CN111751794B - 一种雷达威力监控方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种雷达威力监控方法，包括以下步骤：从雷达回波数据中提取底噪信号数据，并通过数学统计计算所述底噪信号数据的强度均值E(N)；选取探测目标，从雷达回波数据中获取探测目标的回波信号数据，并通过数学统计计算出该回波信号数据的强度均值E(S)；根据E(N)和E(S)计算最大探测距离；将与雷达的标称威力值进行比较，判断雷达威力是否满足标称值要求。本发明的雷达威力监控方法，不需要利用测试设备对分别对各雷达性能指标进行测量，仅利用雷达回波数据即可计算出雷达的最大探测距离，节省人力、物力的同时，可以节省测试时间和费用。

Description

一种雷达威力监控方法

技术领域

本发明属于雷达探测技术领域，具体地说，涉及一种雷达威力监控方法。

背景技术

雷达是一种大功率高频率的电磁探测设备，随着工作年限的增加，发射功率、波导损耗、接收机灵敏度都可能出现指标下降，从而导致雷达探测威力下降。雷达探测威力体现在其能够探测的最大距离上，雷达探测威力对于雷达观测数据的准确性十分重要，雷达探测性能若不满足设计要求，导致对雷达指标认识的不一致和对雷达探测能力的错误判断。因此雷达探测威力监控是一项重要的工作。

目前雷达探测威力监控的方法具有两种：一种是通过检测设备对雷达的发射机发射功率、射频组件驻波比、接收机灵敏度等指标进行测量，将测量结果与雷达系统标称指标进行对比，根据各项指标真实取值对雷达的探测威力进行监控。该方法涉及测试环节多，测试步骤复杂，并且测试内容不能覆盖影响探测威力的所有因素。另一种方法是通过靶机检飞的方式，通过目标配合以试验飞行的方式测出雷达的探测威力。该方法能够真实反映雷达当前的探测威力，但是需要组织靶机飞行配合，人员、设备费用较高。

发明内容

本发明针对现有技术中雷达威力测试环节多、测试过程复杂的技术问题，提出了一种雷达威力监控方法，可以解决上述问题。

为实现上述发明目的，本发明采用下述技术方案予以实现：

从雷达回波数据中提取底噪信号数据，并通过数学统计计算所述底噪信号数据的强度均值E(N)；

选取探测目标，当探测目标识别成为典型目标时，从雷达回波数据中获取探测目标的回波信号数据，并通过数学统计计算出该探测目标的回波信号数据的强度均值E(S)；

根据E(N)和E(S)计算最大探测距离R_max：

其中σ₀为固定值，σ为探测目标的反射截面积，R为探测目标的距离；

当探测目标未识别成为典型目标时，从雷达回波数据中获取多个探测目标的回波信号数据的强度均值，并计算最大探测距离。

进一步的，从雷达回波数据中提取底噪信号数据的方法为：从雷达回波数据的PPI画面中选择无目标回波的干净区域，提取出该干净区域内不同时间段多个扫描周期的回波数据作为底噪信号数据。

进一步的，所述底噪信号数据的强度均值E(N)的计算方法为：

其中，N为所提取的所述干净区域内回波数据的扫描周期数量，M为每个扫描周期内提取噪声数据个数；N(i,j)为提取噪声数据的功率值。

进一步的，探测目标的选定方法为：从雷达回波数据的PPI画面中选择一块具有目标回波的目标区域，提取出该目标区域内不同时间段多个扫描周期的回波数据作为探测目标的回波信号数据。

进一步的，探测目标的回波信号数据的强度均值E(S)的获取方法为：

其中，N′为所提取的所述目标区域内回波数据的扫描周期数量，M′为每个扫描周期内提取探测目标的回波信号数据的个数；S(i,j)为提取探测目标的回波信号数据的功率值。

进一步的，探测目标的距离R的获取方法为：

其中，l为探测目标的距离中心为第l个采样数据，c为光速，f_s为采集频率。

进一步的，探测目标通过目标识别方式识别成为典型目标时，该典型目标的σ为已知。

进一步的，当探测目标未识别成为典型目标时，选取k个探测目标，分别计算该k个探测目标的回波信号数据的强度均值E_k(S)，分别计算各探测目标的最大探测距离R_kmax：

σ_ave为设定常量，R_k为第k个探测目标的距离，k＞1；

计算

进一步的，所述目标识别方式为SAR图像识别、AIS系统识别或者ADS-B识别方式。

与现有技术相比，本发明的优点和积极效果是：本发明的雷达威力监控方法，不需要利用测试设备对分别对各雷达性能指标进行测量，仅利用雷达回波数据即可计算出雷达的最大探测距离，节省人力、物力的同时，可以节省测试时间和费用。

结合附图阅读本发明的具体实施方式后，本发明的其他特点和优点将变得更加清楚。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作一简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明提出的雷达威力监控方法的一种实施例流程图；

图2是实施例一中雷达采集数据存储格式示意图；

图3是实施例一中雷达回波数据的PPI显示图；

图4是实施例一中探测目标回波信号图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下将结合附图和实施例，对本发明作进一步详细说明。

实施例一

雷达探测威力是雷达探测能力的关键指标，雷达探测威力主要体现在最大探测距离上，随着工作年限的增加，发射功率、波导损耗、接收机灵敏度都可能出现指标下降，从而导致雷达探测威力下降。因此雷达探测威力监控是一项重要的工作。针对目前雷达探测威力检测繁琐，以及通过靶机检飞的方式需要人员、设备费用较高的技术问题，本实施例提出了一种雷达威力监控方法，从雷达回波数据中计算出最大探测距离，进而反应了雷达探测威力，无需进行各种硬件测试，也无需通过设置靶机检飞，节约人力以及物力。

为了准确掌握雷达的探测威力，应当选取探测区域典型目标的回波数据做为评估依据。通过远区目标对雷达探测威力进行监控的思想为：如果目标回波强度原强于接收机底噪，说明雷达发射机、天线、射频组件工作性能良好，目标回波强，雷达探测性能良好，仍能够探测更远距离的目标；如果目标强度接近或者低于噪声电平，说明目标回波较弱，雷达探测距离较近，不能探测到更远距离的目标。

本实施例的雷达威力监控方法包括以下步骤：

从雷达回波数据中提取底噪信号数据，并通过数学统计计算所述底噪信号数据的强度均值E(N)；

选取探测目标，当探测目标识别成为典型目标时，从雷达回波数据中获取探测目标的回波信号数据，并通过数学统计计算出该探测目标的回波信号数据的强度均值E(S)；

根据E(N)和E(S)计算最大探测距离R_max：

其中σ₀为固定值，σ为探测目标的反射截面积，R为探测目标的距离；

当探测目标未识别成为典型目标时，从雷达回波数据中获取多个探测目标的回波信号数据的强度均值，并计算最大探测距离；

将R_max与雷达的标称威力值进行比较，判断雷达威力是否满足标称值要求。

本实施例的方案从雷达回波数据中提取干净区域的底噪数据，通过数据统计计算天霸雷达接收机底噪信号数据强度水平；从回波数据中提取探测远区典型目标回波数据，经过数据统计计算目标回波强度，根据目标距离、目标回波强度与底噪强度关系对雷达探测威力进行评估。

其中，雷达采集数据一般为正交解调后I/Q双通道数据，一个脉冲重复周期内数据存储格式如图2所示。对于该脉冲重复周期中第i个采集点对应的信号电平采用已知算法即可得到。

为了得到雷达工作期间的底噪信号数据，需要合理的选择底噪数据样本，具体方法为：从雷达回波数据PPI(平面显示器)画面中选择无目标、干扰、杂波等回波的干净区域，PPI是最常见的雷达显示方式，如图3所示。

本实施例中从雷达回波数据中提取底噪信号数据的方法为：从雷达回波数据的PPI画面中选择无目标回波的干净区域，提取出该干净区域内不同时间段多个扫描周期的回波数据作为底噪信号数据。具体的，提取出干净区域内不同时间段多个扫描周期回波数据，然后根据提取到的底噪信号数据分别计算底噪电平均值和方差。

底噪信号数据的强度均值E(N)的计算方法为：

其中，N为所提取的所述干净区域内回波数据的扫描周期数量，M为每个扫描周期内提取噪声数据个数；N(i,j)为提取噪声数据的功率值。

E(N)也即噪声均值，表明了接收机底噪水平，因此用E(N)表示底噪信号数据的强度均值。

探测目标的选定方法为：从雷达回波数据的PPI画面中选择一块具有目标回波的目标区域，提取出该目标区域内不同时间段多个扫描周期的回波数据作为探测目标的回波信号数据。

从雷达回波数据中提取出只属于探测目标的数据，如图4所示，为6个扫描周期内提取的探测目标回波信号数据，探测目标的回波信号数据的强度均值E(S)的获取方法为：

其中，N′为所提取的所述目标区域内回波信号数据的扫描周期数量，M′为每个扫描周期内提取探测目标的回波信号数据的个数；S(i,j)为提取探测目标的回波信号数据的功率值。

R_max计算公式的依据为：

根据雷达距离方程的推导过程，目标回波强度计算公式如下所示：

式中，P_t为雷达发射功率，G_t为雷达天线发射增益，G_r为雷达天线接收增益，λ为雷达发射电磁波波长，σ为目标反射截面积，R为目标距离，L_r为雷达系统损耗。

雷达威力一般用雷达的最大探测距离表示，雷达最大探测距离是一个概率统计值，一般取目标RCS为5平方米的发现概率为0.5时对应的探测距离的最大值。若雷达接收机灵敏度为S_imin，目标RCS为σ₀＝5m²，最大探测距离为R_max，接收机灵敏度为S_imin与最大探测距离R_max的关系下式所示：

目标回波强度计算公式和接收机灵敏度计算公式中各参数含义一致，由于发射功率、接收机灵敏度及系统损耗可能随着雷达工作年限增加而变差，因此不能直接计算得到。为了得到R_max的值，将目标回波强度计算公式和接收机灵敏度计算公式相比后可以约掉发射功率、接收机灵敏度及系统损耗等参数值，得到：

S_imin为接收机灵敏度，如果发现概率取P_d＝0.5，那么S_imin近似为底噪信号数据的信号强度E(N)，理由是当目标回波功率等于接收机噪声电平时，目标被发现的概率近似为0.5，P_r为探测目标的回波信号数据的强度均值强度E(S)。

最大探测距离R_max公式中，探测目标的距离R根据目标回波的距离中心和测距公式得到，本实施例中R的获取方法为：

其中，l为探测目标的距离中心为第l个采样数据，c为光速，f_s为采集频率。

最大探测距离R_max公式中只有目标的反射截面积σ是未知的。在雷达的真实工作过程中某些情况下可以通过目标识别手段识别出目标，比如SAR图像识别、AIS系统识别海上目标和ADS-B识别空中目标等。此时可以将识别出目标的典型RCS代入式最大探测距离公式，求解出雷达的最大探测距离R_max，典型目标RCS取值如表1所示。

表1

也即，探测目标通过目标识别方式识别成为典型目标时，该典型目标的σ为已知。

当探测目标未识别成为典型目标时，那么未知类型目标的RCS将会影响R_max的准确性。本实施例中通过选取k个探测目标，分别计算该k个探测目标的回波信号数据的强度均值E_k(S)，以及分别计算各探测目标的最大探测距离R_kmax：

σ_ave为设定常量，R_k为第k个探测目标的距离，k＞1；

计算

以上实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其进行限制；尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的普通技术人员来说，依然可以对前述实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明所要求保护的技术方案的精神和范围。

Claims (4)

1.一种雷达威力监控方法，其特征在于，包括以下步骤：

从雷达回波数据中提取底噪信号数据，并通过数学统计计算所述底噪信号数据的强度均值E(N)；

选取探测目标，当探测目标识别成为典型目标时，从雷达回波数据中获取探测目标的回波信号数据，并通过数学统计计算出该探测目标的回波信号数据的强度均值E(S)；

根据E(N)和E(S)计算最大探测距离R_max：

其中σ₀为固定值，σ为探测目标的反射截面积，R为探测目标的距离；

当探测目标未识别成为典型目标时，从雷达回波数据中获取多个探测目标的回波信号数据的强度均值，并计算最大探测距离；

从雷达回波数据中提取底噪信号数据的方法为：从雷达回波数据的PPI画面中选择无目标回波的干净区域，提取出该干净区域内不同时间段多个扫描周期的回波数据作为底噪信号数据；

当探测目标未识别成为典型目标时，选取k个探测目标，分别计算该k个探测目标的回波信号数据的强度均值E_k(S)，分别计算各探测目标的最大探测距离R_kmax：

σ_ave为设定常量，R_k为第k个探测目标的距离，k＞1；

计算

所述底噪信号数据的强度均值E(N)的计算方法为：

其中，N为所提取的所述干净区域内回波数据的扫描周期数量，M为每个扫描周期内提取噪声数据个数；N(i,j)为提取噪声数据的功率值；

探测目标的选定方法为：从雷达回波数据的PPI画面中选择一块具有目标回波的目标区域，提取出该目标区域内不同时间段多个扫描周期的回波数据作为探测目标的回波信号数据；

探测目标的回波信号数据的强度均值E(S)的获取方法为：

其中，N′为所提取的所述目标区域内回波数据的扫描周期数量，M′为每个扫描周期内提取探测目标的回波信号数据的个数；S(i,j)为提取探测目标的回波信号数据的功率值。

2.根据权利要求1所述的雷达威力监控方法，其特征在于，探测目标的距离R的获取方法为：

其中，l为探测目标的距离中心为第l个采样数据，c为光速，f_s为采集频率。

3.根据权利要求1所述的雷达威力监控方法，其特征在于，探测目标通过目标识别方式识别成为典型目标时，该典型目标的σ为已知。

4.根据权利要求3所述的雷达威力监控方法，其特征在于，所述目标识别方式为SAR图像识别、AIS系统识别或者ADS-B识别方式。