CN103675777B - 基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法及装置 - Google Patents

基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法及装置 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法及装置，属于雷达***仿真领域，该方法首先获取机载雷达参数，且只需要获取高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），从而大幅度的减少了计算量；而后通过拟合，从而形成杂波包络，最后经过进一步的调制，从而模拟杂波信号，使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。

Description

基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法及装置
技术领域
本发明涉及雷达***仿真领域，尤其涉及一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法及装置。
背景技术
众所周知的，雷达被广泛应用于军事和民用设备中，而雷达性能的检测对于雷达的应用也具有十分重要的指导意义。对于普通路基、车载和舰载等雷达而言，通过外场对定标件的测试，便能够基本解决对雷达性能的鉴定。然而，对于机载雷达而言，其真实应用的环境是数千米的高空，要做到外场标定测试，必须通过试飞来实现。一次试飞的成本、周期、资源往往十分巨大，所以，完全依赖于试飞的方法来实现对机载雷达性能的检测是不切实际的。
目前，业界普遍采用雷达目标模拟器来替代真实的试飞环境，雷达目标模拟器是通过对目标电磁反射特性的模拟，给雷达灌入一个相参的射频激励信号，该激励信号包含了目标的距离和速度信息，而后通过检测雷达对该激励信号的解算能力，来推演雷达对实际回波的处理能力，由此得出雷达的整体性能指标。该方法的一个重要方面就是如何真实的模拟雷达回波，在实际的环境中，雷达回波通常包括：目标回波、干扰信号、噪声和杂波等，其中，目标回波能通过距离延迟和多普勒乘法来实现；干扰信号能通过干扰模拟器来实现；噪声能通过噪声发生器来实现；杂波则由杂波发生器实现。
其中，杂波发生器实现最为复杂，同时也最为重要。机载雷达杂波通常包括气象杂波、地杂波和海杂波等，这几类杂波是由于气象目标、地面和海面对于雷达发射波的反射造成的。这些杂波往往会与目标回波一起进入到雷达的接收通道，从而对雷达解算目标信息造成干扰。
现有技术中，一般通过分布函数法和网格划分法来实现机载雷达杂波，分布函数法是根据试飞数据总结出来的符合杂波分布规律的某一函数，来逆推杂波数据；网格划分法是通过对地面、海面和气象目标等进行网格划分，划分的依据是雷达距离分辨率和多普勒分辨率，然后将划分后的每一个网格按照点目标进行目标回波计算，最后再将回波信号合成，得到整体杂波信号。
采用分布函数法生成杂波信号，简单、快速并且计算量少，但是得到的杂波往往与真实杂波信号有较大的不同，并且对于机载雷达而言，这种方法无法实现副瓣杂波和高度线杂波的模拟；而采用网格划分法生成杂波信号，虽然可以模拟出非常逼真的杂波信号，能够实现主瓣杂波、副瓣杂波和高度线杂波，但是，采用网格划分法计算量非常巨大，无法实现实时计算和工程化应用。
发明内容
针对上述存在的问题，本发明提供一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法及装置，以克服现有技术中机载雷达杂波模拟无法较好实现的问题，从而既保证计算量适合，又能够逼真的模拟杂波信号，进而满足实时性要求和工程化应用。
为了实现上述目的，本发明采取的技术方案为：
一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其中，包括：
（1）获取机载参数，所述机载参数包括高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），
其中，DM＝2v·cos(θ)/λ，RM=RH/sin(θ)，RH为载机的飞行高度，θ为天线主波束指向与地面的夹角，v为载机速度，λ为雷达发射波波长，DMAX为雷达最大多普勒范围，RMAX为雷达最大作用距离；
（2）根据预设的拟合模型将所述机载参数对应的坐标拟合到所述拟合模型确定的拟合曲线中，得到初始多普勒-距离二维谱；
（3）根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制，得到所述机载雷达的杂波信号。
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其中，所述拟合模型通过线性拟合计算而成，且所述线性拟合为：
R = R M - R H D M &CenterDot; D + R H D &le; D M R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D + R M - R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D M D M < D &le; D MAX .
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其中，所述基准信号为一功率拟合系数，所述功率拟合系数的确定方法为：
首先，设定高度线杂波功率为PH、主瓣杂波功率为PM、终止点杂波功率为PMAX。其余各点功率均设为恒定值P0，且各功率值之间满足：PMAX＜P0＜PH＜PM；
而后将所得的各点功率值PH、PM、PMAX、P0，沿多普勒维度方向通过一个平均滤波器进行平滑操作，得到所述功率拟合系数。
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其中，根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制包括以下步骤：
（1）对所述初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用所述基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
（2）将所述第一多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，得到所述机载雷达的杂波信号。
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其中，根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制包括以下步骤：
（1）对所述初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用所述基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
（2）将所述第一多普勒-距离二维谱按照实际雷达的PRF进行折叠，得到模糊多普勒-距离二维谱；
（3）将所述模糊多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，以得到所述机载雷达的杂波信号。
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其中，所述随机数满足高斯分布。
一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其中，包括：
（1）采集模块，所述采集模块获取机载参数，所述机载参数包括高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），
其中，DM＝2v·cos(θ)/λ，RM=RH/sin(θ)，RH为载机的飞行高度，θ为天线主波束指向与地面的夹角，v为载机速度，λ为雷达发射波波长，DMAX为雷达最大多普勒范围，RMAX为雷达最大作用距离；
（2）拟合模块，所述拟合模块根据预设的拟合模型将所述机载参数对应的坐标拟合到所述拟合模型确定的拟合曲线中，得到初始多普勒-距离二维谱；
（3）调制模块，所述调制模块根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制，得到所述机载雷达的杂波信号。
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其中，所述拟合模块中内置的拟合模型通过线性拟合计算而成，且所述线性拟合为：
R = R M - R H D M &CenterDot; D + R H D &le; D M R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D + R M - R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D M D M < D &le; D MAX .
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其中，所述调制模块进行调制时所依据的基准信号为一功率拟合系数，所述功率拟合系数的确定方法为：
首先，设定高度线杂波功率为PH、主瓣杂波功率为PM、终止点杂波功率为PMAX。其余各点功率均设为恒定值P0，且各功率值之间满足：PMAX＜P0＜PH＜PM；
而后将所得的各点功率值PH、PM、PMAX、P0，沿多普勒维度方向通过一个平均滤波器进行平滑操作，得到所述功率拟合系数。
上述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其中，所述调制模块根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制包括：
（1）对所述初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用所述基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
（2）将所述第一多普勒-距离二维谱按照实际雷达的PRF进行折叠，得到模糊多普勒-距离二维谱；
（3）将所述模糊多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，以得到所述机载雷达的杂波信号。
上述技术方案具有如下优点或者有益效果：
本发明提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，首先获取机载雷达参数，且只需要获取高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），从而大幅度的减少了计算量；而后通过拟合，从而形成杂波包络，最后经过进一步的调制，从而模拟杂波信号，使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。
另外，进一步的，拟合模型是通过线性拟合计算而成，从而使得拟合形成的杂波包络更为符合现实的杂波，且经过基准信号调制、IFFT变换，从而使得模拟出的杂波信号更为真实，进而使得高基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。
本发明提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，包括采集模块、拟合模块和调制模块，拟合模块获取机载参数后经由拟合模块进行拟合，而后通过调制模块进行调制，便能得到接近现实的杂波信号，从而使得模拟出的杂波信号更为真实，且中间计算量较少，进而使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置能够满足实时性要求和工程化应用。
附图说明
通过阅读参照以下附图对非限制性实施例所作的详细描述，本发明及其特征、外形和优点将会变得更加明显。在全部附图中相同的标记指示相同的部分。并未刻意按照比例绘制附图，重点在于示出本发明的主旨。
图1是本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法的流程结构示意图；
图2是本发明实施例1提供的初始多普勒-距离二维谱的示意图；
图3是本发明实施例1提供的模糊多普勒-距离二维谱的示意图；
图4是本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置的结构示意图。
具体实施方式
下面结合附图和具体的实施例对本发明作进一步的说明，但是不作为本发明的限定。
实施例1：
图1是本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法的流程结构示意图；图2是本发明实施例1提供的初始多普勒-距离二维谱的示意图；图3是本发明实施例1提供的模糊多普勒-距离二维谱的示意图；如图所示，本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，包括：（1）获取机载参数，该机载参数包括高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），其中，DM＝2v·cos(θ)/λ，RM=RH/sin(θ)，RH为载机的飞行高度，θ为天线主波束指向与地面的夹角，v为载机速度，λ为雷达发射波波长，DMAX为雷达最大多普勒范围，RMAX为雷达最大作用距离。
（2）根据预设的拟合模型将机载参数对应的坐标拟合到拟合模型确定的拟合曲线中，得到初始多普勒-距离二维谱；该拟合模型通过线性拟合计算而成，且所述线性拟合为：
R = R M - R H D M &CenterDot; D + R H D &le; D M R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D + R M - R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D M D M < D &le; D MAX .
另外，该拟合模型亦可采用其他拟合方法计算得到，如平滑曲线法、非线性拟合法和一维滤波法。
（3）根据基准信号对初始多普勒-距离二维谱进行调制，得到机载雷达的杂波信号；该基准信号为一功率拟合系数，功率拟合系数的确定方法为：
首先，设定高度线杂波功率为PH、主瓣杂波功率为PM、终止点杂波功率为PMAX。其余各点功率均设为恒定值P0，且各功率值之间满足：PMAX＜P0＜PH＜PM；
而后将所得的各点功率值PH、PM、PMAX、P0，沿多普勒维度方向通过一个平均滤波器进行平滑操作，得到功率拟合系数。
同时，根据基准信号对初始多普勒-距离二维谱进行调制包括以下方法：
方法一：
（1）对初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
（2）将第一多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，得到机载雷达的杂波信号。
方法二：
（1）对初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
（2）将第一多普勒-距离二维谱按照实际雷达的PRF进行折叠，得到模糊多普勒-距离二维谱；
（3）将模糊多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，以得到机载雷达的杂波信号。
在方法一和方法二中，随机数是要满足高斯分布的。
所以，本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，首先获取机载雷达参数，且只需要获取高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），从而大幅度的减少了计算量；而后通过拟合，从而形成杂波包络，最后经过进一步的调制，从而模拟杂波信号，使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。
另外，进一步的，拟合模型是通过线性拟合计算而成，从而使得拟合形成的杂波包络更为符合现实的杂波，且经过基准信号调制、IFFT变换，从而使得模拟出的杂波信号更为真实，进而使得高基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。
图4是本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置的结构示意图；如图所示，本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，包括：（1）采集模块，采集模块获取机载参数，该机载参数包括高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），其中，DM＝2v·cos(θ)/λ，RM=RH/sin(θ)，RH为载机的飞行高度，θ为天线主波束指向与地面的夹角，v为载机速度，λ为雷达发射波波长，DMAX为雷达最大多普勒范围，RMAX为雷达最大作用距离；
（2）拟合模块，拟合模块根据预设的拟合模型将机载参数对应的坐标拟合到拟合模型确定的拟合曲线中，从而得到初始多普勒-距离二维谱；该拟合模块中内置的拟合模型通过线性拟合计算而成，且线性拟合为：
R = R M - R H D M &CenterDot; D + R H D &le; D M R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D + R M - R MAX - R M D MAX - D M &CenterDot; D M D M < D &le; D MAX .
（3）调制模块，调制模块根据基准信号对初始多普勒-距离二维谱进行调制，得到机载雷达的杂波信号；该调制模块进行调制时所依据的基准信号为一功率拟合系数，功率拟合系数的确定方法为：
首先，设定高度线杂波功率为PH、主瓣杂波功率为PM、终止点杂波功率为PMAX。其余各点功率均设为恒定值P0，且各功率值之间满足：PMAX＜P0＜PH＜PM；
而后将所得的各点功率值PH、PM、PMAX、P0，沿多普勒维度方向通过一个平均滤波器进行平滑操作，得到所述功率拟合系数。
同时，该调制模块根据基准信号对初始多普勒-距离二维谱进行调制包括：
（1）对初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
（2）将第一多普勒-距离二维谱按照实际雷达的PRF进行折叠，得到模糊多普勒-距离二维谱；
（3）将模糊多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，以得到机载雷达的杂波信号，且该随机数要满足高斯分布。
所以，本发明实施例1提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，包括采集模块、拟合模块和调制模块，拟合模块获取机载参数后经由拟合模块进行拟合，而后通过调制模块进行调制，便能得到接近现实的杂波信号，从而使得模拟出的杂波信号更为真实，且中间计算量较少，进而使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置能够满足实时性要求和工程化应用。
综上所述，本发明提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，首先获取机载雷达参数，且只需要获取高度线杂波的距离门H（0，RH）、主瓣杂波的多普勒门和距离门M（DM，RM）、终止点坐标Z（DMAX，RMAX），从而大幅度的减少了计算量；而后通过拟合，从而形成杂波包络，最后经过进一步的调制，从而模拟杂波信号，使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。
另外，进一步的，拟合模型是通过线性拟合计算而成，从而使得拟合形成的杂波包络更为符合现实的杂波，且经过基准信号调制、IFFT变换，从而使得模拟出的杂波信号更为真实，进而使得高基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法能够满足实时性要求和工程化应用。
本发明提供的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，包括采集模块、拟合模块和调制模块，拟合模块获取机载参数后经由拟合模块进行拟合，而后通过调制模块进行调制，便能得到接近现实的杂波信号，从而使得模拟出的杂波信号更为真实，且中间计算量较少，进而使得该基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置能够满足实时性要求和工程化应用。
本领域技术人员应该理解，本领域技术人员结合现有技术以及上述实施例可以实现所述变化例，在此不予赘述。这样的变化例并不影响本发明的实质内容，在此不予赘述。
以上对本发明的较佳实施例进行了描述。需要理解的是，本发明并不局限于上述特定实施方式，其中未尽详细描述的设备和结构应该理解为用本领域中的普通方式予以实施；任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案作出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例，这并不影响本发明的实质内容。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。

Claims (8)

1.一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其特征在于，包括：
(1)获取机载参数，所述机载参数包括高度线杂波的距离门H(0，RH)、主瓣杂波的多普勒门和距离门M(DM，RM)、终止点坐标Z(DMAX，RMAX)，其中，DM＝2v·cos(θ)/λ，RM＝RH/sin(θ)，RH为载机的飞行高度，θ为天线主波束指向与地面的夹角，v为载机速度，λ为雷达发射波波长，DMAX为雷达最大多普勒范围，RMAX为雷达最大作用距离；
(2)根据预设的拟合模型：
R = R M - R H D M &CenterDot; D + R H D &le; D M R M A X - R M D M A X - D M &CenterDot; D + R M - R M A X - R M D M A X - D H &CenterDot; D M D M < D &le; D M A X .
将所述机载参数对应的坐标拟合到所述拟合模型确定的拟合曲线中，得到初始多普勒-距离二维谱；
(3)根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制，得到所述机载雷达的杂波信号，该基准信号为一功率拟合系数，功率拟合系数的确定方法为：
首先，设定高度线杂波功率为PH、主瓣杂波功率为PM、终止点杂波功率为PMAX，其余各点功率均设为恒定值P0，且各功率值之间满足：PMAX＜P0＜PH＜PM；
而后将所得的各点功率值PH、PM、PMAX、P0，沿多普勒维度方向通过一个平均滤波器进行平滑操作，得到功率拟合系数。
2.如权利要求1所述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其特征在于，根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制包括以下步骤：
(1)对所述初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用所述基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
(2)将所述第一多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，得到所述机载雷达的杂波信号。
3.如权利要求1所述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其特征在于，根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制包括以下步骤：
(1)对所述初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用所述基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
(2)将所述第一多普勒-距离二维谱按照实际雷达的PRF进行折叠，得到模糊多普勒-距离二维谱；
(3)将所述模糊多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，以得到所述机载雷达的杂波信号。
4.如权利要求2或3所述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟方法，其特征在于，所述随机数满足高斯分布。
5.一种基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其特征在于，包括：
(1)采集模块，所述采集模块获取机载参数，所述机载参数包括高度线杂波的距离门H(0，RH)、主瓣杂波的多普勒门和距离门M(DM，RM)、终止点坐标Z(DMAX，RMAX)，其中，DM＝2v·cos(θ)/λ，RM＝RH/sin(θ)，RH为载机的飞行高度，θ为天线主波束指向与地面的夹角，v为载机速度，λ为雷达发射波波长，DMAX为雷达最大多普勒范围，RMAX为雷达最大作用距离；
(2)拟合模块，所述拟合模块根据预设的拟合模型将所述机载参数对应的坐标拟合到所述拟合模型确定的拟合曲线中，得到初始多普勒-距离二维谱；
(3)调制模块，所述调制模块根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制，得到所述机载雷达的杂波信号。
6.如权利要求5所述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其特征在于，所述拟合模块中内置的拟合模型通过线性拟合计算而成，且所述线性拟合为：
R = R M - R H D M &CenterDot; D + R H D &le; D M R M A X - R M D M A X - D M &CenterDot; D + R M - R M A X - R M D M A X - D H &CenterDot; D M D M < D &le; D M A X .
7.如权利要求5所述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其特征在于，所述调制模块进行调制时所依据的基准信号为一功率拟合系数，所述功率拟合系数的确定方法为：
首先，设定高度线杂波功率为PH、主瓣杂波功率为PM、终止点杂波功率为PMAX，其余各点功率均设为恒定值P0，且各功率值之间满足：PMAX＜P0＜PH＜PM；
而后将所得的各点功率值PH、PM、PMAX、P0，沿多普勒维度方向通过一个平均滤波器进行平滑操作，得到所述功率拟合系数。
8.如权利要求5所述的基于拟合法的机载雷达杂波模拟装置，其特征在于，所述调制模块根据基准信号对所述初始多普勒-距离二维谱进行调制包括：
(1)对所述初始多普勒-距离二维谱沿多普勒维用所述基准信号进行调制，得到第一多普勒-距离二维谱；
(2)将所述第一多普勒-距离二维谱按照实际雷达的PRF进行折叠，得到模糊多普勒-距离二维谱；
(3)将所述模糊多普勒-距离二维谱进行IFFT变换，并用随机数进行调制，以得到所述机载雷达的杂波信号。
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