一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器技术方案

本发明专利技术公开了一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器，其包括有参数设置模块(10)、数据生成模块(20)、数据调度模块(30)、数模转换模块(40)、混频模块(50)和中频振荡器(60)。本发明专利技术应用场景模型与雷达参数、天线参数相结合，利用杂波统计分布模型和功率谱模型对所需背景地形所对应的杂波序列进行模拟，采用网格划分法产生杂波回波信号，然后利用所需敏感区域的位置信息产生相关目标回波，最后将杂波信号与目标信号进行融合，产生出符合测试要求的雷达回波并回传给测试雷达。本发明专利技术回波模拟器可运用于飞船载雷达设备的研制开发、生产测试和性能检测等多个环节，最大限度的减少外场实验，节省实验经费，缩短研制周期。

【技术实现步骤摘要】
一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器
本专利技术涉及一种雷达回波信号模拟器，更特别地说，是指一种能够对艇载雷达系统产生的回波信号进行性能分析的雷达回波信号模拟器。
技术介绍
雷达模拟课题涉及的范围很广。雷达系统种类很多，用途也很广。雷达可以设在地面，可以装在船上，也可以载在飞机上或航天飞行器上。雷达系统的功能有几种，从简单地发现目标到对目标进行识别，各不相同，模拟的目的也不一样。一般说来，没有单一的模拟程序能够对所有各种情况都适用。一种模拟程序对某一种应用适合，对另一种应用也许就根本不适合。雷达信号模拟器是雷达系统研制生产和测试中不可缺少的重要组成部分。现代雷达系统非常复杂，必须有功能完备的测试设备对其进行检测，以验证其功能，雷达回波模拟器就是其中之一。雷达信号模拟器是模拟技术与雷达技术相结合的产物。它通过模拟的方法产生雷达回波信号，以便在实际雷达系统前端不具备的条件下对雷达系统后级进行调试。随着数字技术的日益普及，雷达信号模拟器本身也在逐渐采用数字方法来实现。任丽香，1998年2月发表在《现代雷达》中的“一种通用雷达信号模拟器的设计与实现”。文中公开了一个典型的数字雷达信号模拟器，其工作流程是：模拟器首先接受待模拟的各种参数，根据参数的要求运算形成数字回波信号(这一工作通常是由通用计算机来完成的；数字回波信号经实时数据调度生成满足雷达系统时序要求的实时数字回波信号，并经D/A变换转换为视频模拟回波信号；视频回波信号再通过混频器生成中频模拟回波信号，供雷达信号处理机调试使用。具体结构示意如图1所示。沈杰，在2002年《第八届全国雷达学术年会论文集》中公开了“平流层飞艇载雷达系统初步研究”，文中介绍了平流层飞艇载雷达系统的组成。它包括飞艇系统和雷达两部分。飞艇系统包括空中的飞艇平台和地面的平台监控中心、保障设备等；雷达也分为空中部分和地面部分。飞艇系统和雷达分别通过无线通信的上行与下行的信号与数据链来构成各自相对独立的空地结会式、能人工操作的系统。目前，设计的已有雷达回波信号模拟器未按照地球实际环境进行雷达信号模拟，由于飞艇驻空高度落差较大，从几千米到数万米，简单的平面模型已不足够满足计算精度。也有的未对具体地形的杂波概率分布特性模型进行归类，造成逼真度低的问题。
技术实现思路
为了实现按照地球实际环境进行雷达信号模拟的飞艇雷达系统，本专利技术设计了一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器。该雷达回波信号模拟器结合测试环境所需参数，选择合适的背景地形，利用杂波统计分布模型和功率谱模型对相应的杂波序列进行模拟，采用网格划分法产生杂波回波信号，然后利用目标所在区域的位置信息产生相应目标回波，利用高斯模型产生加性噪声信号，最后将杂波信号、目标信号和噪声信号进行融合，产生出符合测试要求的雷达回波。本专利技术设计的雷达回波信号模拟器可运用于艇载雷达系统的研制开发、生产测试和性能检测等多个环节，最大限度的减少外场实验，节省实验经费，缩短研制周期。本专利技术设计了一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器，该雷达回波信号模拟器包括有参数设置模块(10)、数据生成模块(20)、数据调度模块(30)、数模转换模块(40)、混频模块(50)和中频振荡器(60)；所述的参数设置模块(10)由可视化交互模块(11)、场景模型(12)和坐标变换模块(13)构成；所述的数据生成模块(20)由杂波序列仿真模块(21)、杂波回波信号模拟模块(22)、目标回波信号模拟模块(23)和回波信号模拟模块(24)构成；可视化交互模块(11)通过多个界面进行各自参数的设置，作为模拟雷达回波信号的输入量；坐标变换模块(13)用于将划分的地面网格位置、目标位置从大地坐标系映射天线坐标系中，从而进行天线增益G(t)的计算；杂波序列仿真模块(21)第一方面采用网格映像法划分杂波单元，在雷达波束照射的区域内建立单元大小为Δr×Δθ的网格单元，得到划分的地面网格位置；第二方面利用杂波后向散射系数理论模型对杂波后向散射系数σ0进行计算，得到地面模型与海面模型；杂波回波信号模拟模块(22)根据相干视频信号模拟方法，利用杂波单元的后向散射截面积γ，生成杂波回波信号目标回波信号模拟模块(23)根据相干视频信号模拟方法，采用目标位置矢量，生成目标回波信号Sr(t)=As(t)×u(t-τ0)e-j(4πRs(t)λ+ψr),]]>幅度As=Pc/10CSR/10(4π)3LλGs(t)Rs2(t)σ;]]>回波信号模拟模块(24)对目标回波信号杂波回波信号C(t)=c(t)⊗u(t)]]>及加性高斯白噪声N(t)=normrnd(0,Pc/10SNR/10,[NFFT,Nr])]]>进行相干叠加，得到雷达回波相干视频模拟信号，并输出至数据调度进行后续信号处理。本专利技术设计的雷达回波信号模拟器的优点是：1)对脉冲压缩雷达利用卷积法进行地杂波回波信号模拟，与叠加法相比且节省计算用时；逼真度高。2)基于地球的真实形状，在计算雷达地距和擦地角时考虑地球曲率，减小了浮空器雷达因驻空高度高而引起的测量误差，使运算结果更为真实准确。3)对于典型雷达场景的散射特性进行分类，提供了多种典型的杂波场景和杂波模拟方法，并考虑了不同地形/地海交界处的场景模拟问题，逼真程度强。4)解决了现有雷达回波模拟器往往只针对某一型号，兼容性差的问题。本专利技术雷达回波信号模拟器通过已有数据和模拟数据相结合，灵活度高、通用性强。附图说明图1是传统数字雷达信号模拟器的结构框图。图2是本专利技术的适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器的结构框图。图2A是本专利技术中杂波序列产生的流程图。图3A是本专利技术可视化的主界面。图3B是本专利技术可视化的飞艇参数设置界面。图3C是本专利技术可视化的雷达参数设置界面。图3D是本专利技术可视化的天线参数设置界面。图3E是本专利技术可视化的目标参数设置界面。图3F是本专利技术可视化的环境参数设置界面。图4A是经本专利技术雷达回波信号模拟器得到的回波信号结果图。图4B是经本专利技术雷达回波信号模拟器得到的回波信号经脉冲压缩后的结果图。图4C是经本专利技术雷达回波信号模拟器得到的回波信号经脉冲压缩后，再经杂波抑制的结果图。图5A是三个坐标的转换示意图。图5B是飞船坐标系与大地坐标系的转换示意图。图5C是飞船坐标系与天线坐标系的转换示意图。具体实施方式下面将结合附图和实施例对本专利技术做进一步的详细说明。为了说明与艇载雷达系统相关的问题——未按照地球实际环境进行雷达信号模拟，以及传统模拟器针对艇载雷达系统下视杂波强烈、外场试验耗费巨大的问题，本专利技术应用场景模型与雷达参数、天线参数相结合，利用杂波统计分布模型和功率谱模型对所需背景地形所对应的杂波序列进行模拟，采用网格划分法产生杂波回波信号，然后利用所需敏感区域的位置信息产生相关目标回波，最后将杂波信号与目标信号进行融合，产生出符合测试要求的雷达回波并回传给测试雷达。本专利技术回波模拟器可运用于飞船载雷达设备的研制开发、生产测试和性能检测等多个环节，最大限度的减少外场实验，节省实验经费，缩短研制周期。参见图2所示，本专利技术设计了一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器，该模拟器借助了图本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器，该雷达回波信号模拟器包括有数据调度模块(30)、数模转换模块(40)、混频模块(50)和中频振荡器(60)；其特征在于：还包括有参数设置模块(10)和数据生成模块(20)；所述的参数设置模块(10)由可视化交互模块(11)、场景模型(12)和坐标变换模块(13)构成；所述的数据生成模块(20)由杂波序列仿真模块(21)、杂波回波信号模拟模块(22)、目标回波信号模拟模块(23)和回波信号模拟模块(24)构成；可视化交互模块(11)通过多个界面进行各自参数的设置，作为模拟雷达回波信号的输入量；坐标变换模块(13)用于将划分的地面网格位置、目标位置从大地坐标系映射天线坐标系中，从而进行天线增益G(t)的计算；杂波序列仿真模块(21)第一方面采用网格映像法划分杂波单元，在雷达波束照射的区域内建立单元大小为Δr×Δθ的网格单元，得到划分的地面网格位置；第二方面利用杂波后向散射系数理论模型对杂波后向散射系数σ0进行计算，得到地面模型与海面模型；杂波回波信号模拟模块(22)根据相干视频信号模拟方法，利用杂波单元的后向散射截面积γ，生成杂波回波信号目标回波信号模拟模块(23)根据相干视频信号模拟方法，采用目标位置矢量，生成目标回波信号Sr(t)=As(t)×u(t-τ0)e-j(4πRs(t)λ+ψr),]]>幅度As=Pc/10CSR/10(4π)3LλGs(t)Rs2(t)σ;]]>回波信号模拟模块(24)对目标回波信号Sr(t)=A(t)×u(t-τ0)e-j(4πRs(t)λ+ψr),]]>杂波回波信号C(t)=c(t)⊗u(t)]]>及加性高斯白噪声N(t)=normrnd(0,Pc/10SNR/10,[NFFT,Nr])]]>进行相干叠加，得到雷达回波相干视频模拟信号，并输出至数据调度进行后续信号处理。...

【技术特征摘要】
1.一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器，该雷达回波信号模拟器包括有数据调度模块(30)、数模转换模块(40)、混频模块(50)和中频振荡器(60)；其特征在于：还包括有参数设置模块(10)和数据生成模块(20)；所述的参数设置模块(10)由可视化交互模块(11)、场景模型(12)和坐标变换模块(13)构成；所述的数据生成模块(20)由杂波序列仿真模块(21)、杂波回波信号模拟模块(22)、目标回波信号模拟模块(23)和回波信号模拟模块(24)构成；可视化交互模块(11)通过多个界面进行各自参数的设置，作为模拟雷达回波信号的输入量；坐标变换模块(13)用于将划分的地面网格位置、目标位置从大地坐标系映射天线坐标系中，从而进行天线增益G(t)的计算；杂波序列仿真模块(21)第一方面采用网格映像法划分杂波单元，在雷达波束照射的区域内建立单元大小为Δr×Δθ的网格单元，得到划分的地面网格位置；第二方面利用杂波后向散射系数理论模型对杂波后向散射系数σ0进行计算，得到地面模型与海面模型；杂波回波信号模拟模块(22)根据相干视频信号模拟方法，利用杂波单元的后向散射截面积γ，生成杂波回波信号其中，c(t)为常规脉冲雷达的杂波回波；u(t)为雷达发射复包络信号；目标回波信号模拟模块(23)根据相干视频信号模拟方法，采用目标位置矢量，生成目标回波信号幅度其中，t为仿真时间；u(t)为雷达发射复包络信号；Rs(t)为雷达与目标之间的瞬时距离；τ0为双程目标回波延时；e为指数表达，j为虚数；λ为波长；ψr是目标反射引起的相移；Pc为雷达发射功率；CSR为杂信比；L为系统损耗；Gs(t)为目标天线增益；σ为目标的雷达散射截面积；回波信号模拟模块(24)对目标回波信号杂波回波信号及加性高斯白噪声进行相干叠加，得到雷达回波相干视频模拟信号，并输出至数据调度进行后续信号处理；其中，SNR为信噪比；NFFT为积累脉冲数；Nr为不模糊距离门个数。2.根据权利要求1所述的一种适合于艇载雷达系统的雷达回波信号模拟器，其特征在于：...

【专利技术属性】
技术研发人员：于泽，张莉，李景文，
申请(专利权)人：北京航空航天大学，
类型：发明
国别省市：北京;11