CN114740469A - Isar回波实时精细模拟生成方法、装置和存储介质 - Google Patents

Isar回波实时精细模拟生成方法、装置和存储介质 Download PDF

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CN114740469A CN202210225354.0A CN202210225354A CN114740469A CN 114740469 A CN114740469 A CN 114740469A CN 202210225354 A CN202210225354 A CN 202210225354A CN 114740469 A CN114740469 A CN 114740469A
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Abstract

本发明公开了一种ISAR回波实时精细模拟生成方法、装置和存储介质，ISAR回波实时精细模拟生成方法包括获取雷达射频发射信号对应的待处理基带信号，对待处理基带信号进行脉冲检测，根据脉冲检测获得的第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽，进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号，建立目标模板，确定滤波系数，根据滤波系数对第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号等步骤。本发明可以产生与雷达系统相参的复杂扩展目标回波，在满足与雷达系统相参情况下完成了扩展目标回波实时精细实现，获得的目标数字回波信号和对应的射频回波信号，能够辅助ISAR测试或欺骗敌方ISAR。本发明广泛应用于雷达技术领域。

Description

ISAR回波实时精细模拟生成方法、装置和存储介质
技术领域
本发明涉及雷达技术领域，尤其是一种ISAR回波实时精细模拟生成方法、装置和存储介质。
背景技术
在ISAR应用中，通过回波模拟可以为ISAR雷达研制测试提供回波源，一定程度弥补ISAR雷达外场测试的不便性和高昂成本，同时可作为欺骗式干扰，在敌我对抗中迷惑干扰敌方雷达，因此回波模拟的方法以及实现具有重要价值。
目前，回波模拟方法大体可分为两类：第一类是以物理光学和几何绕射理论等为基础的方法，它们能较精确地反映目标对微波信号的反射特性，产生的回波信号更加真实，但算法复杂，自由度差，硬件实现难度很大；第二类是以散射中心模型为基础的回波模拟算法，算法思路相对简单，利于硬件实时实现，但资源消耗量随目标尺寸和模拟精细程度增大而快速增大，在当前软硬件发展水平下大多只能非常粗略地模拟扩展目标。
术语解释：
DRFM：Digital Radio Frequency Memory的缩写，即数字射频存储器，它通过对射频信号进行接收、然后存储、然后调制处理成特定的信号，最后发射出去；
ISAR：Inverse Synthetic Aperture Radar的缩写，即逆合成孔径雷达，采用雷达固定不动，目标运动的方式进行探测的雷达系统；
AD：Analog-to-Digital的缩写，即模数转换，也就是将模拟信号转化成数字信号；
DA：Digital-to-Analog的缩写，即数模转换，也就是将数字信号转化成模拟信号；
DDC：Digital Down Conversion的缩写，即数字下变频，也就是用数字信号处理的方式实现将信号从数字中频变频到数字基带；
DUC：Digital Up Conversion的缩写，即数字上变频，也就是用数字信号处理的方式实现将信号从数字基带变频到数字中频。
发明内容
针对以物理光学和几何绕射理论等为基础的回波模拟技术算法过于复杂无法实时实现，以散射中心模型为基础的回波模拟技术算法中现有实现方案要么只能独立产生回波，产生的回波与雷达系统不相参，要么只能对目标回波进行实时粗略模拟等至少一个技术问题，本发明的目的在于提供一种ISAR回波实时精细模拟生成方法、装置和存储介质。
一方面，本发明实施例包括一种ISAR回波实时精细模拟生成方法，包括：
获取雷达射频发射信号；
获取所述雷达射频发射信号对应的待处理基带信号；
对所述待处理基带信号进行脉冲检测，获得第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽；
对所述第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号；
根据所述信号带宽，建立目标模板；
获取目标转动速率；
根据所述脉冲序数、所述目标转动速率和所述目标模板，确定滤波系数；
根据所述滤波系数对所述第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
进一步地，所述获取所述雷达射频发射信号对应的待处理基带信号，包括：
对所述雷达射频发射信号进行模拟下变频处理，获得待处理中频模拟信号；
对所述待处理中频模拟信号进行中频直采，获得待处理中频数字信号；
对所述待处理中频数字信号进行数字下变频处理，获得所述待处理基带信号。
进一步地，所述对所述第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号，包括：
获取目标运动等效造成的中心频率偏移和调频斜率偏移；
以所述中心频率偏移作为中心频率，以所述调频斜率偏移作为调频斜率，生成线性调频信号；
模拟雷达发射信号往返雷达与目标之间产生的回波时延值；
根据所述回波时延值，对所述线性调频信号与所述第一雷达脉冲信号的实时复乘结果进行延时，获得所述第二雷达脉冲信号。
进一步地，所述根据所述信号带宽，建立目标模板，包括：
根据所述信号带宽的两倍的倒数与光速的乘积，确定雷达距离分辨率；
以所述雷达距离分辨率作为最小刻度，建立雷达坐标系和目标坐标系；
检测作用于所述目标坐标系的绘制操作或者选择操作，记录目标样式参数，获得所述目标模板。
进一步地，所述根据所述滤波系数对所述第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号，包括：
根据所述信号带宽、抽取前采样率、需求的目标模拟精度与目标模拟尺寸，设定抽取倍数；
以设定的抽取倍数对所述第二雷达脉冲信号进行抽取处理；
根据所述滤波系数，对抽取处理后的第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得所述目标数字回波信号。
进一步地，所述根据所述脉冲序数、所述目标转动速率和所述目标模板，确定滤波系数，包括：
在所述目标模板中任意选定坐标集合，组成目标散射点集；
建立雷达坐标系；
根据所述脉冲序数和所述目标转动速率，计算坐标轴夹角；所述坐标轴夹角为所述雷达坐标系的坐标轴与所述目标坐标系的相应坐标轴之间的夹角；
根据所述坐标轴夹角，计算所述目标散射点集中各点到所述雷达坐标系的原点所形成的距离向量；
计算电磁波从所述目标散射点集中各点到所述雷达坐标系的原点往返所形成的延时向量；
根据所述距离向量和所述延时向量，计算所述目标散射点集引起的幅相值集合向量；
将所述目标散射点集中，处于同一采样分辨率单元的散射点对应的幅相值进行求和，获得所述滤波系数对应的向量。
进一步地，所述ISAR回波实时精细模拟生成方法还包括：
获取所述目标数字回波信号对应的射频回波信号。
进一步地，所述获取所述目标数字回波信号对应的射频回波信号，包括：
对所述目标数字回波信号进行数字上变频处理，获得已处理中频数字信号；
对所述已处理中频数字信号进行数模转换处理，获得已处理中频模拟信号；
对所述已处理中频模拟信号进行模拟上变频处理，获得所述射频回波信号。
另一方面，本发明实施例还包括一种ISAR回波实时精细模拟生成装置，所述ISAR回波实时精细模拟生成装置包括：
第一模块，用于获取雷达射频发射信号；
第二模块，用于获取所述雷达射频发射信号对应的待处理基带信号；
第三模块，用于对所述待处理基带信号进行脉冲检测，获得第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽；
第四模块，用于对所述第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号；
第五模块，用于根据所述信号带宽，建立目标模板；
第六模块，用于获取目标转动速率；
第七模块，用于根据所述脉冲序数、所述目标转动速率和所述目标模板，确定滤波系数；
第八模块，用于根据所述滤波系数对所述第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
另一方面，本发明实施例还包括一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法。
本发明的有益效果是：实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，可以产生与雷达系统相参的复杂扩展目标回波，而且在满足与雷达系统相参情况下完成了扩展目标回波实时精细实现，最后获得的目标数字回波信号和对应的射频回波信号，可以为ISAR雷达研制测试提供回波源，一定程度弥补ISAR雷达外场测试的不便性和高昂成本，同时可作为欺骗式干扰，在敌我对抗中对敌方雷达产生良好的欺骗性。
附图说明
图1为实施例中ISAR回波实时精细模拟生成方法的流程图；
图2为实施例中实现ISAR回波实时精细模拟生成方法的一种系统架构图；
图3为实施例中实现ISAR回波实时精细模拟生成方法的另一种系统架构图。
具体实施方式
本实施例中，参照图1，ISAR回波实时精细模拟生成方法包括以下步骤：
S1.获取雷达射频发射信号；
S2.获取雷达射频发射信号对应的待处理基带信号；
S3.对待处理基带信号进行脉冲检测，获得第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽；
S4.对第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号；
S5.根据信号带宽，建立目标模板；
S6.获取目标转动速率；
S7.根据脉冲序数、目标转动速率和目标模板，确定滤波系数；
S8.根据滤波系数对第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号；
S9.获取目标数字回波信号对应的射频回波信号。
本实施例中，可以使用图2或图3所示的装置来执行步骤S1-S9，其中图2是图3的基础，可以先以图2为例进行说明。
本实施例中，参照图2，数字下变频器DDC、脉冲检测部件、频偏调制部件、远程延时部件、卷积滤波部件和数字上变频器DUC可以通过FPGA等设计实现出来，集成在一个芯片上，其预留对外接收和输出数据的接口。参数控制部件、目标模板建立部件和滤波系数计算部件等部件的功能，可以由上位机通过运行软件来实现。模拟下变频器、高速模数转换器AD、高速数模转换器DA和模拟上变频器属于高频器件，可以使用独立部件。
步骤S1中，可以通过实时接收、从存储器读取或者模拟生成的方式，获取雷达射频发射信号。本实施例中，雷达射频发射信号是一段模拟信号。
步骤S2中，参照图2，使用模拟下变频器、高速模数转换器AD和数字下变频器DDC，将雷达射频发射信号转换成相应的待处理基带信号。具体地，在执行步骤S2时，可以执行以下步骤：
S201.使用模拟下变频器，对雷达射频发射信号进行模拟下变频处理，获得待处理中频模拟信号；
S202.使用高速模数转换器AD，对步骤S201所得的待处理中频模拟信号进行中频直采，获得待处理中频数字信号；
S203.使用数字下变频器DDC，对步骤S202所得的待处理中频数字信号进行数字下变频处理，获得待处理基带信号。
其中，待处理中频模拟信号和待处理中频数字信号相当于步骤S201-S203中的中间结果，一些场合中，模拟下变频器、高速模数转换器AD和数字下变频器DDC可能被集成在一起，此时可以认为这些器件直接将雷达射频发射信号转换成为待处理基带信号。在步骤S1-S9整体来看，待处理基带信号也相当于中间结果。
步骤S201中，所使用的模拟下变频器能够将射频信号变频到中频，因属于高频设备，采用模拟器件设计，通过把该设备设计成在射频上可多波段选择调谐的，并统一变频到固定中频，可使该回波模拟设备易于在各个波段雷达系统中应用。
步骤S202中，所使用的高速模数转换器AD对雷达中频发射信号进行中频直采，将模拟信号转化成数据信号，以便后续进行数字信号处理，通过中频直采，相比传统先模拟变频到基带再进行采样，可以保留更多信号细节。
步骤S203中，所使用的数字下变频器DDC将数字中频信号转化成数字基带信号，以便之后在数字基带进行目标回波模拟处理，数字变频可以避免模拟变频引入IQ通道的不一致性而导致信号质量降低。
在执行完步骤S2获得待处理基带信号后，参照图2，执行步骤S3，由脉冲检测部件对待处理基带信号进行脉冲检测，获取脉冲检测部件输出的第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽。脉冲检测部件的工作原理在于：通过对待处理基带信号进行脉冲信号检测，提取出脉冲上升沿、下降沿及信号带宽，标记出雷达脉冲信号，在存在信号的区间段，使数据有效信号输出1以指示当前为信号，在噪声区间段，使数据有效信号输出0以指示当前为噪声。并根据数据有效信号沿(或下降沿)进行脉冲计数，以指示当前处于第几个雷达脉冲。
在执行完步骤S3获得第一雷达脉冲信号、信号带宽和脉冲序数后，参照图2，第一雷达脉冲信号、信号带宽和脉冲序数分别在步骤S4、S5和S7中进行处理。
参照图2，步骤S4中，由频偏调制部件对第一雷达脉冲信号进行频偏调制，由远程延时部件接着对频偏调制部件的输出结果进行远程延时，远程延时部件的输出结果为第二雷达脉冲信号。在执行步骤S4时，具体可以执行以下步骤：
S401.获取目标运动等效造成的中心频率偏移和调频斜率偏移；
S402.以中心频率偏移作为中心频率，以调频斜率偏移作为调频斜率，生成线性调频信号；
S403.模拟雷达发射信号往返雷达与目标之间产生的回波时延值；
S404.根据回波时延值，对线性调频信号与第一雷达脉冲信号的实时复乘结果进行延时，获得第二雷达脉冲信号。
步骤S401中，目标运动等效造成的中心频率偏移记为fd，目标运动等效造成的调频斜率偏移记为Kd，fd和Kd可以由上位机软件根据目标相对雷达运动速度计算得到，具体的计算公式可以为
Figure BDA0003535463550000061
Kd＝K(α2-1)，
Figure BDA0003535463550000062
fc为雷达射频发射信号的中心频率，v为目标的运动速度，c为光速，K为接收到的雷达射频发射信号本身的线性调频斜率因子。
步骤S402中，频偏调制部件以中心频率偏移fd作为中心频率，以调频斜率偏移Kd作为调频斜率，生成线性调频信号。具体地，可以通过以下公式生成线性调频信号：
Figure BDA0003535463550000063
其中mdf(t)为线性调频信号。
步骤S403中，远程延时部件模拟雷达发射信号往返雷达与目标之间产生的回波时延值td。
步骤S404中，远程延时部件根据回波时延值td，对线性调频信号mdf(t)与第一雷达脉冲信号的实时复乘结果进行延时，所得结果为第二雷达脉冲信号。
步骤S401-S404中，频偏调制部件通过将第一雷达脉冲信号与一线性调频信号进行复数乘积算，可以模拟目标高速径向运动带来的影响，因此所得到的第二雷达脉冲信号考虑了目标高速径向运动带来的影响。远程延时部件可以模拟雷达发射信号因往返雷达与目标所产生的回波时延，由于雷达与目标距离一般很远，故需要大容量的存储资源来缓存延时，如果FPGA内部存储资源难以满足远程延时部件对存储容量的要求，可以通过利用外部存储器，比如QDR或DDR来完成。
步骤S5中，目标模板建立部件根据执行步骤S3获得的信号带宽，建立目标模板。在执行步骤S5时，具体可以执行以下步骤：
S501.根据信号带宽的两倍的倒数与光速的乘积，确定雷达距离分辨率；
S502.以雷达距离分辨率作为最小刻度，建立雷达坐标系和目标坐标系；
S503.检测作用于目标坐标系的绘制操作或者选择操作，记录目标样式参数，获得目标模板。
步骤S501中，目标模板建立部件使用信号带宽的两倍的倒数乘以光速，或者以光速除以两倍信号带宽，所得结果为雷达距离分辨率。步骤S502中，以雷达所在位置为雷达坐标原点，以距离向方向，即雷达视线方向为雷达坐标X轴，以方向向方向，即雷达视线方向的垂直方向为雷达坐标Y轴，建立雷达坐标系；目标模板建立部件以雷达距离分辨率作为坐标轴的最小刻度，建立由X轴和Y轴组成的目标坐标系，视目标在雷达附近，选择雷达坐标系附近范围内雷达成像平面上某处作为目标坐标系的原点。目标坐标系X轴初始方向可以设定为与距离向方向一致，目标坐标系Y轴初始方向设置为与方向向方向一致。
步骤S503中，目标模板建立部件可以将目标坐标系显示出来，提供几种目标(例如飞机、导弹)供用户选择，检测用户的选择操作；用户也可以在目标坐标系内选定网格线坐标点集来自由绘制目标，目标模板建立部件检测用户的绘制操作。无论是绘制操作或者选择操作，目标模板建立部件都将目标的形状、尺寸等目标样式参数记录下来，从而形成目标模板。
步骤S6中，可以通过上位机的软件设置目标的转动速率。
步骤S7中，滤波系数计算部件从脉冲检测部件接收执行步骤S3所得的脉冲序数，以及从目标模板建立部件接收执行步骤S5所得的目标模板。滤波系数计算部件根据脉冲序数、目标转动速率和目标模板，根据目标模板中设定的目标样式参数(包括目标形状、尺寸等)和目标转动速率计算得到对应的滤波调制系数。在滤波系数计算部件计算出每个脉冲到来时对应的调制系数的情况下，可以动态实时地模拟目标动态情况。
在图2的基础上，参照图3，可以通过在FPGA内设计实现抽取部件，抽取部件设置在远程延时部件与卷积滤波部件之间。在设置抽取部件的情况下，抽取部件和卷积滤波部件可以一起执行步骤S8，也就是根据滤波系数对第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号这一步骤。在执行步骤S8时，具体可以执行以下步骤：
S801.根据信号带宽、抽取前采样率、需求的目标模拟精度与目标模拟尺寸，设定抽取倍数；
S802.以设定的抽取倍数对第二雷达脉冲信号进行抽取处理；
S803.根据滤波系数，对抽取处理后的第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
步骤S801中，抽取部件根据信号带宽、抽取前采样率、需求的目标模拟精度与目标模拟尺寸，设定抽取倍数m，抽取倍数m最大值应不使抽取后的采样率低于信号带宽的两倍。步骤S802中，使用步骤S801设定的抽取倍数m对第二雷达脉冲信号进行抽取处理，保存经过抽取处理的第二雷达脉冲信号。
具体地，步骤S801中，抽取倍数m的大小可由抽取部件根据需求设置，例如，当需要模拟更大的目标时，可通过减小雷达中频发射信号的带宽，再通过抽取模块降低卷积滤波前数据的采样率，从而增大步骤S802后的采样分辨单元，从而放大模拟的目标尺寸。
步骤S803中，由卷积滤波部件根据滤波系数计算部件在步骤S7中计算得到的滤波系数，对步骤S802中获得的抽取处理后的第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
本实施例中，在如图3所示设置了抽取部件的情况下，滤波系数计算部件在执行步骤S7，也就是根据脉冲序数、目标转动速率和目标模板，确定滤波系数这一步骤时，具体可以执行以下步骤：
S701.在目标模板的目标坐标系[记为(xtg,ytg)]中任意选定坐标集合，组成目标散射点集C(xtg,ytg)；
S702.建立雷达坐标系(xr,yr)；
S703.根据脉冲序数和目标转动速率，计算坐标轴夹角；坐标轴夹角为雷达坐标系(xr,yr)的坐标轴(例如X轴)与目标坐标系(xtg,ytg)的相应坐标轴(例如X轴)之间的夹角；
具体地，将坐标轴夹角记为θ，那么可以通过公式θ＝k·raterot计算坐标轴夹角θ，其中k为脉冲序数，raterot为目标转动速率，raterot的单位为度每帧；
S704.根据坐标轴夹角，计算目标散射点集中各点到雷达坐标系的原点所形成的距离向量；
具体地，将距离向量记为RtpN，那么可以通过公式RtpN＝C(xtg,ytg)×[cos(θ),sin(θ)]T计算距离向量RtpN，其中×为矩阵乘法符号；
S705.计算电磁波从目标散射点集中各点到雷达坐标系的原点往返所形成的延时向量；
具体地，将延时向量记为TN，那么可以通过公式
Figure BDA0003535463550000091
计算延时向量TN，其中c为光速；
S706.根据距离向量RtpN和延时向量TN，计算目标散射点集引起的幅相值集合向量；
具体地，将幅相值集合向量记为AN，那么可以通过公式
Figure BDA0003535463550000092
其中.*为点乘符号；
S707.将目标散射点集中，处于同一采样分辨率单元的散射点对应的幅相值进行求和，获得滤波系数对应的向量AC。
步骤S707中获得的滤波系数向量AC，可以作为步骤S7中滤波系数计算模块输出的滤波系数，即步骤S8中卷积滤波模块所使用的滤波系数。
执行步骤S701-S707的原理是：实际应用中雷达与目标间的距离远大于目标的尺寸，故可按照平面波模型进行模拟，在通过频偏调制和远程延时分别完成了对目标径向高速运动和发射脉冲往返延时模拟后，扩展目标特性和微动模拟中只需视为雷达发射脉冲信号，以平面波的形式作用于雷达附近的目标，无需再考虑目标径向运动，只考虑扩展目标特性(形状和尺寸)及微动对回波的影响。
参照图2或图3，步骤S9是使用数字上变频器DUC、高速数模转换器DAC和模拟上变频器，将基带的目标数字回波信号转换为射频的射频回波信号，因此步骤S9的过程与步骤S2方向相反。具体地，在执行步骤S9时，可以执行以下步骤：
S901.使用数字上变频器DUC对目标数字回波信号进行数字上变频处理，获得已处理中频数字信号；
S902.使用高速数模转换器DAC对已处理中频数字信号进行数模转换处理，获得已处理中频模拟信号；
S903.使用模拟上变频器对已处理中频模拟信号进行模拟上变频处理，获得射频回波信号。
其中，已处理中频数字信号和已处理中频模拟信号相当于步骤S901-S903中的中间结果，一些场合中，数字上变频器DUC、高速数模转换器DAC和模拟上变频器可能被集成在一起，此时可以认为这些器件直接将目标数字回波信号转换成为射频回波信号。
本实施例中，参照图3，在图2的基础上，通过FPGA内设计实现雷达标准波形生成部件以及切换开关。雷达标准波形生成部件和切换开关在数字上变频器DUC与高速数模转换器DA之间，切换开关可以连接数字上变频器DUC与高速数模转换器DA，也可以连接雷达标准波形生成部件与高速数模转换器DA。当高速数模转换器DA通过切换开关与数字上变频器DUC连接时，高速数模转换器DA不与雷达标准波形生成部件连接；当高速数模转换器DA通过切换开关与雷达标准波形生成部件连接时，高速数模转换器DA不与数字上变频器DUC连接。
当切换开关连接数字上变频器DUC与高速数模转换器DA时，其电路结构与图2相同，其原理如本实施例中的S1-S9等步骤所说明。当切换开关连接雷达标准波形生成部件与高速数模转换器DA时，由雷达标准波形生成部件生成中频的雷达标准波形，代替已处理中频数字信号，供高速数模转换器DA以及模拟上变频器进行处理，最终输出与雷达标准波形相应的回波信号，从而提供了更多的信号输出类型选择，更加便利研制ISAR过程中的测试流程。
本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，通过推导回波过程，对高速运动扩展目标回波过程进行建模，将高速运动扩展目标回波模拟等效为三个部分，一是先只考虑目标高速径向运动影响的频偏调制，二是只考虑目标与雷达距离间影响造成的远程延时，三是只考虑扩展目标特性(形状和尺寸)和微动(转动)影响的模拟方法，通过建模成三个独立的部分进行实现，从整体方案角度简化了实现难度，减少了资源消耗；在考虑目标高速径向运动影响时，通过采用更精确的脉内运动模型，推导出高速运动点目的调制函数表达式，完成目标高速径向运动的精确模拟，相比传统的走停模拟精确很多；设置抽取部件后，可以在流程合适位置插入抽取，充分利用高速AD的高抽取率，例如当雷达发射信号带宽小于AD抽取率的一半很多时，可调整抽取倍数(或抽取率)，抽取倍数最大可调整至使抽取后采样率不小于2倍雷达发射信号带宽，这样通过降低卷积滤波前数据的采样率，从而增大回波模拟中采样分辨单元，可模拟目标尺寸放大后回波，从而达到设备具备模拟更大目标的目的，扩大了设备的场景适用范围；通过把扩展目标特性和微动模拟划分为动态模板建立、滤波系数计算和更新、卷积滤波三个部分，并把动态模板建立和滤波系数计算和更新过程(包括本实施例中的步骤S5-S7)这两个无需实时的复杂运算放在软件中离线完成，硬件只需实时实现卷积滤波，通过脉冲检测模块输出的脉冲序数更新滤波系数，完成扩展目标各散射点的转动模拟实现，这样大大节约了硬件资源，达到可实时完成扩展目标精细回波模拟的目的。
本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，可以产生与雷达系统相参的复杂扩展目标回波，而且在满足与雷达系统相参情况下完成了扩展目标回波实时精细实现，最后获得的目标数字回波信号或者对应的射频回波信号，可以为ISAR雷达研制测试提供回波源，一定程度弥补ISAR雷达外场测试的不便性和高昂成本，同时可作为欺骗式干扰，在敌我对抗中对敌方雷达产生良好的欺骗性。
本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，可以通过设置雷达带宽参数和调整抽取倍数(抽取部件的抽取倍数)来模拟不同尺寸的目标，不仅适用于低速径向运动目标回波模拟，亦适用于高速径向运动目标回波模拟；不仅适用于针对宽带成像雷达中对扩展目标的精细模拟，亦适用于窄带跟踪雷达中对点目标的回波模拟。
本实施例中，ISAR回波实时精细模拟生成装置包括：
第一模块，用于获取雷达射频发射信号；
第二模块，用于获取雷达射频发射信号对应的待处理基带信号；
第三模块，用于对待处理基带信号进行脉冲检测，获得第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽；
第四模块，用于对第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号；
第五模块，用于根据信号带宽，建立目标模板；
第六模块，用于获取目标转动速率；
第七模块，用于根据脉冲序数、目标转动速率和目标模板，确定滤波系数；
第八模块，用于根据滤波系数对第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
当ISAR回波实时精细模拟生成装置运行时，可以执行本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其中，第一模块可以执行ISAR回波实时精细模拟生成方法中的步骤S1，第二模块可以执行步骤S2，第三模块可以执行步骤S3，第四模块可以执行步骤S4，第五模块可以执行步骤S5，第六模块可以执行步骤S6，第七模块可以执行步骤S7，第八模块可以执行步骤S8。
参照图2或图3，第一模块可以是天线等雷达射频发射信号接收器件，第二模块可以是模拟下变频器、高速模数转换器AD以及数字下变频器DDC的组合，第三模块可以是脉冲检测部件，第四模块可以是频偏调制部件和远程延时部件的组合，第五模块可以是上位机中的目标模板建立部件，第六模块和第七模块可以是上位机中的滤波系数计算部件，第八模块可以是数字上变频器DUC、高速数模转换器DA和模拟上变频器的组合。
通过运行ISAR回波实时精细模拟生成装置，可以执行本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，从而实现与执行本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法相同或者更优的技术效果。
可以通过编写执行本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法的计算机程序，将该计算机程序写入至计算机装置或者存储介质中，当计算机程序被读取出来运行时，执行本实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法，从而实现与实施例中的ISAR回波实时精细模拟生成方法相同的技术效果。
需要说明的是，如无特殊说明，当某一特征被称为“固定”、“连接”在另一个特征，它可以直接固定、连接在另一个特征上，也可以间接地固定、连接在另一个特征上。此外，本公开中所使用的上、下、左、右等描述仅仅是相对于附图中本公开各组成部分的相互位置关系来说的。在本公开中所使用的单数形式的“一种”、“所述”和“该”也旨在包括多数形式，除非上下文清楚地表示其他含义。此外，除非另有定义，本实施例所使用的所有的技术和科学术语与本技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本实施例说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例，而不是为了限制本发明。本实施例所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的组合。
应当理解，尽管在本公开可能采用术语第一、第二、第三等来描述各种元件，但这些元件不应限于这些术语。这些术语仅用来将同一类型的元件彼此区分开。例如，在不脱离本公开范围的情况下，第一元件也可以被称为第二元件，类似地，第二元件也可以被称为第一元件。本实施例所提供的任何以及所有实例或示例性语言(“例如”、“如”等)的使用仅意图更好地说明本发明的实施例，并且除非另外要求，否则不会对本发明的范围施加限制。
应当认识到，本发明的实施例可以由计算机硬件、硬件和软件的组合、或者通过存储在非暂时性计算机可读存储器中的计算机指令来实现或实施。所述方法可以使用verilog等硬件描述语言实现，其中如此配置的存储介质使得计算机以特定和预定义的方式操作——根据在具体实施例中描述的方法和附图。每个程序可以以高级过程或面向对象的编程语言来实现以与计算机系统通信。然而，若需要，该程序可以以汇编或机器语言或硬件描述语言(Hardware Description Language，HDL)实现。在任何情况下，该语言可以是编译或解释的语言。此外，为此目的该程序能够在编程的专用集成电路或现场可编程门阵列(Field－Programmable Gate Array，FPGA)上运行。
此外，可按任何合适的顺序来执行本实施例描述的过程的操作，除非本实施例另外指示或以其他方式明显地与上下文矛盾。本实施例描述的过程(或变型和/或其组合)可在配置有可执行指令的一个或多个计算机系统的控制下执行，并且可作为共同地在一个或多个处理器上执行的代码(例如，可执行指令、一个或多个计算机程序或一个或多个应用)、由硬件或其组合来实现。所述计算机程序包括可由一个或多个处理器执行的多个指令。
进一步，所述方法可以在可操作地连接至合适的任何类型的计算平台中实现，包括但不限于个人电脑、迷你计算机、主框架、工作站、网络或分布式计算环境、单独的或集成的计算机平台、或者与带电粒子工具或其它成像装置通信，或者FPGA等硬件平台等等。本发明的各方面可以以存储在非暂时性存储介质或设备上的机器可读代码来实现，无论是可移动的还是集成至计算平台，如硬盘、光学读取和/或写入存储介质、RAM、ROM等，使得其可由可编程计算机读取，当存储介质或设备由计算机读取时可用于配置和操作计算机以执行在此所描述的过程。此外，机器可读代码，或其部分可以通过有线或无线网络传输。当此类媒体包括结合微处理器或其他数据处理器实现上文所述步骤的指令或程序时，本实施例所述的发明包括这些和其他不同类型的非暂时性计算机可读存储介质。当根据本发明所述的方法和技术编程时，本发明还包括计算机本身。
计算机程序能够应用于输入数据以执行本实施例所述的功能，从而转换输入数据以生成存储至非易失性存储器的输出数据。输出信息还可以应用于一个或多个输出设备如显示器。在本发明优选的实施例中，转换的数据表示物理和有形的对象，包括显示器上产生的物理和有形对象的特定视觉描绘。
以上所述，只是本发明的较佳实施例而已，本发明并不局限于上述实施方式，只要其以相同的手段达到本发明的技术效果，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明保护的范围之内。在本发明的保护范围内其技术方案和/或实施方式可以有各种不同的修改和变化。

Claims (10)

1.一种ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述ISAR回波实时精细模拟生成方法包括：
获取雷达射频发射信号；
获取所述雷达射频发射信号对应的待处理基带信号；
对所述待处理基带信号进行脉冲检测，获得第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽；
对所述第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号；
根据所述信号带宽，建立目标模板；
获取目标转动速率；
根据所述脉冲序数、所述目标转动速率和所述目标模板，确定滤波系数；
根据所述滤波系数对所述第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
2.根据权利要求1所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述获取所述雷达射频发射信号对应的待处理基带信号，包括：
对所述雷达射频发射信号进行模拟下变频处理，获得待处理中频模拟信号；
对所述待处理中频模拟信号进行中频直采，获得待处理中频数字信号；
对所述待处理中频数字信号进行数字下变频处理，获得所述待处理基带信号。
3.根据权利要求1所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述对所述第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号，包括：
获取目标运动等效造成的中心频率偏移和调频斜率偏移；
以所述中心频率偏移作为中心频率，以所述调频斜率偏移作为调频斜率，生成线性调频信号；
模拟雷达发射信号往返雷达与目标之间产生的回波时延值；
根据所述回波时延值，对所述线性调频信号与所述第一雷达脉冲信号的实时复乘结果进行延时，获得所述第二雷达脉冲信号。
4.根据权利要求1所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述根据所述信号带宽，建立目标模板，包括：
根据所述信号带宽的两倍的倒数与光速的乘积，确定雷达距离分辨率；
以所述雷达距离分辨率作为最小刻度，建立雷达坐标系和目标坐标系；
检测作用于所述目标坐标系的绘制操作或者选择操作，记录目标样式参数，获得所述目标模板。
5.根据权利要求1所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述根据所述滤波系数对所述第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号，包括：
根据所述信号带宽、抽取前采样率、需求的目标模拟精度与目标模拟尺寸，设定抽取倍数；
以设定的抽取倍数对所述第二雷达脉冲信号进行抽取处理；
根据所述滤波系数，对抽取处理后的第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得所述目标数字回波信号。
6.根据权利要求5所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述根据所述脉冲序数、所述目标转动速率和所述目标模板，确定滤波系数，包括：
在所述目标模板中任意选定坐标集合，组成目标散射点集；
建立雷达坐标系；
根据所述脉冲序数和所述目标转动速率，计算坐标轴夹角；所述坐标轴夹角为所述雷达坐标系的坐标轴与所述目标坐标系的相应坐标轴之间的夹角；
根据所述坐标轴夹角，计算所述目标散射点集中各点到所述雷达坐标系的原点所形成的距离向量；
计算电磁波从所述目标散射点集中各点到所述雷达坐标系的原点往返所形成的延时向量；
根据所述距离向量和所述延时向量，计算所述目标散射点集引起的幅相值集合向量；
将所述目标散射点集中，处于同一采样分辨率单元的散射点对应的幅相值进行求和，获得所述滤波系数对应的向量。
7.根据权利要求1-6任一项所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述ISAR回波实时精细模拟生成方法还包括：
获取所述目标数字回波信号对应的射频回波信号。
8.根据权利要求7所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法，其特征在于，所述获取所述目标数字回波信号对应的射频回波信号，包括：
对所述目标数字回波信号进行数字上变频处理，获得已处理中频数字信号；
对所述已处理中频数字信号进行数模转换处理，获得已处理中频模拟信号；
对所述已处理中频模拟信号进行模拟上变频处理，获得所述射频回波信号。
9.一种ISAR回波实时精细模拟生成装置，其特征在于，所述ISAR回波实时精细模拟生成装置包括：
第一模块，用于获取雷达射频发射信号；
第二模块，用于获取所述雷达射频发射信号对应的待处理基带信号；
第三模块，用于对所述待处理基带信号进行脉冲检测，获得第一雷达脉冲信号、脉冲序数和信号带宽；
第四模块，用于对所述第一雷达脉冲信号进行频偏调制和远程延时，获得第二雷达脉冲信号；
第五模块，用于根据所述信号带宽，建立目标模板；
第六模块，用于获取目标转动速率；
第七模块，用于根据所述脉冲序数、所述目标转动速率和所述目标模板，确定滤波系数；
第八模块，用于根据所述滤波系数对所述第二雷达脉冲信号进行实时卷积滤波，获得目标数字回波信号。
10.一种存储介质，其中存储有处理器可执行的程序，其特征在于，所述处理器可执行的程序在由处理器执行时用于执行权利要求1-8任一项所述的ISAR回波实时精细模拟生成方法。
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