CN111880438A - 一种基于双/多基sar成像的半实物仿真系统 - Google Patents

一种基于双/多基sar成像的半实物仿真系统 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，包括：通过网络交换机连接的显示屏、数据采集板卡和仿真工作站；所述仿真工作站包括主控电脑和若干节点，并运行有分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件；所述数据采集板卡用于采集各种构型下的目标回波数据，并通过半实物仿真接口导入仿真系统的实测数据库中，作为仿真验证软件中仿真算法的验证数据和仿真图像效果评估的输入数据；所述显示屏用于演示分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件和项目研讨；所述仿真验证软件用于建立数字化分布式成像系统及其虚拟复杂电磁环境应用验证场景。本发明的半实物仿真系统能够对应用验证场景进行设置，满足复杂电磁环境的应用需求。

Description

一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统
技术领域
本发明涉及双/多基SAR成像仿真领域，尤其是一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统。
背景技术
传统的SAR成像仿真系统主要为单站仿真系统，而双/多基地SAR相比于单基地SAR：目标的非后向散射信息能够被获取，目标识别视角进一步扩大；发射机和接收机处于分布式布置，接收机不发射信号仅被动接收信号，隐蔽性和抗干扰性能更强。作为一种空间对地观测的新手段，双/多基地SAR在民用领域和军用领域都有着广阔的发展前景。国内的电子科技大学、国防科技大学、北京理工大学、中国科学院电子所等科研院所在双/多基前视SAR成像方面也开展了相关技术研究。但目前还未有相对成熟的仿真系统出现：
1)现有的仿真系统仿真边界设定理想化，电路仿真工具和电磁场仿真工具均采用理想边界条件，对于复杂的实际应用环境几乎不予考虑，无法满足复杂电磁环境建模需求；
2)现有的仿真系统仿真数据分散，电磁场和信号处理协同仿真困难，目前仿真工具要么侧重信号分析，要么侧重电磁场分析，工具之间难以协同仿真分析复杂电磁环境问题；
3)现有的仿真系统仿真维度单一，无法进行多维度仿真分析，无论是电子系统软件还是电磁仿真软件一般均从片面的维度进行仿真分析，如单独的时域分析，单独的频域分析等。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统。
本发明采用的技术方案如下：
一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，包括：通过网络交换机连接的显示屏、数据采集板卡和仿真工作站；所述仿真工作站包括主控电脑和若干节点，并运行有分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件；
所述数据采集板卡用于采集各种构型下的目标回波数据，并通过半实物仿真接口导入仿真系统的实测数据库中，作为分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件中仿真算法的验证数据和仿真图像效果评估的输入数据；
所述显示屏用于演示分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件和项目研讨；
所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件用于建立数字化分布式成像系统及其虚拟复杂电磁环境应用验证场景。
进一步，所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件包括以下模块中的一个或多个：
仿真软件基础仿真控制模块，用于实现仿真工作基础功能；
仿真场景电磁环境设置模块，用于通过对仿真场景电磁环境参数进行设置后建模；
雷达参数设置模块，用于设置发射雷达和接收雷达的仿真参数；
干扰特性设置模块，用于设置干扰特性的算法模型；
辐射源运动特性建模模块，用于对辐射源的运动特性进行建模；
成像算法设置模块，用于设置成像算法模型；
抗干扰算法模块，用于设置抗干扰算法模型；
目标回波生成和信号处理模块，用于实现对成像目标的散射中心计算、目标回波生成及对回波目标数据的预处理；
态势展示模块，用于实现对仿真场景和仿真效果的影像显示；
效能评估模块，用于对仿真后的数据进行分析评估，并就仿真结果做外沿推测。
进一步，所述雷达参数设置模块能够在仿真过程中对发射雷达和接收雷达的仿真参数的仿真参数进行修改。
进一步，所述辐射源运动特性建模模块对辐射源的运动特性进行建模的流程包括：首先设置辐射源运动参数，然后根据设置的运动参数生成运动轨迹函数，再根据运动轨迹函数生成辐射源运动特性参数，供仿真需要。
进一步，所述辐射源运动特性建模模块还包含RCS分析单元，所述RCS分析单元通过对模拟目标散射特性分析或已有的散射特性参数的提取，计算出该目标的RCS值，将计算出的RCS值作为模拟目标的RCS输入值进行成像。
进一步，所述RCS分析单元能够自主设计RCS参数特性进行特殊目标模拟。
进一步，所述目标回波生成和信号处理模块外接数据采集板卡，通过将数据采集板卡在外场试验采集回来的实际回波目标数据导入仿真系统实测数据库中进行半实物仿真。
进一步，对所述仿真场景和仿真效果的影像加以特效渲染。
综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：
1、本发明的半实物仿真系统能够对应用验证场景进行设置，满足复杂电磁环境的应用需求。
2、本发明的半实物仿真系统结合多种成像算法模型，使本仿真系统成像手段多样化，可以针对不同场景选择最优成像算法使成像效果更佳。
3、本发明的半实物仿真系统通过数据采集板卡将试验采集的全真实数据导入仿真系统，实现真实场景的雷达回波数据导入，解决了仿真效果与试验数据离线对比所带来的滞后的问题。
4、本发明的半实物仿真系统结合实际对抗场景，配置有相应的抗干扰算法模型，从信号域和图像域两个层面对成像做抗干扰处理，使仿真结果更贴近实战，具有广阔的应用前景。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图。
图1为本发明实施例的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统的结构示意图。
图2为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的截面示意图。
图3为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的模块功能流程图。
图4为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的虚拟验证场景建模效果图。
图5为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的运动特性建模流程图。
图6为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的RCS参数特性计算效果图。
图7为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的目标回波模块工作流程图。
图8为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的无源干扰模型构建界面示意图。
图9为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的有源干扰模型构建界面示意图。
图10为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的干扰回波生成效果图。
图11为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的雷达回波生成、信源数据库以及信号处理数据库展示图。
图12为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的基于实测数据导入展示图。
图13为本发明实施例的分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的二维SAR成像效果展示图。
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，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。因此，以下对在附图中提供的本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围，而是仅仅表示本发明的选定实施例。基于本发明的实施例，本领域技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
以下结合实施例对本发明的特征和性能作进一步的详细描述。
如图1所示，本实施例提供的一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，包括：通过网络交换机连接的显示屏、数据采集板卡和仿真工作站；所述仿真工作站包括主控电脑和若干节点，并运行有分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件；
所述数据采集板卡用于采集各种构型下的目标回波数据，并通过半实物仿真接口导入仿真系统的实测数据库中，作为分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件中仿真算法的验证数据和仿真图像效果评估的输入数据；
所述显示屏用于演示分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件和项目研讨；
所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件用于建立数字化分布式成像系统及其虚拟复杂电磁环境应用验证场景，所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件的界面效果图如图2所示。
如图3所示，所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件包括以下模块中的一个或多个：
(1)仿真软件基础仿真控制模块，用于实现仿真工作基础功能；所述仿真工作基础功能包括：开始、暂停、结束、保存、参数修改等项目管理操作，以及对相应的数据采集板卡采集的目标回波数据的导入、仿真数据的导出；
(2)仿真场景电磁环境模块，用于通过对仿真场景电磁环境参数进行设置后建模；所述仿真场景电磁环境包括(陆地背景下的)地杂波电磁环境、(海洋背景下的)海杂波电磁环境、气象环境、飞行姿态以及地理信息，通过对上述电磁环境参数的设置，构建出想定场景仿真特性，效果如图4所示；
(3)雷达参数设置模块，用于设置发射雷达和接收雷达的仿真参数；所述仿真参数包括频率、带宽、载波；作为优选，所述雷达参数设置模块能够在仿真过程中对发射雷达和接收雷达的仿真参数的仿真参数进行修改；
(4)干扰特性设置模块，用于设置干扰特性的算法模型；所述干扰包括：箔条弹干扰、角反射体干扰、有源压制干扰、舷外有源密集假目标欺骗干扰以及相关组合干扰；通过设置的干扰的算法模型，能够对成像雷达在有干扰存在的情况下成像性能进行仿真；
(5)辐射源运动特性建模模块，用于对辐射源的运动特性进行建模，所述辐射源的运动特性包括高速运动、低速运动和弹道轨迹运动。
所述辐射源运动特性建模模块对辐射源的运动特性进行建模的流程如图5所示，首先设置辐射源运动参数，如设置卫星轨道、火箭或导弹开关机参数、飞机航向及爬升速率或加速度、船舶航向、车辆运动方向等不同运载体的运动参数，然后根据设置的运动参数生成运动轨迹函数，再根据运动轨迹函数生成辐射源运动特性参数，供仿真需要。
所述辐射源运动特性建模模块还包含RCS分析单元；所述RCS分析单元通过对模拟目标散射特性分析或已有的散射特性参数的提取，计算出该目标的RCS值，将计算出的RCS值作为模拟目标的RCS输入值进行成像；该RCS分析单元还包含自主定义RCS特性能力，即通过自主设计RCS参数特性进行特殊目标模拟，RCS参数特性计算效果如图6所示。
(6)成像算法设置模块，用于设置成像算法模型，并结合目标识别算法和目标定位算法对成像目标进行识别和定位仿真；所述成像算法模型包括频域模拟成像算法模型、时域模拟成像算法模型和波数域模拟成像算法模型、目标识别算法模型和目标定位算法模型；
(7)抗干扰算法模块，用于设置抗干扰算法模型，分别从信号域和图像域对不同干扰场景下的抗干扰能力进行仿真，提高成像系统的干扰适应能力；所述抗干扰算法模型包括多维联合抗干扰算法模型和复杂背景下抗干扰目标识别算法模型；
(8)目标回波生成和信号处理模块，用于对目标的散射回波数据进行提取，并代入散射计算公式中，实现对成像目标的散射中心计算。
如图7所示，所述目标回波生成和信号处理模块的工作流程为：
设置原始参数，包括目标轨道定义、目标特性参数设定、观测站位置设定、以及特性参数设定；
将设置的原始参数通过相应的模块自动生成对应的回波数据，作为成像输入数据。
此外，所述目标回波生成和信号处理模块还可以自主设定箔条弹干扰、角反射体干扰、有源压制干扰、舷外有源密集假目标欺骗干扰等典型干扰特性参数，模拟实战干扰场景，生成干扰回波，通过提取回波数据，并代入散射计算公式中，实现对成像目标的散射中心计算，将计算出的散射值(RCS值)与已有经验的目标RCS进行比较，从而确定出相应的目标类型，由此实现干扰情况下的实际场景仿真，图8、图9、图10所示。相反的，通过对目标RCS特性、雷达发射信号、背景杂波及干扰特性等参数进行设置后，再进行相应的信号处理，选取合适的成像算法后即可生成相应的目标回波，如图11所示。
所述目标回波生成和信号处理模块还可外接数据采集板卡，如图12所示，通过将数据采集板卡在外场试验采集回来的实际回波目标数据导入仿真系统实测数据库中进行半实物仿真，形成如图13所示的二维SAR成像图像。通过半实物仿真不但可以提高仿真可靠性，还可以解决边界条件的理想化问题。
(9)态势展示模块，用于实现对仿真场景和仿真效果的影像显示；进一步，可以对仿真场景和仿真效果的影像加以一定的特效渲染，使仿真效果更加理想，增强人机交互感；
(10)效能评估模块，用于对仿真后的数据进行分析评估，并就仿真结果做外沿推测，助力系统设计。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，包括：通过网络交换机连接的显示屏、数据采集板卡和仿真工作站；所述仿真工作站包括主控电脑和若干节点，并运行有分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件；
所述数据采集板卡用于采集各种构型下的目标回波数据，并通过半实物仿真接口导入仿真系统的实测数据库中，作为分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件中仿真算法的验证数据和仿真图像效果评估的输入数据；
所述显示屏用于演示分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件和项目研讨；
所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件用于建立数字化分布式成像系统及其虚拟复杂电磁环境应用验证场景。
2.根据权利要求1所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，所述分布式双/多基SAR成像及应用仿真验证软件包括以下模块中的一个或多个：
仿真软件基础仿真控制模块，用于实现仿真工作基础功能；
仿真场景电磁环境设置模块，用于通过对仿真场景电磁环境参数进行设置后建模；
雷达参数设置模块，用于设置发射雷达和接收雷达的仿真参数；
干扰特性设置模块，用于设置干扰特性的算法模型；
辐射源运动特性建模模块，用于对辐射源的运动特性进行建模；
成像算法设置模块，用于设置成像算法模型；
抗干扰算法模块，用于设置抗干扰算法模型；
目标回波生成和信号处理模块，用于实现对成像目标的散射中心计算、目标回波生成及对回波目标数据的预处理；
态势展示模块，用于实现对仿真场景和仿真效果的影像显示；
效能评估模块，用于对仿真后的数据进行分析评估，并就仿真结果做外沿推测。
3.根据权利要求2所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，所述雷达参数设置模块能够在仿真过程中对发射雷达和接收雷达的仿真参数的仿真参数进行修改。
4.根据权利要求2所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，所述辐射源运动特性建模模块对辐射源的运动特性进行建模的流程包括：首先设置辐射源运动参数，然后根据设置的运动参数生成运动轨迹函数，再根据运动轨迹函数生成辐射源运动特性参数，供仿真需要。
5.根据权利要求4所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，所述辐射源运动特性建模模块还包含RCS分析单元，所述RCS分析单元通过对模拟目标散射特性分析或已有的散射特性参数的提取，计算出该目标的RCS值，将计算出的RCS值作为模拟目标的RCS输入值进行成像。
6.根据权利要求5所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，所述RCS分析单元能够自主设计RCS参数特性进行特殊目标模拟。
7.根据权利要求2所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，所述目标回波生成和信号处理模块外接数据采集板卡，通过将数据采集板卡在外场试验采集回来的实际回波目标数据导入仿真系统实测数据库中进行半实物仿真。
8.根据权利要求2所述的基于双/多基SAR成像的半实物仿真系统，其特征在于，对所述仿真场景和仿真效果的影像加以特效渲染。
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