面的增益，G_XOY为天线在XOY面的增益。

第二步、根据面元法，构建通用的地面/海面回波模型。

1)根据导弹的实时飞行高度确定所需计算的地面/海面面积，即所需计算的圆面积；

2)根据预先设定的角度间隔△θ与半径△R步进对地面/海面进行网格划分；

3)根据不同的海情、风向、与擦地角α_n读取相应的地面/海面回波RCS值；

不同高度所需计算的圆面积可以表示为：其中，α_m,n为每个地面/海面面元的擦地角，/> 为每个面元的面积， 为每个面元的相位，R_D3为引信探测的截止距离，H_i为引信海拔高度，M为周向上的分割数量，/>N为径向上的分割数量，/>

根据地面/海面的后向散射系数和海面划分结果，便可得出引信所照射区域内的地面/海面回波为：

其中M、N、m和n已在前文中定义，S_m,n为引信灵敏度随距离/>变化关系，C_i∈{1,-1}为伪随机二相位编码调相因子；t为时间；τ_j为电磁波由引信到目标的第j点的往返传播时间；I为伪随机编码长度；T_r为雷达发射脉冲重复周期；T_p为发射脉冲宽度；/>为载波信号初始相位；/>θ_1m,n为单个散射中心在天线坐标系YOZ平面内角度，θ_2m,n为散射中心与天线轴夹角。

第三步、根据天馈系统模型、目标回波模型和地面/海面回波模型，构建引信目标回波模型

引信在一个周期内所探测的目标回波与地面/海面回波信号的矢量和，可以表示为：

其中G(θ_1j,θ_2j)为天线方向图，R_j为第j个散射点在t时刻离引信的距离；λ为引信波长；S_j为引信灵敏度随距离变化关系；R_j为弹目距离；σ_Tj为目标散射点的等效雷达截面积，其它符号与前文一致。

本发明优点是通过对多支路天馈系统的统一建模、地面/海面回波的建模和目标混合回波的建模，能够满足复杂多支路引信与引战配合设计的需求，能够数字化再现真实作战场景，具有很高的置信度和实用性。具有成本低廉、试验周期短，可模拟在不同地面或海情下、多种交会姿态下针对多种目标的引战系统设计、仿真、评估与分析。

Claims (1)

1.一种多支路引信目标探测建模的方法，其特征在于，其步骤为：

第一步、根据引信实际设计，构建通用的多支路天馈系统模型：每个目标的单个散射中心的坐标为[x_T,y_T,z_T]，目标坐标系到弹体坐标系的转换矩阵E_T2A，在天线坐标系内的坐标为[x_TA,y_TA,z_TA]，得到：

θ₁为散射中心在天线坐标系YOZ平面内角度，θ₂为散射中心与天线轴夹角，

θ₁＝atan2(z_TA/y_TA)

天线总增益为：

G(θ₁,θ₂)＝G_YOZ(θ₁)*G_XOY(θ₂)

其中，G_YOZ为天线在YOZ面的增益，G_XOY为天线在XOY面的增益；

1)第二步、根据面元法，构建通用的地面/海面回波模型：根据导弹的实时飞行高度确定所需计算的地面/海面面积；

2)根据预先设定的角度间隔Δθ与半径ΔR步进对海面进行网格划分；

3)根据不同的海情、风向、与擦地角α_n读取相应的地面/海面回波RCS值；

不同高度所需计算的圆面积表示为：其中，α_m,n为每个地面/海面面元的擦地角，/> 为每个面元的面积， 为每个面元的相位，/>λ为引信波长，R_D3为引信探测的截止距离，H_i为引信海拔高度，M为周向上的分割数量，N为径向上的分割数量，/>

根据地面/海面的后向散射系数和海面地面/海面划分结果，得出引信所照射区域内的地面/海面回波为：

其中M、N、m和n已在前文中定义，S_m,n为引信灵敏度随距离/>变化关系，C_i∈{1,-1}为伪随机二相位编码调相因子；t为时间；τ_j为电磁波由引信到目标的第j点的往返传播时间；I为伪随机编码长度；T_r为雷达发射脉冲重复周期；T_p为发射脉冲宽度；为载波信号初始相位；/>θ_1m,n为单个散射中心在天线坐标系YOZ平面内角度，θ_2m,n为散射中心与天线轴夹角；

第三步、根据天馈系统模型、目标回波模型和地面/海面回波模型，构建引信目标回波模型：引信在一个周期内所探测的目标回波与地面/海面回波信号的矢量和，表示为：

其中G(θ_1j,θ_2j)为天线方向图，R_j为第j个散射点在t时刻离引信的距离；J为散射点的总数；λ为引信波长；S_j为引信灵敏度随距离R_j变化关系；R_j为弹目距离；σ_Tj为目标散射点的等效雷达截面积，其它符号定义与前文一致。