CN117590347A - 一种基于雷达回波信号的目标模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，涉及雷达技术领域，所述方法包括：步骤1：建立目标的几何模型；基于脉内调制效应生成雷达发送信号；步骤2：建立目标的运动模型；并基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角；步骤3：计算目标相对于雷达的相对速度；步骤4：接收目标的雷达回波信号；对雷达回波信号进行信号调整，并加入雷达系统噪声，生成调整信号；步骤5：基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型。本发明通过对雷达目标的运动模型和几何模型进行精确调整，提高了目标模拟的逼真度，使其更全面地考虑了多种影响因素，具备实时性和高效性。

Description

一种基于雷达回波信号的目标模拟方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，特别涉及一种基于雷达回波信号的目标模拟方法。

背景技术

雷达技术在军事、航空、气象、航海、交通等领域中具有广泛的应用，用于探测和跟踪目标。其中，目标模拟技术是雷达领域的一个重要研究方向，它允许雷达系统模拟各种目标的回波信号，以便进行性能测试、培训和仿真研究。在过去的几十年里，目标模拟技术取得了显著的进展，但仍然面临一些挑战和限制。

在过去，静态目标模拟是一种常见的方法，通过固定的目标几何模型和静态参数来生成雷达回波信号。这种方法的优点是简单易实现，但缺点也显而易见：它无法模拟运动目标的动态效应，例如多普勒频移、运动模糊等。因此，在需要模拟动态目标时，静态目标模拟方法不再适用。

为了模拟动态目标，现有技术引入了动态参数，如目标的速度、加速度等。这些参数允许生成具有一定动态效应的回波信号。然而，现有技术仍然存在一些问题：部分现有技术在模拟目标的速度和加速度时，未能考虑到雷达回波信号的影响。这可能导致模拟结果与实际情况不符，降低了模拟的精确性。运动目标在回波信号中引入了运动模糊效应，这是由于目标在雷达波束内的不同位置产生不同的回波信号。现有技术通常未能充分考虑运动模糊效应，因此在模拟中未能准确捕捉这种现象。现有技术中通常需要复杂的参数调整和试错过程，以获得满足需求的目标模拟结果。这增加了模拟过程的复杂性和成本。

发明内容

本发明的目的是提供一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，通过对雷达目标的运动模型和几何模型进行精确调整，提高了目标模拟的逼真度，使其更全面地考虑了多种影响因素，具备实时性和高效性。

为解决上述技术问题，本发明提供一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，所述方法包括：

步骤1：建立目标的几何模型；基于脉内调制效应生成雷达发送信号；

步骤2：建立目标的运动模型；并基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角；

步骤3：计算目标相对于雷达的相对速度；

步骤4：接收目标的雷达回波信号；对雷达回波信号进行基于运动模糊效应的信号调整，并加入雷达系统噪声，生成调整信号；

步骤5：基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，得到目标模拟几何模型；基于调整信号和相对速度，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型。

进一步的，所述步骤1中建立的目标的几何模型为圆柱模型；圆柱模型的底面半径为，高度为/>；以/>表示目标的中心坐标；圆柱模型的目标底面使用如下公式进行表示：

；

其中，为目标底面的x轴坐标值；/>为目标点里面的y轴坐标值；目标的高度使用如下公式进行表示：

；

其中，为圆柱侧面的z轴坐标值。

进一步的，所述步骤1中，基于脉内调制效应生成雷达发送信号时，通过在脉冲信号内部引入频率变化，使得不同部分的信号以不同的频率传输，使得雷达系统在接收时区分不同距离的目标或不同速度的目标；使用函数表示脉内调制的效果，/>函数是一种用于描述频率变化的函数，频率变化越大，/>函数的主瓣越宽；步骤1中生成的雷达发送信号使用如下公式进行表示：

；

其中，为雷达发送信号的振幅；/>为雷达发射功率；/>为雷达发射天线增益；/>为雷达接收天线增益；/>为雷达发送信号的波长；/>为目标的雷达散射截面；/>为雷达天线等效面积；/>为目标到雷达的距离；/>为时间；/>为雷达脉冲宽度；/>为脉内调制频率；为雷达发送信号的相位；/>为雷达发送信号的中心频率。

进一步的，所述步骤2中建立目标的运动模型，使用如下公式进行表示：

其中，、/>和/>是目标在时间/>时的位置坐标；/>是z轴坐标，/>是x轴坐标，/>是y轴坐标；/>是目标在x轴方向的初始速度分量；/>是目标在y轴方向的初始速度分量；/>是目标在z轴方向的初始速度分量；/>是目标在x轴方向的加速度分量；/>是目标在y轴方向的加速度分量；/>是目标在z轴方向的加速度分量；设雷达的位置为；使用如下公式，基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角：

；

其中，为目标于/>时间在雷达极坐标系中的距离；/>为目标于/>时间在雷达极坐标系中的方向角；/>为目标在雷达发送信号的传播方向上的偏移角度。

进一步的，步骤3中，使用如下公式，计算目标相对于雷达的相对速度：

；

其中，为目标相对于雷达的相对速度；/>为虚数单位。

进一步的，步骤4中，设接收目标的雷达回波信号的波形函数为；则雷达回波信号使用如下公式进行表示：

；

其中，为雷达回波信号。

进一步的，步骤4中，使用如下公式对雷达回波信号进行基于运动模糊效应的信号调整：

其中，考虑运动模糊效应后的目标回波信号；/>为最大加速度引起的多普勒频移，表示了目标速度变化的上限，速度变化越大，频移效应越显著，决定了频谱扩展的程度；/>为积分变量，表示在积分过程中对时间的积分变量；/>是加速度引起的多普勒频移；通过如下公式，加入雷达系统噪声，生成/>：

其中，为调整信号；/>表示了各种源头引起的随机干扰。

进一步的，步骤5中，通过如下公式，基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，得到目标模拟几何模型：

；

其中，是调整尺寸的系数，取值范围为0.3到0.5；/>调整后的几何模型的高度；/>为调整后的目标的几何模型的底面半径；调整后的目标几何模型的中心坐标使用如下公式进行表示：

其中，是调整系数，为设定值，取值范围为0.6到0.9；/>是/>的相位；为/>表示调整后的目标的几何模型的中心坐标。

进一步的，步骤5中，通过如下公式，基于调整信号和相对速度，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型：设目标的运动模型由位置向量描述，并且有相应的速度分量/>和加速度分量/>；调整后的运动模型表示为/>，其中：

；

其中，是位置调整系数，取值范围为0.4到0.7；/>是一个角频率参数，取值范围为300赫兹到700赫兹；/>是/>的相位；

；

其中，是速度调整系数，取值范围为0.6到0.9；

；

其中，是加速度调整系数，取值范围为0.3到0.6。

本发明的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，具有以下有益效果：本发明的一个重要效果是提高了目标模拟的逼真度。传统的目标模拟技术通常只能生成静态目标或简单动态目标的模拟结果，而本发明通过对目标的运动模型和几何模型进行实时调整，能够更准确地模拟目标的复杂运动和外形特征。这使得目标模拟更加真实，有助于更好地模拟实际雷达场景中的目标行为。本发明的另一个重要效果是考虑了多种影响因素对目标模拟的影响。通过引入多普勒频移、运动模糊、脉内调制等因素，本发明更全面地考虑了雷达回波信号的复杂特性。同时，通过噪声模拟，本发明还考虑了噪声对模拟结果的影响。这种综合考虑使得目标模拟更加全面和准确，更能反映实际雷达系统中的各种复杂情况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的实施例，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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法的方法流程示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明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发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动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。

实施例1：参考图1，一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，所述方法包括：

步骤1：建立目标的几何模型；基于脉内调制效应生成雷达发送信号；

几何模型是对目标的外部形状和尺寸进行数学描述的表示方式。这可以是一个数学方程、一组参数或一个三维几何模型，用来定义目标的形状、大小和结构。脉内调制是指在雷达发射的单个脉冲内改变信号的频率、相位或振幅的过程。这种调制可以通过多种方式实现，例如频率调制或相位调制。脉内调制改变了雷达信号的时频特性，使得每个脉冲内包含更多关于目标的信息。基于脉内调制效应生成的雷达发送信号可以提高目标检测和分类的能力。调制后的信号允许雷达系统更精确地测量目标的速度（通过多普勒效应）和距离（通过脉冲延迟）。此外，它还能够提供更多关于目标特性的信息，如大小、形状和材料类型，从而提高目标识别的准确性。

步骤2：建立目标的运动模型；并基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角；

运动模型是用来描述目标在空间中的移动路径和行为的数学模型。这包括目标的速度、加速度、轨迹和方向等动态特性。运动模型通常基于物理定律和假设来建立，如匀速直线运动、匀加速运动或更复杂的非线性运动。运动模型使雷达系统能够预测和模拟目标的未来位置和状态。这对于雷达跟踪和预测目标行为至关重要，尤其是在动态环境中或当目标运动快速和不规则时。正确的运动模型可以显著提高雷达系统对动态目标的追踪能力和准确性。

雷达极坐标系是一种描述目标位置的系统，它使用距离和方向角来标定目标相对于雷达的位置。距离是指目标到雷达的直线距离，而方向角是目标相对于雷达的角度位置。

步骤3：计算目标相对于雷达的相对速度；

雷达系统通常利用多普勒效应来计算目标的相对速度。多普勒效应是指当波源（如雷达信号）和观察者（雷达接收器）之间存在相对运动时，波的频率会发生变化。对于雷达系统来说，如果目标向雷达移动，反射波的频率会比发射波的频率高（频率上移）；如果目标远离雷达，频率则会降低（频率下移）。

计算目标的相对速度对于雷达系统来说至关重要，特别是在需要监测和跟踪移动目标的情况下。例如，在军事应用中，准确的速度测量可以帮助判断目标的种类和威胁等级；在民用领域，如航空交通管理，它有助于监控飞机的速度，确保航班安全和有效的空域管理。通过分析目标的速度变化，雷达系统可以更好地理解目标的行为模式。例如，快速变化的速度可能表示目标正在进行机动操作，而稳定的速度可能表示匀速直线运动。

步骤4：接收目标的雷达回波信号；对雷达回波信号进行基于运动模糊效应的信号调整，并加入雷达系统噪声，生成调整信号；

当雷达发射的电磁波遇到目标物体时，它们会被反射回雷达接收器。这些反射波（回波）携带了关于目标物体（如位置、形状、速度等）的信息。

接收器通过捕获这些回波信号来获取目标信息。运动模糊效应是指在目标物体移动时，由于曝光时间的关系，接收到的信号可能会在时间上展宽，导致雷达图像模糊。信号调整涉及对这种模糊效应的校正。这通常通过信号处理技术实现，比如调整信号的时间延迟或频率特性，以补偿运动所引起的变化。在实际雷达系统中，噪声是不可避免的。它可以来源于多种因素，如电子设备的内部噪声、大气干扰等。在模拟过程中，人为地加入噪声有助于更真实地模拟雷达信号在实际环境中的表现。通过校正运动模糊效应，可以提高雷达图像的清晰度和目标定位的准确性，特别是在高速移动目标的情况下。这对于诸如精确制导、目标识别等应用至关重要。

步骤5：基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，得到目标模拟几何模型；基于调整信号和相对速度，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型。

实施例2：所述步骤1中建立的目标的几何模型为圆柱模型；圆柱模型的底面半径为，高度为/>；以/>表示目标的中心坐标；圆柱模型的目标底面使用如下公式进行表示：

；

其中，为目标底面的x轴坐标值；/>为目标点里面的y轴坐标值；目标的高度使用如下公式进行表示：

；

其中，为圆柱侧面的z轴坐标值。

实施例3：所述步骤1中，基于脉内调制效应生成雷达发送信号时，通过在脉冲信号内部引入频率变化，使得不同部分的信号以不同的频率传输，使得雷达系统在接收时区分不同距离的目标或不同速度的目标；使用函数表示脉内调制的效果，/>函数是一种用于描述频率变化的函数，频率变化越大，/>函数的主瓣越宽；步骤1中生成的雷达发送信号使用如下公式进行表示：

；

其中，为雷达发送信号的振幅；/>为雷达发射功率；/>为雷达发射天线增益；/>为雷达接收天线增益；/>为雷达发送信号的波长；/>为目标的雷达散射截面；/>为雷达天线等效面积；/>为目标到雷达的距离；/>为时间；/>为雷达脉冲宽度；/>为脉内调制频率；为雷达发送信号的相位；/>为雷达发送信号的中心频率。

具体的，在生成雷达发送信号时，使用了sinc函数作为调制函数。sinc函数是一种用于描述频率变化的函数，其主要特征是在中心频率处具有主瓣，主瓣的宽度取决于频率变化的大小。频率变化越大，sinc函数的主瓣越宽。公式中的表示脉内调制的频率变化，它在公式中与时间/>相关。通过在脉冲信号内部引入频率变化，不同部分的信号以不同的频率传输。这意味着发送信号的频率将随时间而变化，形成一个调制信号。公式中的/>表示雷达发送信号的振幅，而/>表示相位。这些参数受脉内调制效应的影响，振幅和相位的变化将影响信号的特性。脉内调制效应的原理在于通过频率变化，使雷达系统能够在接收时区分不同距离的目标或不同速度的目标。不同频率的信号对应于不同的距离或速度，这有助于提高雷达系统的性能，包括目标距离测量、速度测量和目标分辨率。

实施例4：所述步骤2中建立目标的运动模型，使用如下公式进行表示：

其中，、/>和/>是目标在时间/>时的位置坐标；/>是z轴坐标，/>是x轴坐标，/>是y轴坐标；/>是目标在x轴方向的初始速度分量；/>是目标在y轴方向的初始速度分量；/>是目标在z轴方向的初始速度分量；/>是目标在x轴方向的加速度分量；/>是目标在y轴方向的加速度分量；/>是目标在z轴方向的加速度分量；设雷达的位置为；使用如下公式，基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角：

；

其中，为目标于/>时间在雷达极坐标系中的距离；/>为目标于/>时间在雷达极坐标系中的方向角；/>为目标在雷达发送信号的传播方向上的偏移角度。

具体的，表示目标在时间/>时的距离，它是目标位置/>和雷达位置/>之间的欧几里得距离。欧几里得距离用于测量两个点之间的直线距离，根据勾股定理计算。这个距离告诉目标距离雷达有多远，即目标与雷达之间的实际距离。表示目标在时间/>时的方向角，它描述了目标相对于雷达位置的方向。是反正切函数，它接受目标在/>和/>轴上的位置差作为参数，计算目标相对于雷达的极坐标方向角。这个函数可以处理所有四个象限内的角度，并确保方向角的范围在/>之间。/>是目标在雷达发送信号的传播方向上的偏移角度。这个偏移角度通常由雷达系统的设置或者目标运动特性决定。这些公式的原理在于将目标的三维位置坐标/>转换为雷达极坐标系中的距离/>和方向角/>。这些参数对于雷达系统中的目标跟踪和定位非常重要，因为它们允许雷达系统实时了解目标的位置和方向，从而实现更精确的目标检测和跟踪。距离告诉目标距离雷达有多远，而方向角告诉目标相对于雷达的方向。这些信息对于雷达系统的性能至关重要，尤其是在目标追踪和定位方面。

实施例5：步骤3中，使用如下公式，计算目标相对于雷达的相对速度：

；

其中，为目标相对于雷达的相对速度；/>为虚数单位。

具体的，表示目标距离雷达的变化率，即目标的速度沿着雷达与目标之间的直线路径的投影。如果目标向雷达靠近，这个值将是负的，如果目标远离雷达，这个值将是正的。这部分描述了速度的实际移动情况。/>是虚数单位，用于表示虚部。/>是雷达发送信号的中心频率乘以/>，它代表了雷达发送信号的频率。/>和/>表示目标在/>和/>方向上速度分量的变化率。这两个速度分量的变化率乘以雷达信号的频率/>用于计算虚部。这部分描述了速度分量相对于雷达信号频率的多普勒效应。实部部分/>描述了目标距离雷达的实际变化速度，即目标的直线运动速度。这部分对于测量目标的径向速度（速度沿着雷达与目标之间的直线路径）非常重要。虚部部分/>描述了目标速度分量相对于雷达信号频率的多普勒效应。多普勒效应是由于运动目标引起的信号频率变化，它是雷达系统中用于测量目标速度的基础。相对速度/>是一个复数，包括实部和虚部。实部描述了目标的径向速度，虚部描述了速度分量相对于雷达信号频率的频率移动。

实施例6：步骤4中，设接收目标的雷达回波信号的波形函数为；则雷达回波信号使用如下公式进行表示：

；

其中，为雷达回波信号。

具体的，代表回波信号的振幅，即信号的强度。在雷达应用中，振幅通常用于衡量目标的反射能力或雷达信号的功率。振幅可以受到目标的散射特性和雷达系统参数的影响。/>是复数形式的表示，其中包括振幅和相位信息。/>是虚数单位。/>表示雷达发送信号的相位，它是雷达系统发送信号的一个特性。/>表示雷达信号的频率项，其中是雷达发送信号的中心频率，/>是雷达脉冲宽度。这个复指数项用于描述回波信号相对于发送信号的相位差异。它考虑了多普勒效应和脉冲压缩效应。/>描述了接收目标的雷达回波信号的波形函数，即信号在时间上的变化。这个波形函数包括了信号的时域特性，例如信号的形状、持续时间、脉冲特性等。波形函数/>可以受到雷达系统设计和信号处理的影响。这个公式的原理在于，它用于表示雷达接收到的回波信号/>，并包括了振幅、相位和波形信息。振幅/>描述了回波信号的强度，可以用于测量目标的散射特性或雷达信号的功率。复指数项/>描述了回波信号的相位特性，考虑了多普勒效应和脉冲压缩效应。这个相位信息对于目标速度测量和多普勒频移的校正非常重要。波形函数/>描述了回波信号的时域特性，包括信号的形状和时间延迟。这个波形信息在雷达系统中用于信号处理和目标检测。这个公式的作用在于将接收到的回波信号/>表示为一个复数形式，其中包括了振幅、相位和波形信息。这个信息对于雷达系统中的信号处理、目标检测、速度测量和多普勒效应分析非常重要。波形函数的表达式可以为：

；

其中，是初始相位，/>是初始频率，/>是调频率（斜率）。

实施例7：步骤4中，使用如下公式对雷达回波信号进行基于运动模糊效应的信号调整：

公式中包含了一个积分，表示对时间/>进行积分。这个积分过程将对回波信号在整个时间范围内进行积分，以考虑目标在不同时间点的速度和位置变化对信号的影响。在积分中，/>表示了在某一时刻/>接收到的回波信号。这个信号包括了目标的散射特性和速度信息。公式中的/>项是sinc函数的调整因子。这个因子考虑了多普勒频移效应，其中/>表示最大加速度引起的多普勒频移。sinc函数在频域中起到滤波的作用，限制了频谱的扩展。指数项/>考虑了回波信号相对于雷达发送信号的相位差异，其中/>是雷达发送信号的中心频率。这个相位项用于将回波信号与发送信号进行匹配，以便进一步处理。指数项/>考虑了加速度引起的多普勒频移，其中/>表示加速度引起的多普勒频移，/>表示目标到雷达的距离。这个项用于校正多普勒频移的效应，考虑了目标的加速度。运动模糊调整的原理在于，它通过积分的方式考虑了目标速度和加速度引起的多普勒频移效应。这些效应会导致回波信号的频谱扩展和相位变化。sinc函数调整因子限制了频谱的扩展，以减小多普勒频移的影响。这有助于更准确地测量目标的速度和位置。指数项用于调整信号的相位，以匹配发送信号和接收信号，确保正确的相位对齐。加速度引起的多普勒频移校正项考虑了目标的加速度，以准确地纠正频率偏移。

其中，考虑运动模糊效应后的目标回波信号；/>为最大加速度引起的多普勒频移，表示了目标速度变化的上限，速度变化越大，频移效应越显著，决定了频谱扩展的程度；/>为积分变量，表示在积分过程中对时间的积分变量；/>是加速度引起的多普勒频移；通过如下公式，加入雷达系统噪声，生成/>：

其中，为调整信号；/>表示了各种源头引起的随机干扰。

噪声添加的原理在于，它模拟了实际雷达系统中的噪声干扰，以更真实地反映雷达接收到的信号在复杂环境中的情况。噪声项表示了各种源头引起的随机干扰，这些源头可以包括电子器件的内部噪声、大气条件引起的干扰、地面杂散反射等。这些干扰是实际雷达系统中不可避免的，它们会影响信号的质量和可靠性。噪声添加过程通过将噪声信号/>与目标回波信号相加，模拟了噪声对信号的干扰作用。这有助于测试雷达系统的鲁棒性和性能，以确保系统在噪声环境下仍能正常工作。

实施例8：步骤5中，通过如下公式，基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，得到目标模拟几何模型：

；

首先，对接收到的雷达回波信号进行特征提取。这个特征提取是关键的第一步。在这里，提取了信号的四次方强度，即/>。这个四次方强度包含了信号的高阶特性，它不仅考虑了信号的振幅（一次方强度），还包括了信号的波形形状。接下来，将提取到的四次方强度进行时间域上的积分操作。这个积分过程表示了信号特征在时间上的积累效应。具体来说，积分操作考虑了整个信号波形的强度变化，而不仅仅是瞬时强度。这意味着它能够捕捉到信号的动态变化，包括信号波形的快速波动和变化。公式中的/>是一个用户可调整的系数，它用于控制调整的幅度。通过调整/>的值，用户可以自定义对底面半径的调整幅度，以适应不同场景下的需求。较大的/>值会导致更大的调整，反之亦然。最终结果是将积分的结果添加到原始底面半径/>上，得到了调整后的底面半径/>。这个调整是基于信号特征对目标底面半径的影响，因此它使模拟的目标更准确地反映了底面的几何特征。通过对接收到的雷达信号进行高阶特征提取和积分分析，可以更敏感地捕捉到信号的变化。四次方强度和积分操作结合起来，考虑了信号的整体特性，而不仅仅是瞬时信号的状况。调整系数/>允许用户根据具体需求自定义调整的程度，使其适应不同的雷达应用场景。最终的调整结果体现在底面半径/>上，以更准确地模拟目标的几何形状。

首先，对接收到的雷达回波信号的强度波动特征的提取。这个特征提取是关键的第一步，它涉及信号的最大值和最小值之间的差异，即/>。接下来，提取到的差异被平方，即/>。这个平方操作的目的是增强差异的影响，以更敏感地反映信号强度的动态范围变化。公式中的积分操作是对平方差异的信号特征进行时间域上的积分。这个积分过程表示了信号特征在时间上的积累效应。具体来说，积分操作考虑了信号强度波动的整体变化，而不仅仅是瞬时强度差异。公式中的/>是用户设定的调整系数，它用于控制调整的幅度。通过调整/>的值，用户可以自定义对高度的调整幅度，以适应不同的雷达应用需求。最终结果是将积分的结果添加到原始高度/>上，得到了调整后的高度/>。这个调整是基于信号强度波动对目标高度的影响，因此它使模拟的目标更准确地反映了高度的变化。

这个高度调整公式的原理在于，通过对接收到的雷达信号的强度波动特性进行深入分析，可以更敏感地捕捉信号强度的变化，尤其是最大值和最小值之间的差异。强度差异的平方操作增强了差异的影响，使得信号强度的波动更显著，这有助于更好地反映目标的高度变化。积分操作综合考虑了信号强度波动的整体效应，而不仅仅是瞬时的波动。这意味着调整过程不仅仅取决于瞬时的信号特性，还考虑了信号在时间上的演化。

其中，是调整尺寸的系数，取值范围为0.3到0.5；/>调整后的几何模型的高度；/>为调整后的目标的几何模型的底面半径；调整后的目标几何模型的中心坐标使用如下公式进行表示：

其中，是调整系数，为设定值，取值范围为0.6到0.9；/>是/>的相位；为/>表示调整后的目标的几何模型的中心坐标。

具体的，中，首先对接收到的雷达回波信号进行了特征提取，其中包括以下要素：/>：这表示信号的幅度的平方，反映了信号的强度。/>：这是信号的相位部分，其中/>是雷达发送信号的中心频率，/>是信号的相位。公式使用了复数形式的积分，将信号的幅度平方和相位结合在一起。这个积分的目的是综合考虑信号强度和相位随时间的变化。复数形式的积分允许将这两个信号特征合并为一个复数值。在积分过程中，信号特征被乘以权重函数/>，其中/>是一个正数。这个权重函数在时间上呈高斯分布，即它对接近积分中心的时间段有更大的权重，而对远离积分中心的时间段有较小的权重。这意味着较早和较晚的信号对调整的影响较小，而中间时间段内的信号更加影响调整结果。公式中的/>是用户设定的调整系数，它用于控制调整的幅度。通过调整/>的值，用户可以自定义调整的程度，以适应不同的雷达应用需求。

中，公式首先对接收到的雷达回波信号进行了特征提取，其中包括以下要素：/>表示信号的幅度的平方，反映了信号的强度。/>是信号的相位部分，其中/>是雷达发送信号的中心频率，/>是信号的相位。类似于调整/>坐标的公式，公式使用复数形式的积分，将信号的幅度平方和相位结合在一起，以考虑信号强度和相位随时间的变化。公式中的信号特征也被乘以权重函数/>，其中/>是正数。这个权重函数在时间上呈高斯分布，对接近积分中心的时间段有更大的权重，而对远离积分中心的时间段有较小的权重，从而更关注信号在中间时间段的变化。公式中的/>是用户设定的调整系数，用于控制调整的幅度。用户可以通过调整/>的值来自定义调整的程度，以适应不同的雷达应用需求。调整/>坐标的公式的原理与调整/>坐标的公式相似，都是基于接收到的雷达回波信号的幅度和相位特征，通过复数形式的加权积分来综合考虑信号的强度和相位随时间的变化，然后使用用户可调整的系数来控制对目标/>坐标的调整幅度。这个调整过程旨在更准确地模拟目标的几何模型中的/>坐标的变化。

公式首先对接收到的雷达回波信号进行了特征提取，其中包括以下要素：表示信号的幅度的立方，反映了信号的非线性特性。立方幅度通常与信号的强度以及信号内的非线性效应相关。公式使用积分操作，对信号的立方幅度进行时间域上的积分。这个积分考虑了信号立方幅度在时间上的积累效应。在积分过程中，信号特征被乘以权重函数/>，其中/>是正数。这个权重函数在时间上呈高斯分布，对接近积分中心的时间段有更大的权重，而对远离积分中心的时间段有较小的权重。这意味着较早和较晚的信号对调整的影响较小，而中间时间段内的信号更加影响调整结果。公式中的/>是用户设定的调整系数，用于控制调整的幅度。用户可以通过调整/>的值来自定义调整的程度，以适应不同的雷达应用需求。

综上所述，调整坐标的公式的原理是基于接收到的雷达回波信号的立方幅度特征，通过积分考虑信号在时间上的积累效应，并使用用户可调整的系数来控制对目标/>坐标的调整幅度。这个调整过程旨在更准确地模拟目标的几何模型中的/>坐标的变化。

实施例9：步骤5中，通过如下公式，基于调整信号和相对速度，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型：设目标的运动模型由位置向量描述，并且有相应的速度分量/>和加速度分量；调整后的运动模型表示为/>，其中：

；

和/>的原理：这两个公式用于调整目标的/>和/>坐标。基于相对速度、接收到的雷达回波信号的幅度/>和相位/>特征来调整位置坐标。通过对速度分量/>与信号特征的乘积进行积分，综合考虑了信号强度、速度以及相位对位置坐标的影响。调整系数/>控制调整的幅度，用户可以根据需要自定义。

的原理：这个公式用于调整目标的/>坐标，即高度坐标。基于相对速度、接收到的雷达回波信号的立方幅度/>来调整高度坐标。通过对速度分量/>与信号特征的立方幅度进行积分，考虑了信号强度和速度对高度坐标的综合影响。调整系数/>控制调整的幅度，用户可以根据需要自定义。这三个位置坐标调整公式的原理都是基于相对速度、接收到的雷达回波信号的幅度和相位特征来综合调整目标的位置坐标。每个公式都有其特定的调整系数，允许用户根据具体需求自定义调整幅度，以更精确地模拟目标的位置坐标的变化。这些调整有助于确保目标模拟更加准确和逼真。

其中，是位置调整系数，取值范围为0.4到0.7；/>是一个角频率参数，取值范围为300赫兹到700赫兹；/>是/>的相位；

；

在位置调整部分，公式中积分了相对速度与雷达回波信号/>的乘积。这个积分考虑了时间上的积累效应，根据雷达回波信号的特性，对位置坐标进行了微小的调整。当雷达回波信号的幅度变化或相位变化明显时，积分的结果会导致位置坐标的微小变化。这个变化会反映在目标的位置调整/>和/>上。速度调整系数/>和/>控制了调整的幅度。当这些系数较大时，即/>和/>较大，积分结果对速度的影响也会更大。具体来说，/>和/>控制了积分结果与速度的线性关系。更大的系数会导致更大的速度调整，因为积分结果反映了雷达回波信号的变化率，这在一定程度上与速度有关。因此，这些公式通过积分处理雷达回波信号的幅度和相位信息，并将其应用于位置坐标的微小调整，从而影响到速度分量。通过调整积分系数/>和/>，可以控制这个影响的强度，实现对速度的调整。这样，这些公式可以在考虑雷达回波信号的情况下，更准确地模拟目标的速度分量。

其中，是速度调整系数，取值范围为0.6到0.9；

；

加速度是速度的变化率，它表示了速度随时间变化的快慢。在雷达目标模拟中，希望能够根据接收到的雷达回波信号对目标的运动进行调整，包括速度和加速度。因此，调整加速度是为了更准确地模拟目标的运动。回波信号的幅度和相位是随时间变化的，它们的一阶导数表示了速度的影响，而二阶导数表示了速度的变化率，即加速度的影响。因此，通过计算回波信号的二阶导数，可以获得关于加速度的信息。在公式中，调整系数和/>控制了对回波信号二阶导数的影响程度。这些系数允许控制加速度调整的幅度。较大的系数会导致更明显的加速度调整，因为它们增加了回波信号二阶导数对加速度的影响。综上所述，这些公式之所以能够实现加速度调整，是因为它们利用了回波信号的特性，特别是幅度和相位的二阶导数，将其与原始加速度相结合，并通过调整系数/>和/>来控制调整的幅度。这个过程允许更准确地模拟目标的加速度，考虑到雷达回波信号的影响，以提高目标模拟的精确性。

其中，是加速度调整系数，取值范围为0.3到0.6。

以上对本发明进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (9)

1.一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，所述方法包括：

步骤1：建立目标的几何模型；基于脉内调制效应生成雷达发送信号；

步骤2：建立目标的运动模型；并基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角；

步骤3：计算目标相对于雷达的相对速度；

步骤4：接收目标的雷达回波信号；对雷达回波信号进行基于运动模糊效应的信号调整，并加入雷达系统噪声，生成调整信号；

步骤5：基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，得到目标模拟几何模型；基于调整信号和相对速度，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型。

2.如权利要求1所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，所述步骤1中建立的目标的几何模型为圆柱模型；圆柱模型的底面半径为，高度为/>；以/>表示目标的中心坐标；圆柱模型的目标底面使用如下公式进行表示：

；

其中，为目标底面的x轴坐标值；/>为目标点里面的y轴坐标值；目标的高度使用如下公式进行表示：

；

其中，为圆柱侧面的z轴坐标值。

3.如权利要求2所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，所述步骤1中，基于脉内调制效应生成雷达发送信号时，通过在脉冲信号内部引入频率变化，使得不同部分的信号以不同的频率传输，使得雷达系统在接收时区分不同距离的目标或不同速度的目标；使用函数表示脉内调制的效果，/>函数是一种用于描述频率变化的函数，频率变化越大，/>函数的主瓣越宽；步骤1中生成的雷达发送信号使用如下公式进行表示：

；

其中，为雷达发送信号的振幅；/>为雷达发射功率；/>为雷达发射天线增益；/>为雷达接收天线增益；/>为雷达发送信号的波长；/>为目标的雷达散射截面；/>为雷达天线等效面积；/>为目标到雷达的距离；/>为时间；/>为雷达脉冲宽度；/>为脉内调制频率；/>为雷达发送信号的相位；/>为雷达发送信号的中心频率。

4.如权利要求3所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，所述步骤2中建立目标的运动模型，使用如下公式进行表示：

其中，、/>和/>是目标在时间/>时的位置坐标；/>是z轴坐标，/>是x轴坐标，/>是y轴坐标；/>是目标在x轴方向的初始速度分量；/>是目标在y轴方向的初始速度分量；/>是目标在z轴方向的初始速度分量；/>是目标在x轴方向的加速度分量；/>是目标在y轴方向的加速度分量；/>是目标在z轴方向的加速度分量；设雷达的位置为；使用如下公式，基于建立的运动模型，计算目标在雷达极坐标系中的距离和方向角：

；

其中，为目标于/>时间在雷达极坐标系中的距离；/>为目标于/>时间在雷达极坐标系中的方向角；/>为目标在雷达发送信号的传播方向上的偏移角度。

5.如权利要求4所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤3中，使用如下公式，计算目标相对于雷达的相对速度：

；

其中，为目标相对于雷达的相对速度；/>为虚数单位。

6.如权利要求5所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤4中，设接收目标的雷达回波信号的波形函数为；则雷达回波信号使用如下公式进行表示：

；

其中，为雷达回波信号。

7.如权利要求6所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤4中，使用如下公式对雷达回波信号进行基于运动模糊效应的信号调整：

其中，考虑运动模糊效应后的目标回波信号；/>为最大加速度引起的多普勒频移，表示了目标速度变化的上限，速度变化越大，频移效应越显著，决定了频谱扩展的程度；/>为积分变量，表示在积分过程中对时间的积分变量；/>是加速度引起的多普勒频移；通过如下公式，加入雷达系统噪声，生成/>：

其中，为调整信号；/>表示了各种源头引起的随机干扰。

8.如权利要求7所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤5中，通过如下公式，基于调整信号，对目标的几何模型进行调整，得到目标模拟几何模型：

；

其中，是调整尺寸的系数，取值范围为0.3到0.5；/>调整后的几何模型的高度；为调整后的目标的几何模型的底面半径；调整后的目标几何模型的中心坐标使用如下公式进行表示：

；

其中，是调整系数，为设定值，取值范围为0.6到0.9；/>是/>的相位；为/>表示调整后的目标的几何模型的中心坐标。

9.如权利要求8所述的基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤5中，通过如下公式，基于调整信号和相对速度，对目标的运动模型进行调整，得到目标模拟运动模型：设目标的运动模型由位置向量描述，并且有相应的速度分量和加速度分量/>；调整后的运动模型表示为/>，其中：

；

其中，是位置调整系数，取值范围为0.4到0.7；/>是一个角频率参数，取值范围为300赫兹到700赫兹；/>是/>的相位；

；

其中，是速度调整系数，取值范围为0.6到0.9；

；

其中，是加速度调整系数，取值范围为0.3到0.6。