CN112731312B - 一种实时交互式相控阵雷达仿真系统及方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，其特征在于，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于生成探测目标，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，对被探测目标进行实时显示与交互式运动控制；所述电磁环境仿真子系统用于还原复杂电磁环境中信号传播真实过程，完成波束在所述被探测目标上的电磁特性建模仿真，并完成信号在自由空间传播的损耗解算；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并通过相关算法进行处理得到被探测目标的航迹。本发明的方法相比传统方法呈现更为直观、仿真实时性强、仿真准确度较高。
Description
技术领域
本发明涉及雷达仿真领域，特别涉及一种实时交互式相控阵雷达仿真系统及方法。
背景技术
相控阵雷达是一种多功能、高性能的新型雷达系统，主要能满足以下两类需求：作用距离远；天线波束扫描要快，能跟踪快速移动的目标，并缩短控制反应时间，提高跟踪速度；实现上述两类需求，可采用下述两类方式：第一类需求，可以通过加大天线面积和电波的发射功率，设计最佳信号波形，以及降低接收机噪声来解决；第二类需求，机械扫描的常规雷达已不能胜任，需采用电扫描雷达波束指向系统，这种系统，在搜索和跟踪目标时，整个天线系统可以固定不动，通过控制阵列天线中各个阵元的相位，便可得到所需要的天线方向图和波束指向；相控阵雷达从理论上满足了作用距离远和反应时间短、多目标跟踪的要求，正是因为相控阵雷达的高效能、多功能，使得其系统十分复杂，仿真难度很大。同时，相控阵雷达与机械扫描雷达一样，其发射分系统和接收分系统仍然是两个基本分系统：发射分系统包括发射天线阵；发射馈电系统(发射波束形成网络)；发射信号产生及功率放大部分。接收分系统包括接收天线阵；接收机前端；接收波束形成网络；多路接收机；信号处理机；雷达终端设备。
相控阵雷达系统是一个非常灵活、复杂的系统，要仿真这样一个复杂系统的工作过程，面面俱到是不现实的，不可能做到和实际雷达设备一一对应，必须有所侧重，有所取舍，抓住影响其处理结果的关键因素和关心的主要方面，在保证一定的可信度的条件下，通过把各个模块的功能抽象化，融合后得到高效、可靠的仿真系统。
现有的相控阵雷达系统仿真系统均为相对孤立的雷达功能性仿真，且其采用的仿真模型均为传统模型，显示不够直观，对雷达系统性能的验证评估困难，仿真准确度较低，实时性不高。
发明内容
本发明在于克服现有技术的上述不足，提供一种显示直观、仿真实时度较高的相控阵雷达仿真系统及方法。
为了实现上述发明目的，本发明采用的技术方案是：
一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于交互式被探测目标的实时显示与运动控制，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，并将所述物理运动信息发送到电磁环境仿真子系统；所述电磁环境仿真子系统用于完成波束在所述被探测目标上的电磁散射特性和目标雷达散射截面等建模仿真，得到所述被探测目标特征信号，并完成信号在自由空间传播的损耗解算，将所述特征信号发送到相控阵列仿真子系统；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并将所述特征参数通过相关算法进行处理，得到被探测目标的航迹。
进一步地，所述飞行目标显控仿真子系统还包括飞行动力学仿真模块、飞行控制模块、可视化模块，所述飞行动力学仿真模块用于计算机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求出出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，得到飞机的姿态、位置等飞行参数；所述飞行控制模块用于借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；所述可视化模块利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时动态图形显示；
进一步地，所述电磁环境仿真子系统还包括目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块，所述目标电磁特性仿真模块用于根据几何绕射理论的散射中心模型描述目标在高频区的电磁散射特性，根据概率密度函数和相关函数对目标雷达散射截面建模；所述传播衰减仿真模块用于建模信号在空气传播的衰减过程，以及信号起始点之间的多普勒偏移；所述噪声杂波仿真模块用于通过零记忆非线性变换法，产生具有一定概率分布的相关随机序列模拟电磁空间中的噪声杂波；
进一步地，所述相控阵列仿真子系统还包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块，所述信号发射模块用于生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；所述信号接收模块用于接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；所述信号处理模块用于根据所述接收回波数据，通过相关算法处理，得到目标相对本机雷达的实时方位；
本发明同时提供一种实时交互式相控阵雷达仿真方法，包括以下步骤：
S1、操控被探测目标实时飞行，以视景仿真呈现所述被探测目标实时运动；
S2、根据所述实时运动计算来自电磁环境中所述目标的雷达信号回波；
S3、对所述回波信号数据进行算法处理，得到被探测目标的方位。
进一步地，所述步骤S1具体包括：
S11、进行飞行动力学仿真，根据计算出的高度、迎角、侧滑角、飞机绕机体各轴线的角速度以及舵面偏角等飞行参数，采用插值的方法在气动数据库中，算出飞机飞行某时刻的气动导数，并计算出机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求解运动方程；
S12、借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；
S13、利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时飞行状态的可视化。
进一步地，所述步骤S2具体包括：
S21、描述目标在高频区的电磁散射特性，并对目标雷达散射截面建模；
S22、对信号在空气传播的衰减过程建模，并计算信号起始点之间的多普勒偏移；
S23、产生相关的高斯随机序列，再经过非线性变换得到需要的相关非高斯序列，模拟电磁空间中的噪声杂波。
进一步地，所述步骤S3具体包括：
S31、生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；
S32、接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；
S33、根据所述接收回波数据，通过基于矩阵特征空间分解的算法进行处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。
与现有技术相比，本发明的有益效果
本发明的一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，通过飞行目标显控仿真子系统生成实时可操控目标，通过电磁环境仿真子系统还原复杂电磁环境中信号传播真实过程，通过相控阵列仿真子系统对特征信号进行处理得到目标实时方位和航迹，本发明的方法相比传统方法呈现更为直观、仿真实时性强、仿真准确度较高。
附图说明
图1所述为本发明的实时交互式相控阵雷达仿真系统模块框图。
图2所示为本发明的实时交互式相控阵雷达仿真系统运行场景实例示意图。
图3所示为实时飞行模拟三维场景可视化示意图。
图4所示为本发明的仿真选取动力学参考系示意图。
图5所示为本发明的控制器在仿真中对应的实时交互功能操作映射关系图。
图6所示为本发明的软件间仿真衔接关系图。
图7所示为本发明的相控阵雷达仿真方法信号数据传递流程图。
图8所示为本发明回波信号波达方向估计算法仿真结果示意图。
图9所述为本发明的相控阵雷达仿真方法具体处理流程图。
图10所述为本发明的相控阵雷达仿真方法具体处理流程图。
图11所述为本发明的相控阵雷达仿真方法具体处理流程图。
具体实施方式
下面结合具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。但不应将此理解为本发明上述主题的范围仅限于以下的实施例，凡基于本发明内容所实现的技术均属于本发明的范围。
实施例1：
一种相控阵雷达仿真系统，参看图1，包括飞行目标显控仿真子系统1，电磁环境仿真子系统2，相控阵列仿真子系统3；所述飞行目标显控仿真子系统1用于交互式被探测目标的实时显示与运动控制，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，并将所述物理运动信息发送到电磁环境仿真子系统2；所述电磁环境仿真子系统2用于完成波束在所述被探测目标上的电磁散射特性和目标雷达散射截面等建模仿真，得到所述被探测目标特征信号，并完成信号在自由空间传播的损耗解算，将所述特征信号发送到相控阵列仿真子系统3；所述相控阵列仿真子系统3用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并将所述特征参数通过相关算法进行处理，得到被探测目标的航迹。
实例1运行场景参看图2。1为仿真实时飞行显控终端计算机，2为雷达探测算法运行终端计算机，3为操作者。计算机1与计算机2通过TCPIP网络连接，对仿真信号数据实时进行传输。
首先，在飞行目标显控仿真子系统中，进行模型的创建，根据创建的模型进行目标探测仿真，所述飞行目标显控仿真子系统包括飞行动力学仿真模块、飞行控制模块、可视化模块，所述飞行动力学仿真模块用于计算机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求出出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，得到飞机的姿态、位置等飞行参数；所述飞行控制模块用于借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；所述可视化模块利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时动态图形显示。参看图3。
一、创建飞行动力学模型：
飞行动力学模型部分的建模、编程、数据的选取及预处理影响到仿真评估系统的运行效率和逼真度。采用六自由度非线性全量运动方程，进行六自由度飞行状态与运动参数的解算，计算飞机所受的力和力矩，如重力、气动力、发动机推力和起落架与地面接触力等，计算出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，后经过积分得出飞机的速度和位移量等，最后根据几何变换关系求出飞机的姿态、位置等飞行参数。
建立空气动力学模型，根据计算出的高度、迎角、侧滑角、飞机绕机体各轴线的角速度以及舵面偏角等飞行参数，采用插值的方法在气动数据库中，算出飞机飞行某时刻的气动导数，并计算出机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，用于运动方程的求解。图4是仿真中选取的动力学参考系。
飞行目标的运动方程基于牛顿第二方程推导运动定律得出：所有作用的外力之和在一个物体上必须等于其动量的时间变化率，并且作用在物体上的外部力矩之和必须等于时间角动量的变化率。在固定的惯性参考系FE中可以用两个向量方程表示牛顿第二定律：
上式中F表示所有外部作用力的总和，m是飞机总质量。
上式中M表示所有施加扭矩的总和，H表示角度动量。
飞行目标模型应当对推力，升力，副翼和方向舵进行控制，模型包括前缘襟翼，有助于飞机以高攻角飞行。挠度前缘襟翼的偏转δLEF不受飞行员直接控制，而是取决于迎角α、静态压力ps、动态压力的传递函数，见下式。
本仿真中采用的几何数据设定参考真实的F-16战斗机数据，在表1中列出。
| 序号 | 参数 | 数值 |
| 1 | 质量 | 9295.44kg |
| 2 | 翼展 | 9.144m |
| 3 | 机翼面积 | 27.87m2 |
| 4 | 平均气动弦长 | 3.45m |
| 5 | 滚转转动惯量 | 12874.8kg.m2 |
| 6 | 俯仰转动惯量 | 75673.6kg.m2 |
| 7 | 偏航转动惯量 | 85552.1kg.m2 |
| 8 | 发动机角动量 | 216.9kg.m2/s |
表1
二、实时飞行控制：
通过人体工程学控制手柄，按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门进行实时控制。飞行目标模型的输入作为其飞行动力学模型要用于仿真，则其输入与输出应与真实飞机完全相同，一般均为4个操纵量，即为驾驶杆的横滚、俯仰操纵，脚蹬的偏航操纵，以及节气阀的开闭(即油门对发动机推力的控制)。飞机飞行过程中可看作一个六自由度刚体，其输入仅为上述4个操纵量，即4个输入控制6个输出的运动参数，故飞机的操纵控制存在着一定的耦合，通过二级反馈的控制器对其进行对比输入。
在控制器的选择上，使用了微软公司研发的人体工程学手柄XboxOne无线控制器，其高精度摇杆阻尼适中、回弹平稳，与Windows操作系统兼容度高，图5介绍了控制器在仿真中对应的实时交互功能操作映射关系。
在进行实时交互控制时，飞行器的操纵面由伺服控制的致动器驱动，以产生由飞行控制系统指令的偏转。控制面的执行器建模为一阶低通滤波器，在范围和偏转率上具有一定的增益和饱和极限，控制输入单元及最值见表2。
| 序号 | 单位 | 最小值 | 最大值 | 速度限界 |
| 升降舵 | 度 | -25 | 25 | ±60deg/s |
| 副翼 | 度 | -21.5 | 21.5 | ±80deg/s |
| 方向舵 | 度 | -30 | 30 | ±120deg/s |
| 前缘襟翼 | 度 | 0 | 25 | ±25deg/s |
表2
三、飞行运动可视化：
FlightGear是一款开源飞行模拟软件，其开放式的程序构架和基于FlightGear三维可视化飞行控制预留的外部数据输入输出接口，可与Matlab及Simulink无缝衔接。
软件之间的仿真衔接关系见图6。
其次，在电磁环境仿真子系统中，进行目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块的模型创建与仿真。所电磁环境仿真子系统包括目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块，所述目标电磁特性仿真模块用于根据几何绕射理论的散射中心模型描述目标在高频区的电磁散射特性，根据概率密度函数和相关函数对目标雷达散射截面建模；所述传播衰减仿真模块用于建模信号在空气传播的衰减过程，以及信号起始点之间的多普勒偏移；所述噪声杂波仿真模块用于通过零记忆非线性变换法，产生具有一定概率分布的相关随机序列模拟电磁空间中的噪声杂波。
一、对于目标电磁特性的仿真：
当雷达发射信号波长远小于目标尺寸时，则认为目标处于高频区。在此前提下，其各部分的散射相对独立，目标电磁散射特性可由局部位置上的电磁散射合成，一般称这些散射源为散射中心。散射中心的类型一般包括边缘绕射、镜面散射、腔体散射、表面波等。采用基于几何绕射理论的散射中心模型，能够全面描述复杂目标在高频区的电磁散射特性。目标频域响应表达式为：
上式中，Ai代表第i个散射中心的幅度；f0代表雷达发射信号的起始频率；f代表雷达发射信号的频率；代表方位角；θ代表俯仰角；m代表散射中心的个数；αi代表散射中心的类型；c代表光速；ri代表雷达发射信号相对相位零点与第i个散射中心的距离。由上式可见：目标的电磁散射特性除了与频率有关以外，还与目标相对雷达的角度有关，在仿真过程中将随目标相对雷达的运动发生变化。而目标在时域的特性可对上式进行傅里叶逆变换得到。
目标雷达散射截面的大小对雷达检测性能也有直接的关系，当目标处在运动状态，视角持续变化，雷达散射截面随之产生起伏。要正确描述雷达散射截面起伏，则要得到概率密度函数和相关函数。概率密度函数p(σ)给出σ的数值在σ和σ+dσ之间的概率，而相关函数则描述雷达散射截面在回波脉冲序列间的相关程度。由于雷达一般检测的目标比较复杂多样，很难得出具体雷达散射截面的概率分布以及相关函数，常采用一个接近而合理的模型来估计目标起伏的影响进行建模分析。通常考虑以下几种起伏模型：斯威林1-4型、固定型、小目标型。仿真系统中，可切换选择所要应用的起伏模型。
二、对于传播过程衰减的仿真：
若起始地相对固定，信号在空气传播的衰减过程可被建模为y(t)＝x(t-τ)/L。τ是延迟，L是传播损耗。由τ＝R/c计算延迟，其中R是传播距离，c是传播速度。自由空间传播损耗由下式给出：
该式假定目标位于发射阵列的远场中，λ是信号波长。在近场中，传播损耗公式无效，且损耗可能小于1相当于信号增益，因此当距离R≤λ/4π，损耗值设为1。
实际仿真中，起始点间一般存在相对运动，故引入频移。该偏移对应于起始点之间的多普勒偏移，若起始点的相对速度为v，则单向传播的频移为v/λ，双向传播的频移为2v/λ。
三、对于噪声杂波的仿真：
噪声杂波模拟的实质是产生具有一定概率分布的相关随机序列。采用零记忆非线性变换法，基本思路是：首先产生相关的高斯随机序列，然后再经过非线性变换得到需要的相关非高斯序列。假设存在一理想的高斯白噪声信号源，它产生的噪声在幅度上服从正态分布，且具有均匀的无限宽频谱。其统计特性可由相位概率密度、功率谱密度、幅度概率密度和相关函数进行描述。由于放大器的频带限制，射频噪声干扰可用下式窄带噪声表示：
uj(t)＝Un(t)cos[wjt+φ(t)]
式中Un(t)服从瑞利分布；相位φ(t)服从[0,2π]均匀分布，且与Un(t)相互独立，载频wj为常数。射频噪声干扰信号是由高斯噪声经线性放大后形成，其幅度概率密度仍为高斯分布。分解为两个正交分量形式，其概率密度为正态分布，说明正交分量的高斯特性，可用此特性判定产生的射频噪声干扰有效。
最后，通过相控阵列仿真子系统，进行信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块的模型创建与仿真。相控阵列仿真子系统包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块，所述信号发射模块用于生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；所述信号接收模块用于接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；所述信号处理模块用于根据所述接收回波数据，通过相关算法处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。逻辑流程具体参看图7所示，仿真结果参看图8所示。
一、对于信号发射模块的仿真：
本仿真系统中采用二维面阵，对天线方向图进行建模，仿真模型为：
式中N为天线阵元数，dx为阵元的横向间距，dy为阵元的纵向间距，θ为天线波束指向的方位角，为天线波束指向的俯仰角。
仿真中，可选取生成矩形波或线性调频波形。时间函数定义为：
雷达发送矩形波信号的表达式为：
x(t)＝a(t)sin(ωCt)
其中ωc表示载波频率，a(t)表示载波频率的矩形调幅。解调后，x(t)的复包络为持续时间为τ秒的矩形脉冲a(t)实际值。
对于线性调频，线性调频的扫描频率为b，则调制函数μ(t)可表示为：
μ(t)＝μLFM(t)＝exp(jπbt2)0≤t≤Tp
雷达发射信号的数学表达式可描述为：
式中，ωc为载频，P为发射机峰值功率，L为发射机综合损耗，为发射天线方向图，v(t)为复调制函数，它是N个宽度为T的矩形脉冲构成的脉冲串。其中v(t)为：
式中ωk为第k个脉冲的角频率增量，Tr为脉冲重复周期，μ(t)为调制函数。
二、对于信号接收模块的仿真：
接收信号模型用来描述从目标反射回到阵列的雷达回波信号，雷达系统正是通过对接收信号进行信号检测与处理，从而得到目标的方位、速度、距离等信息。
根据发射信号模型的表达式，接收信号的函数形式为：
上式中，为天线方向图，λ为雷达工作波长，σ为目标的雷达截面积，kBF为射频滤波器放大倍数，st(t)为雷达发射信号，τ为经发射到接收所经历的时延。
三、对于信号处理模块的仿真：
波达方向估计是阵列信号处理的一个基本问题，也是本雷达仿真系统的评估目标。波达方向估计的基本问题是确定同时处在空间某一区域内一个或多个感兴趣的信号的空间位置，各个信号到达阵列参考阵元的方向角简称波达方向。
多信号分类算法最为经典，它在空域内进行谱峰搜索求出信源来向。与最大似然、加权子空间拟合等多维搜索算法相比，多信号分类算法运算量要小很多。多信号分类算法属于特征结构的子空间方法，其基础是：若传感器个数比信源个数多，则阵列数据的信号分量一定位于一个低秩的子空间；在一定条件下，这个子空间将惟一确定信号的波达方向，并且可以使用数值稳定的奇异值分解精确地确定波达方向。
多信号分类算法的步骤可归纳为：
(1)N为接收信号矢量数量，得到协方差矩阵的估计值：
对上式得到的协方差矩阵进行特征值分解R＝UΣUH；
(2)按特征值的大小顺序，把与信号个数K相等的最大特征值对应的特征向量看作信号子空间，把剩下的(M-K)个特征值对应特征向量看作噪声子空间，则
(3)按照使角度θ变化，计算谱函数，通过寻求峰值来得到波达方向的估计值。
由于传播环境的复杂性，入射到阵列的信号中有相干信号源存在，在雷达信号处理时，相干信号源干扰会造成虚警或目标定位错误。对于相干信号源，一般的波达方向估计算法，如传统的多信号分类、基于旋转不变技术的信号参数估计等信号子空间类算法，己经不能有效地分辨信号的波达方向，需要能够解相干的算法。由于信号阵列会接收到不同方向上的相干信号，而相干信号会导致信源协方差矩阵的秩亏缺，从而使得信号特征向量发散到噪声子空间去。
改进的多信号分类算法就是要对阵列输出信号协方差矩阵进行处理，使信号协方差的秩恢复为rank(R)＝K,从而能有效地估计出信号的波达方向。阵列信号的协方差矩阵为：
R＝E[x(n)x(n)H]
其中，x(n)＝As(n)+n(n)，n＝1,2,…,N；x(n)＝[x1(n),…,xM(n)]T为M个阵元输出；A＝[a(θ1),…,a(θK)]；ψi＝2πdsinθi/λ；a(θi)＝[1,exp(-jψi),…,exp(-j(M-1)ψi)]T；λ为载波波长，s(n)＝[s1(n),…,sK(n)]T，Si(n)为第i个平面波的复振幅；n(n)＝[n1(n),…,nM(n)]T；ni(n)是零均值、方差为σ2的白噪声，且与信号源不相关；N为采样数。令Iv为M×M反单位矩阵，即：
令RX＝R+IvR*Iv，上式中R*为R的共轭，这样成为厄米特的托普利兹矩阵。
阵列输出矢量N次采样数据组成矩阵X＝[x(1),…,x(N)]，协方差矩阵的估计值为R＝XXH/N。一般情况下R只是矩阵，不是托普利兹矩阵。利用托普利兹性质，对R进行修正，得到托普利兹的协方差矩阵的估计值RX＝R+IvR*Iv，显然是厄米特的托普利兹矩阵，由此可知，RX是R的无偏估计。再对进行分解，得到噪声子空间。经过处理后的噪声子空间，再用噪声特征向量代入多信号分类算法中，就能有效地估计出信号的波达方向。
本发明同时提供一种实时交互式相控阵雷达仿真方法，参看图9-图11，包括以下步骤：
S11、进行飞行动力学仿真，根据计算出的高度、迎角、侧滑角、飞机绕机体各轴线的角速度以及舵面偏角等飞行参数，采用插值的方法在气动数据库中，算出飞机飞行某时刻的气动导数，并计算出机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求解运动方程；
S12、借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；
S13、利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时飞行状态的可视化。
S21、描述目标在高频区的电磁散射特性，并对目标雷达散射截面建模；
S22、对信号在空气传播的衰减过程建模，并计算信号起始点之间的多普勒偏移；
S23、产生相关的高斯随机序列，再经过非线性变换得到需要的相关非高斯序列，模拟电磁空间中的噪声杂波。
S31、生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；
S32、接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；
S33、根据所述接收回波数据，通过基于矩阵特征空间分解的算法进行处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。
上面结合附图对本发明的具体实施方式进行了详细说明，但本发明并不限制于上述实施方式，在不脱离本申请的权利要求的精神和范围情况下，本领域的技术人员可以作出各种修改或改型。
Claims (2)
1.一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，其特征在于，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于交互式被探测目标的实时显示与运动控制，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，并将所述物理运动信息发送到电磁环境仿真子系统；所述电磁环境仿真子系统用于完成波束在所述被探测目标上的电磁散射特性和目标雷达散射截面建模仿真，得到所述被探测目标特征信号，完成信号在自由空间传播的损耗解算，并将所述特征信号发送到相控阵列仿真子系统；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并将所述特征参数通过相关算法进行处理，得到被探测目标的航迹；
所述飞行目标显控仿真子系统包括飞行动力学仿真模块、飞行控制模块、可视化模块，所述飞行动力学仿真模块用于计算机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，得到飞机的姿态、位置飞行参数；所述飞行控制模块用于借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；所述可视化模块利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时动态图形显示；
所述电磁环境仿真子系统包括目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块，所述目标电磁特性仿真模块用于根据几何绕射理论的散射中心模型描述目标在高频区的电磁散射特性，根据概率密度函数和相关函数对目标雷达散射截面建模；所述传播衰减仿真模块用于建模信号在空气传播的衰减过程，以及信号起始点之间的多普勒偏移；所述噪声杂波仿真模块用于通过零记忆非线性变换法，产生具有一定概率分布的相关随机序列模拟电磁空间中的噪声杂波；
所述相控阵列仿真子系统包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块，所述信号发射模块用于生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；所述信号接收模块用于接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；所述信号处理模块用于根据接收回波数据，通过相关算法处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。
2.一种实时交互式相控阵雷达仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、操控被探测目标实时飞行，以视景仿真呈现所述被探测目标实时运动；
S2、根据所述实时运动计算来自电磁环境中所述目标的雷达信号回波；
S3、对回波信号数据进行算法处理，得到被探测目标的方位；
所述步骤S1具体包括：
S11、进行飞行动力学仿真，根据计算出的高度、迎角、侧滑角、飞机绕机体各轴线的角速度以及舵面偏角飞行参数，采用插值的方法在气动数据库中，算出飞机飞行某时刻的气动导数，并计算出机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求解运动方程；
S12、借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；
S13、利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时飞行状态的可视化；
所述步骤S2具体包括：
S21、描述目标在高频区的电磁散射特性，并对目标雷达散射截面建模；
S22、对信号在空气传播的衰减过程建模，并计算信号起始点之间的多普勒偏移；
S23、产生相关的高斯随机序列，再经过非线性变换得到需要的相关非高斯序列，模拟电磁空间中的噪声杂波；
所述步骤S3具体包括：
S31、生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；
S32、接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；
S33、根据接收回波数据，通过基于矩阵特征空间分解的算法进行处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。
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