CN111693949B - 基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，包括以下步骤：采用数字射频存储方法，记录雷达发射的脉冲信号，并作为样本信号；以目标回波模型为模板，进行归一化处理，得到干扰回波模型；处理干扰回波模型确定回波生成滤波器组的数量、滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度、滤波器组的每个滤波器输入的样本的延迟时间；将滤波器组的输出进行综合，产生基带信号；通过上变频处理和大功率放大器，生成大功率雷达回波信号；雷达系统接收大功率雷达回波信号，产生高逼真雷达回波信号。该方法可以控制功率放大器工作在饱和区，多个目标回波峰值点的幅度、时差均可有效调整，且编程实现容易，运算效率高，具有良好的实时性。
Description
技术领域
本发明涉及雷达仿真技术领域，特别涉及一种基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法。
背景技术
高逼真雷达回波生成方法是雷达仿真技术领域的一项核心技术。当前，先进体制雷达均设计了高分辨波形，可以通过一维距离像，对目标进行识别，并提高抗干扰能力。在雷达仿真领域，需要产生幅度起伏的多点信号，且各个峰值点的幅度、时差均可调整，能够准确模拟真实目标的高分辨回波信号；在雷达电子对抗技术领域，为了成功干扰高分辨雷达，必须产生高逼真度的目标回波信号。
常规的高逼真雷达回波生成方法是控制大功率放大器工作在线性区，通过调整数模转换产生的基带信号的幅度起伏，控制最终输出的大功率回波信号的幅度变化。但是这种方法带来很多问题，一方面发射电路的动态范围很小，模拟目标起伏的范围有限，另一方面大功率放大器不能工作在深度饱和状态下，输出信号功率损失很大，工作在线性区的功率放大器比工作在饱和区的功率放大器的输出功率减少6dB以上。
李云杰等人在2003年中国电子学会电子对抗分会第13届学术年会上发表《脉冲压缩信号失配法产生多目标干扰回波的分析》，对线性调频信号进行正弦型相位调制或者对相位编码信号进行随机非线性相位调制，通过脉宽失配或者带宽失配，在雷达接收端由于与匹配滤波器的适配，而产生密集多假目标干扰回波。但该方法无法可靠、准确控制产生目标的幅度和多个峰值点的时差，特别是无法产生高逼真的一维距离像。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。
为此，本发明的目的在于提出一种基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，该方法编程实现容易，运算效率高，具有良好的实时性和工程应用价值。
为达到上述目的，本发明实施例提出了基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，包括以下步骤：采用数字射频存储方法，记录雷达发射的脉冲信号，并将所述脉冲信号作为生成回波信号的样本信号；以目标回波模型为模板，进行幅度归一化处理，得到干扰回波模型；处理所述干扰回波模型确定回波生成滤波器组的数量、滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度、滤波器组的每个滤波器输入的样本的延迟时间；将滤波器组的输出进行综合处理，产生基带信号；通过上变频处理和大功率放大器，生成大功率雷达回波信号；利用雷达系统接收所述大功率雷达回波信号，对所述大功率雷达回波信号进行匹配滤波处理，在接收端产生高逼真雷达回波信号。
本发明实施例的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，采用数字射频存储和变时宽带宽积技术相结合的方法，可以控制发射电路的功率放大器工作在饱和区，多个目标回波峰值点的幅度、时差均可有效调整，在输出功率、干信比等方面都要优于现有方法，且编程实现容易，运算效率高，具有良好的实时性和工程应用价值。
另外，根据本发明上述实施例的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法还可以具有以下附加的技术特征：
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过所述数字射频存储方法中的高速模数转换器、大容量存储芯片，记录所述脉冲信。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述干扰回波模型中的峰值点个数，确定回波生成所述滤波器组的数量。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述干扰回波模型中的各个峰值点的功率差确定回波信号的时宽带宽积，计算出所述滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据所述干扰回波模型中的各个峰值点的距离差确定所述滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间ΔTi为：
其中，ΔRi为各个峰值点的距离差，C为光速。
进一步地，在本发明的一个实施例中，在对所述滤波器组的输出进行综合处理前，基于所述生成回波信号的样本信号，通过控制发射所述样本信号的时间宽度，实现对发射信号的时宽带宽积的调整。
进一步地，在本发明的一个实施例中，所述大功率放大器用于发射大功率信号，工作在饱和区。
本发明附加的方面和优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本发明的实践了解到。
附图说明
本发明上述的和/或附加的方面和优点从下面结合附图对实施例的描述中将变得明显和容易理解，其中：
图1为根据本发明一个实施例的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法流程图；
图2为根据本发明一个具体实施例的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法的信号生成流程图；
图3为根据本发明一个具体实施例的目标回波模型示意图；
图4为根据本发明一个具体实施例的归一化的幅度-长度的干扰回波模型示意图；
图5为根据本发明一个具体实施例的归一化的幅度-时间的干扰回波模型示意图；
图6为根据本发明一个具体实施例的产生的目标回波信号示意图。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
下面参照附图描述根据本发明实施例提出的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法。
图1是本发明一个实施例的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法流程图。
如图1所示，该基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法包括以下步骤：
在步骤S1中，采用数字射频存储方法，记录雷达发射的脉冲信号，并将脉冲信号作为生成回波信号的样本信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，通过数字射频存储方法中的高速模数转换器、大容量存储芯片，记录脉冲信。
具体而言，干扰机采用数字射频存储技术，通过高速模数转换器、大容量存储芯片，记录接收的雷达发射的脉冲信号，并作为生成回波信号的样本，确保干扰信号与雷达发射信号的良好相干性。
在步骤S2中，以目标回波模型为模板，进行幅度归一化处理，得到干扰回波模型。
也就是说，以雷达探测的目标回波模型为模板，进行幅度归一化处理，得到干扰回波模型。
在步骤S3中，处理干扰回波模型确定回波生成滤波器组的数量、滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度、滤波器组的每个滤波器输入的样本的延迟时间。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据干扰回波模型中的峰值点个数，确定回波生成滤波器组的数量；根据干扰回波模型中的各个峰值点的功率差确定回波信号的时宽带宽积，计算出滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度。
需要说明的是，步骤S1和步骤S3采用的变时宽带宽积技术，基于数字射频存储获得的样本信号，通过控制滤波器组每个滤波器发射样本信号的脉冲宽度，实现对发射信号的时宽带宽积的调整，该发射信号经过雷达接收和匹配滤波，形成幅度变化的回波信号。具体脉冲宽度调整量计算如下：
对于脉内调制雷达信号，其信号处理增益为D＝B×Tp，由于B＝k×Tp，k为调频斜率，B为信号带宽，Tp为信号脉冲宽度，则D＝k×Tp 2。
幅度归一化处理后的干扰回波模型，设最大值点A0＝1对应于全脉冲宽度，其它各个峰值点相对于最大值点的归一化幅度为Ai，则相对于最大值的各个峰值点的发射时宽Ti计算如下：
由此确定每个滤波器的输入的脉冲信号时间宽度。
进一步地，在本发明的一个实施例中，根据干扰回波模型中的各个峰值点的距离差确定滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间。
具体地，根据各个峰值点的距离差ΔRi，确定滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间ΔTi为：
其中，C为光速。
在步骤S4中，将滤波器组的输出进行综合处理，产生基带信号。
在步骤S5中，通过上变频处理和大功率放大器，生成大功率雷达回波信号。
进一步地，在本发明的一个实施例中，大功率放大器用于发射大功率信号，工作在饱和区。
在步骤S6中，利用雷达系统接收大功率雷达回波信号，对大功率雷达回波信号进行匹配滤波处理，在接收端产生高逼真雷达回波信号。
下面结合附图和具体实施例对本发明实施例的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法做进一步的详细说明。
如图2所示，在具体实施例中，雷达回波模拟系统设置干扰机与雷达的距离为30km。雷达发射大时宽带宽积的脉冲信号，脉冲宽度为Tp＝50us，信号瞬时带宽为B＝300MHz，脉冲重复周期为Tr＝500us，雷达工作频率设为fc＝3.5GHz，雷达采样波门为30km±120m，干扰机的模数转换的采样率为Fs＝1.2GHz。干扰机采用了射频存储转发模式，能够可靠截获雷达的发射脉冲信号。假设在上述雷达脉冲照射下，目标回波模型参见图3所示，目标全长24m，回波模型有8个峰值点，分别位于0m、1.5m、3m、6m、12m、15m、18m、24m位置，幅度分别为3948、8883、987、5922、1974、3948、9870、2961。
根据本发明实施例提供的方法，包括如下具体步骤：
步骤一，干扰机采用数字射频存储技术，通过高速模数转换器、大容量存储芯片，记录接收的雷达发射的脉冲信号，并作为生成回波信号的样本，确保干扰信号与雷达发射信号的良好相干性；
步骤二，如图4所示，以雷达探测的目标回波模型为模板，进行幅度归一化处理，得到干扰回波模型，各点归一化后，归一化幅度分别为0.4、0.9、0.1、0.6、0.2、0.4、1、0.3；
步骤三，根据干扰回波模型中的峰值点个数，确定回波生成滤波器组的数量为8个滤波器组成；
步骤四，根据各个峰值点的功率差确定回波信号的时宽带宽积，计算出滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度；
对于线性调频体制雷达信号，其信号处理增益为D＝B×Tp，由于B＝k×Tp，k为调频斜率，B为信号带宽，Tp为信号脉冲宽度，则D＝k×Tp 2。
幅度归一化处理后的干扰回波模型，最大值点A0＝1对应于全脉冲宽度，设其它各个峰值点相对于最大值点的归一化幅度为Ai，则相对于最大值的各个峰值点的发射时宽Ti计算如下：
步骤五，如图5所示，根据各个峰值点的距离差ΔRi确定滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间ΔTi＝2ΔRi/C，C为光速；
步骤六，基于数字射频存储获得的样本，通过控制滤波器组每个滤波器发射样本信号的脉冲宽度，实现对发射信号的时宽带宽积的调整；
步骤七，将滤波器组的输出进行综合，经过数模转换，产生基带信号；
步骤八，通过上变频处理和大功率放大器，生成高逼真的大功率干扰回波信号；
步骤九，如图6所示，雷达系统接收大功率雷达回波信号，经过匹配滤波，在接收端产生高逼真的目标回波。
依据图6中的参数，对假目标距离、各个峰值点间距和峰值幅度进行计算。雷达与假目标之间的距离为：30000-120+957*1/Fs*C/2＝30000m；各个峰值点相互之间的间距根据公式(Ni+1-Ni)*1/Fs*C/2计算得到1.625m、1.875m、2.875m、5.25m、3.875m、2.75m、6.125m，假目标全长24.375m，归一化幅度分别为0.4651,、0.8805、0.145、0.6642、0.1963、0.4038、1、0.3287。上述结果与目标回波模型高度相似，证明该方法可以高度逼真的生成雷达回波信号。
经过上述具体实例验证，本发明实施例提出的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，采用数字射频存储和变时宽带宽积技术相结合的方法，能够产生高逼真度的目标回波信号，同时固态功放可以工作在饱和状态，避免了发射功率损失，且多个目标回波峰值点的幅度、时差均可有效调整，在输出功率、干信比等方面都要优于相关技术方法，且编程实现容易，运算效率高，具有良好的实时性和工程应用价值。
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括至少一个该特征。在本发明的描述中，“多个”的含义是至少两个，例如两个，三个等，除非另有明确具体的限定。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (6)
1.一种基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，其特征在于，包括以下步骤：
采用数字射频存储方法，记录雷达发射的脉冲信号，并将所述脉冲信号作为生成回波信号的样本信号；
以目标回波模型为模板，进行幅度归一化处理，得到干扰回波模型；
处理所述干扰回波模型确定回波生成滤波器组的数量、滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度、滤波器组的每个滤波器输入的样本的延迟时间，其中，根据所述干扰回波模型中的各个峰值点的功率差确定回波信号的时宽带宽积，计算出所述滤波器组的每个滤波器输入的样本的脉冲宽度，通过控制所述滤波器组每个滤波器发射样本信号的脉冲宽度，实现对发射信号的时宽带宽积的调整；
将滤波器组的输出进行综合处理，产生基带信号；
通过上变频处理和大功率放大器，生成大功率雷达回波信号；以及
利用雷达系统接收所述大功率雷达回波信号，对所述大功率雷达回波信号进行匹配滤波处理，在接收端产生高逼真雷达回波信号。
2.根据权利要求1所述的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，其特征在于，通过所述数字射频存储方法中的高速模数转换器、大容量存储芯片，记录所述脉冲信号。
3.根据权利要求1所述的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，其特征在于，根据所述干扰回波模型中的峰值点个数，确定所述回波生成滤波器组的数量。
4.根据权利要求1所述的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，其特征在于，根据所述干扰回波模型中的各个峰值点的距离差确定所述滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间。
5.根据权利要求4所述的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，其特征在于，所述滤波器组的各个滤波器输入的样本的延迟时间ΔTi为：
其中，ΔRi为各个峰值点的距离差，C为光速。
6.根据权利要求1所述的基于变时宽带宽积的高逼真雷达回波生成方法，其特征在于，所述大功率放大器用于发射大功率信号，工作在饱和区。
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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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| GR01 | Patent grant | ||
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