CN109188374B - 基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及***仿真技术领域，公开了一种基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法。包括以下过程：将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号最前脉冲，寻找模拟场景中最先到达的雷达信号最前脉冲；将最先到达雷达信号最前脉冲的描述字参数保存到待输出的交错脉冲列表中，计算生成交错脉冲；更新雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；针对雷达信号传输延迟时间，修正雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；更新雷达信号最前脉冲的PDW参数；动态计算完成全脉冲数字生成。本发明综合考虑了雷达天线扫描对脉冲是否产生以及脉冲幅度大小的影响、电磁波空间传输时延对脉冲到达时间的影响，具有可扩展性强、仿真逼真度高、运算速度快等特点。

Description

基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法

技术领域

本发明涉及***仿真技术领域，尤其是一种基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法。

背景技术

由于现代战场电磁环境的复杂性以及电子对抗装备训练对环境的依赖性，有必要实现复杂体制、不同密集度的雷达信号场景模拟。当前雷达信号波形建模方式主要有特征参数方式和脉冲序列方式两种。其中，特征参数方式是根据雷达信号样式，将每个仿真节拍内的每部雷达信号产生的所有脉冲通过特征参数来描述，该建模方式在计算上具有超实时优势，但是仅能支撑功能级仿真，逼真性差；而脉冲序列方式可实现对真实的交错脉冲序列进行逼真模拟，能支撑脉冲级仿真，但该建模方式会产生大量的全脉冲数据，且会动态实时增加，排序算法复杂、计算量大，难以通过商用计算机实时模拟产生，往往需通过DSP来实现。

针对以上问题，当前又提出了脉组参数方式，该建模方式是一种分组统计描述方式，它将每个仿真节拍内的每部雷达信号产生的所有脉冲分别视为一组具有常规脉冲特性的信号，其特点是每部雷达信号组内参数不变化，而组与组之间的载频、重频间隔和脉宽等特征参数均可变化。该建模方式性能介于特征参数方式和脉冲序列方式之间，由于组内雷达信号均视为常规脉冲，故而其排序算法实现相对较简单，但是由于仿真节拍的限制(难以达到微秒级)，无法支持频率捷变、频率跳变等复杂体制信号的全脉冲模拟。

另外，现有的雷达信号波形建模方式多数未考虑雷达信号空间传输延迟对全脉冲生成的影响，致使产生的交叉脉冲逼真性欠佳。

因此，当前在复杂体制不同密集度的多部雷达全脉冲数字产生研究方面，仍存在排序算法复杂、计算量大、逼真性欠佳等问题，需要不断探索研究。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：针对上述存在的问题，提供一种基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法。

本发明采用的技术方案如下：一种基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法,具体包括以下过程：步骤1，将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号最前脉冲，寻找模拟场景中最先到达的雷达信号最前脉冲；步骤2，将最先到达雷达信号最前脉冲的描述字参数保存到待输出的交错脉冲列表中，计算生成交错脉冲；步骤3，更新雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；步骤4，针对雷达信号传输延迟时间，修正雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；步骤5，更新雷达信号最前脉冲的PDW参数；步骤6，动态计算完成全脉冲数字生成。

进一步的，所述步骤1的具体过程为：步骤11，将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号的最前脉冲，所述最前脉冲的描述字参数包括最前脉冲的前沿到达时间TOA_i、载频RF_i、脉冲重复周期为PRI_i、脉冲宽度PW_i、脉冲幅度PA_i，其中i＝0，1，…，∞，是雷达信号的编号；步骤12，计算模拟场景中所有雷达信号最前脉冲的前沿到达时间TOA_i，求最小的前沿到达时间TOA_j(j∈{0，1，...，∞})，对应的雷达信号j为最先到达的雷达信号最前脉冲。

进一步的，所述步骤2中，雷达信号j最前脉冲的前沿到达时间TOA_i、载频RF_i、脉冲重复周期为PRI_i、脉冲宽度PW_i、脉冲幅度PA_i保存到待输出的交错脉冲列表之中，完成TOA_j时刻之前的所有交错脉冲计算生成。

进一步的，所述步骤3的具体过程为：步骤31，根据

其中，k为当前脉冲编号，k∈{0，1，...，∞}，k＝0时对应雷达信号j的最前脉冲；TOA_j，0为第0个可能到达脉冲的前沿到达时间，即雷达信号j的最前脉冲的前沿到达时间TOA_j；TOA_j，k+1、TOA_j，k分别为第k、k+1个可能到达脉冲的前沿到达时间；PRI_j，k为第k、k+1个可能到达的脉冲之间的时间间隔；持续迭代计算雷达信号j下一个可能到达的脉冲的前沿到达时间TOA_j，k+1；步骤32，验证计算的TOA_j，k+1是否满足迭代条件，当雷达天线扫描方式为跟踪时，迭代终止条件为

TOA_j，k＜TOA_j，k+1，

当雷达天线扫描方式为圆扫时，迭代终止条件为

当雷达天线扫描方式为扇扫时，迭代终止条件为

或

其中，T_j为雷达信号j所对应的雷达天线扫描周期、W_j为雷达信号j所对应的波束宽度、a_j，1为雷达信号j所对应的扇扫起始角度，a_j，2为雷达信号j所对应的扇扫终止角度，直至满足迭代终止条件，获得更新后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间。

进一步的，所述步骤4的具体过程为：计算雷达信号传输延迟时间t_d＝S/c×10³，S为雷达与雷达探测目标之间的距离，c为光速，将雷达信号最前脉冲的前沿到达时间加上传输延迟时间，获取修正后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间。

进一步的，所述步骤5中，所述更新的PDW参数包括载频RF_j，脉冲重复周期PRI_j，脉冲宽度PW_j、脉冲幅度PA_j，所述频载的更新过程为RF_j′＝RF_j+ΔRF×Rand(-1，1)，所述脉冲重复周期的更新过程为PRI_j′＝PRI_j+ΔPRI×Rand(-1，1)，所述脉冲宽度PW_j不变，所述脉冲幅度的更新过程为

其中，TOA′_j，RF_j′、PRI_j′，PW_j′、PA_j′分别为更新后的雷达信号j的最前脉冲的前沿到达时间、载频、脉冲重复周期、脉冲宽度、脉冲幅度，RF_j、PRI_j，PW_j、PA_j分别为更新前的雷达信号j的载频、脉冲重复周期、脉冲宽度、脉冲幅度，Rand(-1，1)表示在[-1，1]范围内产生的随机数，P_atten为雷达信号在自由空间传输中信号功率衰减，S为雷达与雷达探测目标之间的距离；y(x)表示雷达天线方向图数据，x∈[-180°，180°]。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本发明的有益效果是：本发明采用的最前脉冲算法是一种脉冲级仿真，用于多部复杂体制雷达信号全脉冲数字生成，本发明的技术方案综合考虑了雷达天线扫描对脉冲是否产生以及脉冲幅度大小的影响、电磁波空间传输时延对脉冲到达时间的影响，与传统算法相比，具有可扩展性强、仿真逼真度高、运算速度快等特点。具体如下：

a)可扩展性强：该算法可适用于各种复杂体制雷达信号的全脉冲数字生成，并可快速升级该算法以适用于战场新出现的新体制雷达信号的全脉冲数字生成。该算法可参考步骤5的具体过程，在无需修改整个算法处理逻辑的情况下，通过类似搭积木的方式额外增加相应雷达信号样式(包括战场新出现的新体制雷达信号的样式)的处理逻辑分支，以更新相应体制雷达信号最前脉冲的PDW参数，实现各种复杂体制雷达信号的全脉冲数字生成。

b)仿真逼真度高：该算法通过“步骤3和步骤5”引入了雷达天线扫描对脉冲是否产生以及脉冲幅度大小的影响，通过“步骤4”修正了电磁波空间传输时延对脉冲到达时间的影响，使仿真生成的全脉冲与真实战场环境中的全脉冲一致性更高。

c)运算速度快：针对高脉冲密度的战场环境(该战场环境中含有3个雷达信号的，其中雷达信号1、2、3的脉冲重复周期分别为2μs、3μs、5μs，脉冲密度约为103.3万脉冲/秒)全脉冲数字生成，在普通商用计算机上(Intel(R)Core(TM)2Quad CPU,[email protected])运行测试该算法，经过多次对该算法计算耗时测试及统计求平均，得出每计算生成80ms的全脉冲，大约需耗时13.5ms，该测试结果表明该算法用于全脉冲数字生成具有超实时特点。

附图说明

图1是本发明的于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法的流程示意图。

具体实施方式

本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

本说明书中公开的任一特征，除非特别叙述，均可被其他等效或具有类似目的的替代特征加以替换。即，除非特别叙述，每个特征只是一系列等效或类似特征中的一个例子而已。

如图1，最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法,具体包括以下过程：

步骤1，将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号最前脉冲，寻找模拟场景中最先到达的雷达信号最前脉冲；

优选地，所述步骤1的具体过程为：步骤11，将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号的最前脉冲，所述最前脉冲的描述字(PDW)参数包括最前脉冲的前沿到达时间TOA_i、载频RF_i、脉冲重复周期为PRI_i、脉冲宽度PW_i、脉冲幅度PA_i，其中i＝0，1，...，∞，是雷达信号的编号；步骤12，计算模拟场景中所有雷达信号最前脉冲的前沿到达时间TOA_i，单位为μs，根据公式

求最小的前沿到达时间TOA_j，单位为μs(j∈{0，1，...，∞}，j为寻找出的最先到达的最前脉冲所有对应的雷达信号编号)，对应的雷达信号j为最先到达的雷达信号最前脉冲。

步骤2，将最先到达雷达信号最前脉冲的描述字(PDW)参数(最前脉冲前沿到达时间TOA_j、载频RF_j、脉冲宽度PW_j、脉冲幅度PA_j)保存到待输出的交错脉冲列表中，计算生成TOA_j时刻之前的交错脉冲。并会从对应的雷达信号脉冲序列中剔除该最先到达雷达信号最前脉冲。

步骤3，更新雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；

优选地，所述步骤3的具体过程为：步骤31，根据

其中，k为当前脉冲编号，k∈{0，1，...，∞}，k＝0时对应雷达信号j的最前脉冲；TOA_j，0为第0个可能到达脉冲的前沿到达时间，即雷达信号j的最前脉冲的前沿到达时间TOA_j；TOA_j，k+1、TOA_j，k分别为第k、k+1个可能到达脉冲的前沿到达时间；PRI_j，k为第k、k+1个可能到达的脉冲之间的时间间隔；持续迭代计算雷达信号j下一个可能到达的脉冲的前沿到达时间TOA_j，k+1(受雷达天线扫描方式影响，并不是雷达产生的所有的脉冲均可到达雷达探测目标接收天线口面)；步骤32，验证计算的TOA_j，k+1是否满足迭代条件，迭代终止条件和雷达天线扫描方式有关(假定仅雷达天线主瓣和第一副瓣主波束照射到雷达探测目标时，雷达探测目标接收天线才能接收到雷达脉冲)，当雷达天线扫描方式为跟踪时，迭代终止条件为

TOA_j，k＜TOA_j，k+1，

当雷达天线扫描方式为圆扫时，迭代终止条件为

当雷达天线扫描方式为扇扫时，迭代终止条件为

或

其中，T_j为雷达信号j所对应的雷达天线扫描周期、W_j为雷达信号j所对应的波束宽度(主瓣和第一副瓣宽度)、a_j，1为雷达信号j所对应的扇扫起始角度，a_j，2为雷达信号j所对应的扇扫终止角度，直至满足迭代终止条件，当TOA_j，k+1满足以上任一迭代终止条件时，TOA_j，k+1即为求得更新后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间TOA_j，获得更新后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间。

步骤4，针对雷达信号传输延迟时间，修正雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；

因为随着模拟场景中雷达与雷达探测目标的相对距离会发生变化，雷达信号传输延迟时间t_d会影响雷达信号最前脉冲的前沿到达时间TOA_j，优选地，所述步骤4的具体过程为：计算雷达信号传输延迟时间t_d＝S/c×10³，S为雷达与雷达探测目标之间的距离，单位为km；c为光速，取值为3.0×10⁸m/s；将雷达信号最前脉冲的前沿到达时间加上传输延迟时间，获取修正后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间。

步骤5，更新雷达信号最前脉冲的PDW参数；

由于模拟场景中雷达工作状态切换、雷达与雷达探测目标的相对距离改变以及复杂体制雷达信号影响，TOA_j时刻到达雷达探测目标接收天线口面的雷达信号j的信号参数(包括最前脉冲的PDW参数)将会发生规律性变化，需对其进行更新处理。优选地，所述步骤5中，所述更新的PDW参数包括载频RF_j，脉冲重复周期PRI_j，脉冲宽度PW_j、脉冲幅度PA_j，所述频载的更新过程为RF_j′＝RF_j+ΔRF×Rand(-1，1)，所述脉冲重复周期的更新过程为PRI_j′＝PRI_j+ΔPRI×Rand(-1，1)，所述脉冲宽度PW_j不变，所述脉冲幅度的更新过程为

其中，TOA′_j，RF_j′、PRI_j′，PW_j′、PA_j′分别为更新后的雷达信号j的最前脉冲的前沿到达时间、载频、脉冲重复周期、脉冲宽度、脉冲幅度，单位分别为μs、MHz、μs、dBm；RF_j、PRI_j，PW_j、PA_j分别为更新前的雷达信号j的载频、脉冲重复周期、脉冲宽度、脉冲幅度，Rand(-1，1)表示在[-1，1]范围内产生的随机数，P_atten为雷达信号在自由空间传输中信号功率衰减，S为雷达与雷达探测目标之间的距离；y(x)表示雷达天线方向图数据，x∈[-180°，180°]。

步骤6，步骤1-5的过程可实现单个脉冲的计算生成，重复步骤1～步骤5，即可完成复杂体制雷达全脉冲数字生成。

为验证最前脉冲法算法的有效性，构造含有三部雷达(三部雷达所产生的信号分别对应雷达信号1、雷达信号2、雷达信号3，实验时三部雷达同时开机)和一个探测目标的模拟场景，其中，雷达与和探测目标相对静止，模拟场景中雷达、探测目标等相关参数描述详见表1(雷达信号2和雷达信号3是复杂体制雷达信号)，并将本发明提出的最前脉冲法算法应用于该模拟场景的到达雷达探测目标接收天线口面的全脉冲数字生成。

表1 模拟场景中雷达等相关参数描述

表2是采用本发明提出的最前脉冲法算法计算得出的雷达信号1、雷达信号2、雷达信号3到达雷达探测目标接收天线口面的全脉冲列表。

表2 最前脉冲法算法动态计算生成的交错脉冲参数列表

观察表2可知，虽然三部雷达同时开机，但是由于考虑了电磁波空间传输时延对脉冲到达时间的影响，三部雷达信号并未同时到达雷达探测目标接收天线口面。以脉冲到达时间为横坐标，脉冲幅度为纵坐标，通过Matlab对表2中相应数据进行绘制可观察到，在脉冲到达时间为1s和3s附近有明显的周期峰值出现(对应主瓣照射到雷达探测目标接收天线口面)，且周期与表1中预设的圆扫周期一致，故而生成的全脉冲数据体现了天线扫描状态及参数。因此，最前脉冲法算法生成的全脉冲数据脉冲更符合实际，逼真度更高。

综上，通过核心算法研究、效果分析以及实例验证表明，本发明提出的最前脉冲法综合考虑了雷达天线扫描对脉冲是否产生以及脉冲幅度大小的影响、电磁波空间传输时延对脉冲到达时间的影响，具有可扩展性强、运算速度快、仿真逼真度高等特点。

本发明并不局限于前述的具体实施方式。本发明扩展到任何在本说明书中披露的新特征或任何新的组合，以及披露的任一新的方法或过程的步骤或任何新的组合。

Claims (4)

1.一种基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法,其特征在于，具体包括以下过程：步骤1，将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号最前脉冲，寻找模拟场景中最先到达的雷达信号最前脉冲；步骤2，将最先到达雷达信号最前脉冲的描述字参数保存到待输出的交错脉冲列表中，计算生成交错脉冲；步骤3，更新雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；步骤4，针对雷达信号传输延迟时间，修正雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；步骤5，更新雷达信号最前脉冲的PDW参数；步骤6，动态计算完成全脉冲数字生成；

所述步骤3的具体过程为：步骤31，根据

其中，k为当前脉冲编号，k∈{0,1,…,∞}，k＝0时对应雷达信号j的最前脉冲；TOA_j,0为第0个可能到达脉冲的前沿到达时间，即雷达信号j的最前脉冲的前沿到达时间TOA_j；TOA_j,k+1、TOA_j,k分别为第k、k+1个可能到达脉冲的前沿到达时间；PRI_j,k为第k、k+1个可能到达的脉冲之间的时间间隔；持续迭代计算雷达信号j下一个可能到达的脉冲的前沿到达时间TOA_j,k+1；步骤32，验证计算的TOA_j,k+1是否满足迭代条件，当雷达天线扫描方式为跟踪时，迭代终止条件为

TOA_j,k<TOA_j,k+1，

当雷达天线扫描方式为圆扫时，迭代终止条件为

当雷达天线扫描方式为扇扫时，迭代终止条件为

或

其中，T_j为雷达信号j所对应的雷达天线扫描周期、W_j为雷达信号j所对应的波束宽度、a_j,1为雷达信号j所对应的扇扫起始角度，a_j,2为雷达信号j所对应的扇扫终止角度，直至满足迭代终止条件，获得更新后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间；

所述步骤5中，所述更新的PDW参数包括载频RF_j，脉冲重复周期PRI_j，脉冲宽度PW_j、脉冲幅度PA_j，所述载频的更新过程为RF_j′＝RF_j+ΔRF×Rand(-1,1)，所述脉冲重复周期的更新过程为PRI_j′＝PRI_j+ΔPRI×Rand(-1,1)，所述脉冲宽度PW_j不变，所述脉冲幅度的更新过程为

其中，TOA′_j，RF_j′、PRI_j′，PW_j′、PA_j′分别为更新后的雷达信号j的最前脉冲的前沿到达时间、载频、脉冲重复周期、脉冲宽度、脉冲幅度，RF_j、PRI_j，PW_j、PA_j分别为更新前的雷达信号j的载频、脉冲重复周期、脉冲宽度、脉冲幅度，Rand(-1,1)表示在[-1,1]范围内产生的随机数，P_atten为雷达信号在自由空间传输中信号功率衰减，S为雷达与雷达探测目标之间的距离；y(x)表示雷达天线方向图数据，x∈[-180°,180°]。

2.如权利要求1所述的基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法,其特征在于，所述步骤1的具体过程为：步骤11，将雷达信号脉冲序列中的第一个到达脉冲定义为该雷达信号的最前脉冲，所述最前脉冲的描述字参数包括最前脉冲的前沿到达时间TOA_i、载频RF_i、脉冲重复周期为PRI_i、脉冲宽度PW_i、脉冲幅度PA_i，其中i＝0,1,…,∞，是雷达信号的编号；步骤12，计算模拟场景中所有雷达信号最前脉冲的前沿到达时间TOA_i，求最小的前沿到达时间TOA_j(j∈{0,1,…,∞})，对应的雷达信号j为最先到达的雷达信号最前脉冲。

3.如权利要求2所述的基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法,其特征在于，所述步骤2中，雷达信号j最前脉冲的前沿到达时间TOA_i、载频RF_i、脉冲重复周期为PRI_i、脉冲宽度PW_i、脉冲幅度PA_i保存到待输出的交错脉冲列表之中，完成TOA_j时刻之前的所有交错脉冲计算生成。

4.如权利要求3所述的基于最前脉冲的复杂体制雷达全脉冲数字产生方法,其特征在于，所述步骤4的具体过程为：计算雷达信号传输延迟时间t_d＝S/c×10³，S为雷达与雷达探测目标之间的距离，c为光速，将雷达信号最前脉冲的前沿到达时间加上传输延迟时间，获取修正后的雷达信号最前脉冲的前沿到达时间。

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