CN115629552A - 射频探测系统主要目标识别全链路模型校验方法及装置 - Google Patents

Abstract

本公开的实施例提供了一种射频探测系统主要目标识别全链路模型校验方法及装置。所述方法包括构建主要目标识别全链路模型；基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多个次要目标数据；利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型。以此方式，可以提高射频探测系统对主要目标识别与探测方法的验证效率。

Description

射频探测系统主要目标识别全链路模型校验方法及装置

技术领域

本公开涉及雷达领域，尤其涉及数字仿真技术领域。

背景技术

针对数字仿真的小型化射频探测系统主要目标全链路场景建模在验证 系统性能、算法有效性方面发挥巨大作用。但因其需对集群目标中的主要 目标以及多次要目标进行逐个仿真建模，导致模型环境复杂、目标建模参 数量大、运动状态建模要素多、试验成本高，同时在模型各环节以及动态 数据流运行的过程中的基准对齐也是制约全链路建模方法构建效率的特殊 性问题。

然而，当前大多数字仿真模型对于模型的真实性校验往往无法提供有 效的校验方法与校验手段，导致无法确保数据的真实性，可靠性。

发明内容

本公开提供了一种射频探测系统主要目标识别全链路模型校验方法及 装置。

根据本公开的第一方面，提供一种射频探测系统主要目标识别全链路 模型校验方法，包括：

构建主要目标识别全链路模型；

基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多个次要目标数据；

利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；

根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数值进行比对，修 正所述主要目标识别全链路模型。

在第一方面的一些实现方式中，构建主要目标识别全链路模型包括：

进行目标探测场景建模与信号仿真；

对射频探测天线系统进行数字建模仿真；

对信号处理过程进行数字建模仿真。

在第一方面的一些实现方式中，进行目标探测场景建模与信号仿真包 括：

构建面向主要目标识别应用的组合射频信号；

根据所述组合射频信号构建主要目标与多个次要目标回波信号。

在第一方面的一些实现方式中，对信号处理过程进行数字建模仿真包 括：

对所述天线仿真模型进行天线增益仿真，天线接收/发射和通道、俯仰 向差通道、方位向差通道，驻波相位的仿真。

在第一方面的一些实现方式中，基于射频探测系统半实物测试环境获 取主要目标和多个次要目标数据包括：

获取主要目标的动态位置数据、次要目标的动态位置数据以及主要目 标和多个次要目标伴随运动的动态位置数据。

在第一方面的一些实现方式中，根据所获取的主要目标和多个次要目 标数据与仿真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型包括：

分别对目标探测场景建模与信号仿真模型；射频探测天线系统模型、 信号处理模型进行校验与修正。

根据本公开的第二方面，一种射频探测系统主要目标识别全链路模型 校验装置，包括：

模型构建单元，用于构建主要目标识别全链路模型；

数据获取单元，用于基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标 和多个次要目标数据；

仿真单元，用于利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；

模型修正单元，用于根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿 真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型。

本公开实现简单，校验模型通过与真实射频探测系统半实物环境下的 测试数据校验，得到了较为逼真的全数字模型，为后续基于数字化仿真的 模型设计及算法开发提供了可靠的全数字仿真方法，大幅度降低了实物研 制的成本与半实物环境测试的繁琐工作，提高了射频探测系统对主要目标 识别与探测方法的验证效率。本公开借助小型化射频探测系统内场半实物 测试环境的基础数据及各阶段数据流的有效数据，可以对各数字模型的输 入输出进行数据比对，通过比对结果实现各组合数字模型响应函数的校正， 最终达到射频探测全系统的模型校验目的。

应当理解，发明内容部分中所描述的内容并非旨在限定本公开的实施例的 关键或重要特征，亦非用于限制本公开的范围。本公开的其它特征将通过以下 的描述变得容易理解。

附图说明

结合附图并参考以下详细说明，本公开各实施例的上述和其他特征、 优点及方面将变得更加明显。附图用于更好地理解本方案，不构成对本公 开的限定在附图中，相同或相似的附图标记表示相同或相似的元素，其中：

图1示出了根据本公开的实施例的射频探测系统主要目标识别全链路 模型校验方法的流程图；

图2示出了根据本公开的实施例的射频探测系统主要目标识别全链路 模型校验方法的逻辑图；

图3示出了根据本公开的实施例的射频探测系统主要目标识别全链路 模型校验装置的框图；

图4示出了能够实施本公开的实施例的示例性电子设备的方框图。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公 开实施例中的附图，对本公开实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述， 显然，所描述的实施例是本公开一部分实施例，而不是全部的实施例。基于 本公开中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获 得的全部其他实施例，都属于本公开保护的范围。

另外，本文中术语“和/或”，仅仅是一种描述关联对象的关联关系，表 示可以存在三种关系，例如，A和/或B，可以表示：单独存在A，同时存在 A和B，单独存在B这三种情况。另外，本文中字符“/”，一般表示前后关 联对象是一种“或”的关系。

本公开根据射频探测系统对主要目标和多个次要目标的识别需求，针对 基于数字仿真方法构建的全数字链路仿真模型进行基于半实物数据的模型 校验。主要包括基于半实物射频探测系统测试环境获取主要目标和多个次要 目标的校验数据方法；对全数字射频探测系统主要目标识别模型的数据校验 方法。

图1示出了根据本公开的实施例的射频探测系统主要目标识别全链路 模型校验方法100的流程图。

如图1所示，所述射频探测系统主要目标识别全链路模型校验方法100 包括：

S101:构建主要目标识别全链路模型；

S102:基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多个次要目 标数据；

S103:利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；

S104:根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数值进行比 对，修正所述主要目标识别全链路模型。

在步骤S101中，构建主要目标识别全链路模型包括：

进行目标探测场景建模与信号仿真；

对射频探测天线系统进行数字建模仿真；

对信号处理过程进行数字建模仿真。

进一步的，还包括对射频探测系统信号进行预处理，包括对通道增益、 通道相位一致性等基本性能参数的建模。之后对预处理信号进行硬件功能 和软件算法处理，包括对和通道、俯仰向差通道、方位向差通道进行数字 混频，模拟-数字信号转换，多目标识别算法处理的建模。

所述建模方法可以采用全数字模型建模软件SystemVue进行全链路数 字化建模，包括整个目标探测、系统接收、信号处理全流程动态数据流仿 真，最后将处理结果进行输出，结果至少包括主要目标的距离测量信息d₁'、 速度测量信息v₁'、俯仰角测量值θ₁'，方位角测量值

在一些实施方式中，进行目标探测场景建模与信号仿真包括：

构建面向主要目标识别应用的组合射频信号；

根据所述组合射频信号构建主要目标与多个次要目标回波信号。

进一步的，构建面向主要目标识别应用的组合射频信号包括：

获取组合射频信号波形基础集合；根据探测集群多目标场景中目标运 动速度对所述组合射频信号波形基础集合进行第一次筛选；根据探测集群 多目标场景中目标的先验信息进行第二次筛选；根据主要目标与次要目标 之间的先验运动轨迹与位置关系进行第三次筛选；对筛选后得到的组合射 频波形进行仿真，确定所述筛选后得到的组合射频波形是否满足预设要求。

第一次筛选包括：根据目标探测速度与多普勒频率之间的转换关系， 得到目标速度探测无模糊估计下的信号脉冲重复频率范围。

第二次筛选包括：根据射频探测信号分辨率计算关系，得到探测目标 的尺寸范围内对射频信号带宽的要求范围。

第三次筛选包括：根据多目标相对运动速度与多普勒频率、相对运动 距离与脉冲宽度、目标RCS相对值范围与信号幅度之间的量化转换关系， 进行第三次筛选。

射频信号建模如下：

通过信号类型编号选择设置信号具体参数，表达式如下：

式中，Type_i表示第i种射频信号的信号类型，包括线性调频信号、单脉 冲信号、连续波信号等，可用编号1，2，3表示，τ_i表示第i种射频信号的 信号脉冲宽度，PRT_i表示第i种射频信号的脉冲重复周期，A_i表示第i种射 频信号幅度，B_i表示第i种射频信号的带宽，

表示第i种射频信号的初始 相位，m_i表示第i种射频信号是否有其他复杂调制。

接收信号与环境建模如下：

构建主要目标与多个次要目标射频接收信号，通过回波信号个数选择 设置信号具体参数，表达式如下：

r_i＝Ar_i·f(s_i)+n_i+c_i

式中，Ar_i表示第i个接收信号的目标散射截面积调制幅度，s_i表示第i种 射频信号波形，

表示对射频信号的延时与频偏调制函数，n_i表示环境 噪声，c_i表示环境杂波。因此系统接收的回波信号表示为：

式中n表示主要目标与次要目标的信号数量，假设n＝1为主要目标回波 信号，其余为次要目标回波信号。

在一些实施方式中，对信号处理过程进行数字建模仿真包括：

对所述天线仿真模型进行天线增益仿真，天线接收/发射和通道、俯仰 向差通道、方位向差通道，驻波相位的仿真。

进一步的，射频探测系统天线系统建模，根据探测原理，天线方向图 模型如下：

式中，θ表示俯仰角，

表示方位角，A为天线孔径面积，λ为射频信号 工作波长，η为幅度加权孔径效率，一般取值范围为0.6-0.8，

为阵元 失配反射系数振幅，R_loss为综合欧姆损耗，

通常取值范围为 0.4-0.7，

为阵元因子，一般情况下近似为全向阵元辐射图，

为阵因子，由此可知，波束形状主要由阵因子的阵元排列决定。

在步骤S102中，基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多 个次要目标数据包括：

获取主要目标的动态位置数据、次要目标的动态位置数据以及主要目 标和多个次要目标伴随运动的动态位置数据。

进一步的，可以设置半实物测试环境，基于半实物环境进行组合射频 信号波形主要目标识别与性能测试，具体地，

半实物测试环境主要包括：射频探测系统、实验系统控制机、目标模 拟器、环境模拟器、时间同步基准通信模块。

射频探测系统是实验性能验证与评估对象，主要功能是实现对实验室 内场辐射的电磁信号进行接收与处理；

实验系统控制机是控制整个系统性能测试的控制中枢，用于控制各个 模块；

目标模拟器是模拟多个目标信号的模拟设备。

环境模拟器是模拟射频探测系统在真实探测场景下的自然环境，用于 生成自然环境的空间辐射信号。

所述动态位置数据包括：动态距离信息d₁'、动态速度信息v₁'、动态俯 仰角信息θ₁'、动态方位角信息

所述次要目标的动态位置数据包括：动 态距离信息d_i'、动态速度信息v_i'、动态俯仰角信息θ_i'、动态方位角信息

且i≠1；所述主要目标和多个次要目标伴随运动的动态位置数据包括：动态 相对距离变化信息d_1i、动态相对速度变化信息v_1i、动态俯仰角信息θ_1i、动 态方位角信息

在步骤S104中，根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数 值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型包括：

分别对目标探测场景建模与信号仿真模型；射频探测天线系统模型、 信号处理模型进行校验与修正。

通过主要目标、多个次要目标以及主次目标之间的半实物动态数据信 息，对射频信号处理的天线接收信号的全数字模型、半实物数据射频通道 全数字模型、半实物数据信号处理全数字模型进行校验，将比较后的误差 反馈至相对应的天线接收信号全数字模型、半实物数据射频通道全数字模 型、信号处理全数字模型，对模型全链路进行数据修正。

需要说明的是，对于前述的各方法实施例，为了简单描述，故将其都表 述为一系列的动作组合，但是本领域技术人员应该知悉，本公开并不受所描 述的动作顺序的限制，因为依据本公开，某些步骤可以采用其他顺序或者同 时进行。其次，本领域技术人员也应该知悉，说明书中所描述的实施例均属 于可选实施例，所涉及的动作和模块并不一定是本公开所必须的。

以上是关于方法实施例的介绍，以下通过装置实施例，对本公开所述方 案进行进一步说明。

图3示出了根据本公开的实施例的射频探测系统主要目标识别全链路 模型校验装置200的框图。

如图3所示，所述射频探测系统主要目标识别全链路模型校验装置200 包括：

模型构建单元201，用于构建主要目标识别全链路模型；

数据获取单元202，用于基于射频探测系统半实物测试环境获取主要 目标和多个次要目标数据；

仿真单元203，用于利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；

模型修正单元204，用于根据所获取的主要目标和多个次要目标数据 与仿真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型。

所属领域的技术人员可以清楚地了解到，为描述的方便和简洁，所述描 述的模块的具体工作过程，可以参考前述方法实施例中的对应过程，在此不 再赘述。

本公开的技术方案中，所涉及的用户个人信息的获取，存储和应用等， 均符合相关法律法规的规定，且不违背公序良俗。

根据本公开的实施例，本公开还提供了一种电子设备、一种可读存储 介质和一种计算机程序产品。

图4示出了可以用来实施本公开的实施例的电子设备300的示意性 框图。电子设备旨在表示各种形式的数字计算机，诸如，膝上型计算机、 台式计算机、工作台、个人数字助理、服务器、刀片式服务器、大型计算 机、和其它适合的计算机。电子设备还可以表示各种形式的移动装置，诸 如，个人数字处理、蜂窝电话、智能电话、可穿戴设备和其它类似的计算 装置。本文所示的部件、它们的连接和关系、以及它们的功能仅仅作为示 例，并且不意在限制本文中描述的和/或者要求的本公开的实现。

设备300包括计算单元301，其可以根据存储在只读存储器(ROM) 302中的计算机程序或者从存储单元308加载到随机访问存储器(RAM) 303中的计算机程序，来执行各种适当的动作和处理。在RAM 303中，还 可存储设备300操作所需的各种程序和数据。计算单元301、ROM 302以 及RAM 303通过总线304彼此相连。输入/输出(I/O)接口305也连接至 总线304。

设备300中的多个部件连接至I/O接口305，包括：输入单元306，例 如键盘、鼠标等；输出单元307，例如各种类型的显示器、扬声器等；存 储单元308，例如磁盘、光盘等；以及通信单元309，例如网卡、调制解调 器、无线通信收发机等。通信单元309允许设备300通过诸如因特网的计 算机网络和/或各种电信网络与其他设备交换信息/数据。

计算单元301可以是各种具有处理和计算能力的通用和/或专用处理组 件。计算单元301的一些示例包括但不限于中央处理单元(CPU)、图形 处理单元(GPU)、各种专用的人工智能(AI)计算芯片、各种运行机器 学习模型算法的计算单元、数字信号处理器(DSP)、以及任何适当的处 理器、控制器、微控制器等。计算单元301执行上文所描述的各个方法和处理，例如方法100。例如，在一些实施例中，方法100可被实现为计算 机软件程序，其被有形地包含于机器可读介质，例如存储单元308。在一 些实施例中，计算机程序的部分或者全部可以经由ROM 302和/或通信单 元309而被载入和/或安装到设备300上。当计算机程序加载到RAM 803 并由计算单元301执行时，可以执行上文描述的方法100的一个或多个步 骤。备选地，在其他实施例中，计算单元301可以通过其他任何适当的方 式(例如，借助于固件)而被配置为执行方法100。

本文中以上描述的系统和技术的各种实施方式可以在数字电子电路系 统、集成电路系统、场可编程门阵列(FPGA)、专用集成电路(ASIC)、 专用标准产品(ASSP)、芯片上系统的系统(SOC)、负载可编程逻辑设 备(CPLD)、计算机硬件、固件、软件、和/或它们的组合中实现。这些 各种实施方式可以包括：实施在一个或者多个计算机程序中，该一个或者 多个计算机程序可在包括至少一个可编程处理器的可编程系统上执行和/ 或解释，该可编程处理器可以是专用或者通用可编程处理器，可以从存储 系统、至少一个输入装置、和至少一个输出装置接收数据和指令，并且将 数据和指令传输至该存储系统、该至少一个输入装置、和该至少一个输出 装置。

用于实施本公开的方法的程序代码可以采用一个或多个编程语言的任 何组合来编写。这些程序代码可以提供给通用计算机、专用计算机或其他 可编程数据处理装置的处理器或控制器，使得程序代码当由处理器或控制 器执行时使流程图和/或框图中所规定的功能/操作被实施。程序代码可以完 全在机器上执行、部分地在机器上执行，作为独立软件包部分地在机器上 执行且部分地在远程机器上执行或完全在远程机器或服务器上执行。

在本公开的上下文中，机器可读介质可以是有形的介质，其可以包含 或存储以供指令执行系统、装置或设备使用或与指令执行系统、装置或设 备结合地使用的程序。机器可读介质可以是机器可读信号介质或机器可读 储存介质。机器可读介质可以包括但不限于电子的、磁性的、光学的、电 磁的、红外的、或半导体系统、装置或设备，或者上述内容的任何合适组 合。机器可读存储介质的更具体示例会包括基于一个或多个线的电气连接、便携式计算机盘、硬盘、随机存取存储器(RAM)、只读存储器(ROM)、 可擦除可编程只读存储器(EPROM或快闪存储器)、光纤、便捷式紧凑盘 只读存储器(CD-ROM)、光学储存设备、磁储存设备、或上述内容的任 何合适组合。

为了提供与用户的交互，可以在计算机上实施此处描述的系统和技术， 该计算机具有：用于向用户显示信息的显示装置(例如，CRT(阴极射线 管)或者LCD(液晶显示器)监视器)；以及键盘和指向装置(例如，鼠 标或者轨迹球)，用户可以通过该键盘和该指向装置来将输入提供给计算 机。其它种类的装置还可以用于提供与用户的交互；例如，提供给用户的 反馈可以是任何形式的传感反馈(例如，视觉反馈、听觉反馈、或者触觉 反馈)；并且可以用任何形式(包括声输入、语音输入或者、触觉输入) 来接收来自用户的输入。

可以将此处描述的系统和技术实施在包括后台部件的计算系统(例如， 作为数据服务器)、或者包括中间件部件的计算系统(例如，应用服务器)、 或者包括前端部件的计算系统(例如，具有图形用户界面或者网络浏览器 的用户计算机，用户可以通过该图形用户界面或者该网络浏览器来与此处 描述的系统和技术的实施方式交互)、或者包括这种后台部件、中间件部 件、或者前端部件的任何组合的计算系统中。可以通过任何形式或者介质的数字数据通信(例如，通信网络)来将系统的部件相互连接。通信网络 的示例包括：局域网(LAN)、广域网(WAN)和互联网。

计算机系统可以包括客户端和服务器。客户端和服务器一般远离彼此 并且通常通过通信网络进行交互。通过在相应的计算机上运行并且彼此具 有客户端-服务器关系的计算机程序来产生客户端和服务器的关系。服务器 可以是云服务器，也可以为分布式系统的服务器，或者是结合了区块链的 服务器。

应该理解，可以使用上面所示的各种形式的流程，重新排序、增加或 删除步骤。例如，本发公开中记载的各步骤可以并行地执行也可以顺序地 执行也可以不同的次序执行，只要能够实现本公开公开的技术方案所期望 的结果，本文在此不进行限制。

上述具体实施方式，并不构成对本公开保护范围的限制。本领域技术 人员应该明白的是，根据设计要求和其他因素，可以进行各种修改、组合、 子组合和替代。任何在本公开的精神和原则之内所作的修改、等同替换和 改进等，均应包含在本公开保护范围之内。

Claims (7)

1.一种射频探测系统主要目标识别全链路模型校验方法，包括：

构建主要目标识别全链路模型；

基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多个次要目标数据；

利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；

根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型。

2.根据权利要求1所述的方法，其中，构建主要目标识别全链路模型包括：

进行目标探测场景建模与信号仿真；

对射频探测天线系统进行数字建模仿真；

对信号处理过程进行数字建模仿真。

3.根据权利要求2所述的方法，其中，进行目标探测场景建模与信号仿真包括：

构建面向主要目标识别应用的组合射频信号；

根据所述组合射频信号构建主要目标与多个次要目标回波信号。

4.根据权利要求2所述的方法，其中，对信号处理过程进行数字建模仿真包括：

对所述天线仿真模型进行天线增益仿真，天线接收/发射和通道、俯仰向差通道、方位向差通道，驻波相位的仿真。

5.根据权利要求2所述的方法，其中，基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多个次要目标数据包括：

获取主要目标的动态位置数据、次要目标的动态位置数据以及主要目标和多个次要目标伴随运动的动态位置数据。

6.根据权利要求2所述的方法，其中，根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型包括：

分别对目标探测场景建模与信号仿真模型；射频探测天线系统模型、信号处理模型进行校验与修正。

7.一种射频探测系统主要目标识别全链路模型校验装置，包括：

模型构建单元，用于构建主要目标识别全链路模型；

数据获取单元，用于基于射频探测系统半实物测试环境获取主要目标和多个次要目标数据；

仿真单元，用于利用所述主要目标识别全链路模型进行仿真；

模型修正单元，用于根据所获取的主要目标和多个次要目标数据与仿真数值进行比对，修正所述主要目标识别全链路模型。

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