CN115561722A - 一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其基于加装在无人机上的机载火控雷达模拟装置来实施，步骤为：设置机载火控雷达发射信号，根据战斗机载火控雷达的探测模式建立雷达发射信号参数；设置待模拟战斗机的机动场景，根据战斗机机动方式建立相应的机动场景描述；根据设置的机动场景计算得到某一时刻战斗机对应的姿态、速度特征；根据得到的姿态、速度特征，计算在机动场景下无人机模拟机载火控雷达多个参数的偏差量；根据上述结果，以当前无人机机载雷达发射波形为基础，调整和补偿雷达发射信号参数的偏差量，实现机动场景下对机载火控雷达辐射信号的逼真模拟。本发明能够实现逼真模拟战斗机机动状态下的机载火控雷达信号的目的。

Description

一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法

技术领域

本发明属于雷达仿真模拟技术领域，尤其是涉及一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法。

背景技术

机载火控雷达(airborne firecontrol radar)，是指用来搜索、截获和跟踪空中目标，提供武器瞄准、射击和制导所需数据的机载雷达。机载火控雷达能够实现对目标的探测、跟踪，提供目标的位置、速度等信息，并引导火控***进行对地、对海以及对空中目标打击，是战斗机不可缺少的电子装备。随着机载火控雷达的不断发展和应用，为削弱敌方战斗机的机载火控雷达的作战能力，各类雷达侦察干扰装备也在不断发展。现阶段，在进行雷达侦察干扰装备性能测试时，最为关键的问题是如何快速、经济的模拟敌方机载火控雷达，并在逼真的电磁环境中进行侦察、干扰性能测试。

在模拟敌方机载火控雷达时，目前常用的方法有两种：第一种方法是直接采用战斗机加载火控雷达，但是，这种方法受限于战斗机特殊的管理方式和高昂的使用成本，实施起来较为复杂、效费比低，难以大范围推广；第二种方法是采用机载雷达模拟装置进行试验，传统的机载雷达模拟装置可加装于无人机，从原理上来说，利用机载雷达模拟器可直接产生机载火控雷达信号，但由于现阶段无人机的机动能力与战斗机相比存在较大差距，而传统方法忽略了两者在机动状态下的特征差异，会导致雷达侦察干扰装备接收到的雷达信号与真实机载火控雷达信号存在一定的偏差，因而这种方法也存在一定局限性。

发明内容

为解决上述问题，本发明的目的是提供一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其采用无人机代替战斗机作为机载火控雷达的载机，能够消除机动状态差异对雷达信号带来的影响，升空飞行时，实现了逼真模拟战斗机机动状态下的机载火控雷达信号，测试雷达侦察干扰装备性能的目的。

为实现上述发明目的，本发明采用如下技术方案：

一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其基于加装在无人机上的机载火控雷达模拟装置来实施，包括以下步骤：

步骤S1、设置机载火控雷达发射信号，根据战斗机载火控雷达的探测模式建立雷达发射信号参数；

步骤S2、设置待模拟战斗机的机动场景，根据战斗机机动方式建立相应的机动场景描述，包括但不限于路径、速度、姿态信息；

步骤S3、根据步骤S2设置的机动场景计算得到某一时刻战斗机对应的姿态、速度特征；

步骤S4、根据步骤S3得到的姿态、速度特征，计算在机动场景下无人机模拟机载火控雷达多个参数的偏差量，多个参数包括但不限于信号功率、载频、脉冲重复频率、脉冲宽度；

步骤S5、根据步骤S4的结果，以当前无人机机载雷达发射波形为基础，通过雷达天线阵面通道功率控制、以及发射信号参数变化方式调整和补偿雷达发射信号参数的偏差量，实现机动场景下对机载火控雷达辐射信号的逼真模拟。

进一步地，上述的步骤S1中，雷达发射信号参数包括但不限于包含功率、载频、脉冲重复频率、脉冲宽度参数。

进一步地，上述的步骤S2中，战斗机机动方式包括但不限于最大加减速飞行、最大过载爬升/俯冲飞行、机动转弯/筋斗飞行、稳定平飞；上述机动方式通过以下参数描述：

(1)、最大加速度：加速平飞加速度a₁、减速平飞加速度a₂、过载爬升加速度a₃、过载俯冲加速度a₄、水平转弯加速度a₅，垂直筋斗加速度a₆；

(2)、平飞速度v₁；

(3)、过载爬升角度θ₁和过载俯冲角度θ₂；

(4)、机动阶段的状态包含时间、速度、位置、角度四种参数。

进一步地，上述的步骤S3，具体步骤为：

设P、v分别为载机的三维位置、速度，θ、

分别为载机方位角、俯仰角，r为载机转弯半径，P₀、v₀、θ₀、

分别为载机初始位置、速度、方位角和俯仰角，Δt为机动方式持续时间；

(1)、最大加减速飞行

最大加减速飞行的机动模型如下：

(2)、机动转弯/筋斗飞行

转弯/筋斗飞行的机动方式，其飞行轨迹在机动平面内近似为圆，若机动平面为水平面，则为转弯，若机动平面为垂直面，则为筋斗；

设P_x为载机在水平面沿机身方向的位置，P_y为载机在水平面沿机身垂直方向的位置，P_z为载机在垂直方向的位置，P_x0、P_y0、P_z0分别为相应的初始位置，v_x、v_y、v_z分别为相应方向机动速度；

转弯飞行时，其机动模型如下：

筋斗飞行时，其机动模型如下：

(3)、过载爬升/俯冲飞行

过载爬升/俯冲的机动方式由匀速圆周转弯阶段、一定倾角的爬升/俯冲阶段和稳定平飞阶段三个阶段组成，爬升和俯冲的机动过程互为逆过程；

爬升飞行时，第一阶段机动由公式(2)或(3)描述，第三阶段机动由公式(1)描述，设P_z为载机在垂直方向的位置，P_z0为垂直方向的初始位置，v_z0为垂直方向的初始速度，第二阶段机动模型如下：

进一步地，上述的步骤S4中，载机姿态变化引起雷达辐射功率偏差，步骤为：设机载火控雷达在扫描过程中某一时刻的天线方向图为

θ、

分别为天线方向图的方位角和俯仰角，机动状态下时，相对于雷达侦察干扰装备方向的雷达天线增益取值方法为：

首先，计算载机姿态变化时的产生的角度变化，假设载机机动时的经度、纬度、高度坐标为(Lon,Lat,H)，其地心坐标系下的坐标(X,Y,Z)满足

其中，N为椭球地球，e为偏心率；

然后，将上述的地心坐标转化为东北天地理坐标系，假设东北天地理坐标为(Ea,No,Sp)，雷达侦察干扰装备的地心坐标系为(X₀,Y₀,Z₀)，则

最后，将上述的东北天地理坐标系转化为载机直角坐标系，假设载机直角坐标系坐标为(x,y,z)，设载机偏航角、俯仰角、横滚角分别为(α,β,γ)，则

在Δt时间内，雷达侦察干扰装备位置沿(x,y,z)方向的坐标变化为(Δx,Δy,Δz)，此时，雷达侦察干扰装备相对于载机的方位角和俯仰角分别为：

即在雷达载机机动场景下，在雷达侦察干扰装备方向的雷达天线增益，为坐标变换后对应方位角、俯仰角的天线增益值。

进一步地，上述的步骤S4中，载机速度差异引起雷达信号特征的偏差，包括：

(2.1)、载频偏差

载机机动过程中，自身与雷达侦察干扰装备之间存在相对运动，导致接收到信号的载频与实际辐射信号的载频之间产生偏差，这个偏差量即为多普勒频率，它的改变量与两者的相对速度成正比；

其中，V是雷达与雷达侦察干扰装备之间的相对速度；C为光速；f₀为雷达发射信号的频率；

(2.2)、脉冲重复频率偏差

雷达侦察干扰装备对脉冲重复频率的侦察通过测量两个脉冲的间隔时间来实现，假设机载火控雷达距离雷达侦察干扰装备距离为R，雷达载机相对雷达侦察干扰装备的速度为V，雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为prf，雷达发射脉冲相干间隔为PRI，则：

(2.21)、第1个脉冲到达时间：

(2.22)、第2个脉冲到达时间：

(2.23)、实际接收到两个脉冲间隔时间为：

转换为脉冲重复频率的关系式如下：

其中，prf'为实际的脉冲重复频率测量值，则脉冲重复频率偏差为：

(2.3)、脉冲宽度偏差

雷达侦察干扰装备对雷达脉冲宽度的侦察通过测量脉冲前后沿到达时间的间隔来实现，假设雷达脉冲宽度为τ，则：

(2.31)、脉冲前沿到达时间：

(2.32)、脉冲后延到达时间：

(2.33)、脉冲前后沿间隔时间为：

即实际的脉冲宽度测量值为：

则脉冲宽度偏差为：

进一步地，上述的步骤S5，具体步骤为：

以某一时刻为基准，选取该时刻的速度和位置(x₀,y₀,z₀)信息作为初始化参数，计算不同时间点对应的载机姿态以及速度变化，设置不同的天线增益、频率、重频、脉宽参数；

(1)、天线增益变化

S5.11、根据公式(1)～(4)，按照一定时间间隔，计算相应的载机姿态和位置变化(x₀+Δx₀,y₀+Δy₀,z₀+Δz₀)；

S5.12、为了得到雷达侦察干扰装备相对于被模拟战斗机飞行方向的方位角和俯仰角，利用公式(6)～(8)，将雷达侦察干扰装备的经度、纬度、高度坐标为(Lon,Lat,H)转化为相对机体直角坐标系的(x,y,z)；

S5.13、此时，雷达侦察干扰装备相对于被模拟战斗机的俯仰角和方位角为：

最后，根据俯仰角和方位角获得对应的天线增益

S5.14、通过雷达收发分***的功率控制功能，相应减小或增大发射功率来模拟战斗机机动场景下雷达天线增益的变化；

(2)、载频变化

S5.21、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.22、由公式(9)，计算无人机代替战斗机后的雷达信号载频偏差值

S5.23、无人机载雷达发射信号时，根据信号载频偏差量f_d，调整相应的载频，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的载频变化；

(3)、脉冲重复频率偏差补偿

S5.31、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.32、由公式(11)，计算无人机代替战斗机后的脉冲重复频率偏差值

S5.33、无人机载雷达发射信号时，根据脉冲重复频率偏差值Δprf，调整相应的脉冲重复频率，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的脉冲重复频率变化；

(4)、脉冲宽度偏差补偿

S5.41、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.42、由公式(12)，计算无人机代替战斗机后的脉冲宽度测量偏差量

S5.43、无人机机载雷达发射信号时，根据脉冲宽度偏差量Δτ，调整相应的发射脉冲宽度，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的脉冲宽度变化。

由于采用如上所述的技术方案，本发明具有如下优越性：

该基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其采用无人机代替战斗机作为机载火控雷达的飞行平台，在无人机机动能力弱于战斗机的情况下，通过雷达发射功率控制实现对战斗机机动状态下雷达功率变化的模拟，有利于发挥无人机使用保障相对灵活便捷的优势，大大降低了模拟成本；建立了无人机和战斗机速度差异与侦收雷达信号变化的定量关系和补偿方法，提高模拟典型机载火控雷达信号的逼真性，有利于提升雷达侦察干扰装备性能测试的可信度等，具有良好的推广应用价值。

附图说明

图1是本发明基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法的流程图；

图2是速度差异引起的载频偏移量变化示意图；

图3是速度差异引起的脉冲重复频频率偏移量变化示意图；

图4是速度差异引起的脉冲宽度偏移量变化示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明的技术方案作进一步详细说明。

如图1所示，一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其基于加装在无人机上的机载火控雷达模拟装置来实施，包括以下步骤：

步骤S1、设置机载火控雷达发射信号，根据战斗机载火控雷达的探测模式建立雷达发射信号参数；上述参数通过雷达显控界面直接设置，或通过加载参数文件进行设置；

步骤S2、设置待模拟战斗机的机动场景，根据战斗机机动方式建立相应的机动场景描述，包括但不限于路径、速度、姿态信息；通过雷达显控界面直接设置，或通过加载参数文件进行设置；

战斗机相比无人机具有较高的机动性，战斗机的机动方式包括但不限于最大加减速飞行、最大过载爬升/俯冲飞行、机动转弯/筋斗飞行、稳定平飞；上述机动方式通过以下参数描述：

(1)、最大加速度：加速平飞加速度a₁、减速平飞加速度a₂、过载爬升加速度a₃、过载俯冲加速度a₄、水平转弯加速度a₅，垂直筋斗加速度a₆；

(2)、平飞速度v₁；

(3)、过载爬升角度θ₁和过载俯冲角度θ₂；

(4)、机动阶段的状态包含时间、速度、位置、角度四种参数。

步骤S3、根据步骤S2设置的机动场景计算得到某一时刻战斗机对应的姿态、速度特征；

通过机动场景模型计算某一时刻的姿态(角度)、速度，设P、v分别为载机的三维位置、速度，θ、

分别为载机方位角、俯仰角，r为载机转弯半径，P₀、v₀、θ₀、

分别为载机初始位置、速度、方位角和俯仰角，Δt为机动方式持续时间；

(1)、最大加减速飞行

最大加减速飞行，即不改变速度方向，只改变速度大小的机动方式；尤其是，当加速度为0时，即为稳定平飞；其机动模型如下：

(2)、机动转弯/筋斗飞行

转弯/筋斗飞行的机动方式，其飞行轨迹在机动平面内近似为圆，若机动平面为水平面，则为转弯，若机动平面为垂直面，则为筋斗；

设P_x为载机在水平面沿机身方向的位置，P_y为载机在水平面沿机身垂直方向的位置，P_z为载机在垂直方向的位置，P_x0、P_y0、P_z0分别为相应的初始位置，v_x、v_y、v_z分别为相应方向机动速度；

转弯飞行时，其机动模型如下：

筋斗飞行时，其机动模型如下：

(3)、过载爬升/俯冲飞行

过载爬升/俯冲的机动方式由匀速圆周转弯阶段、一定倾角的爬升/俯冲阶段和稳定平飞阶段三个阶段组成，爬升和俯冲的机动过程互为逆过程；

以爬升飞行为例，第一阶段机动由公式(2)或(3)描述，第三阶段机动由公式(1)描述，设P_z为载机在垂直方向的位置，P_z0为垂直方向的初始位置，v_z0为垂直方向的初始速度，第二阶段机动模型如下：

步骤S4、根据步骤S3得到的姿态、速度特征，计算在机动场景下无人机模拟机载火控雷达多个参数的偏差量，多个参数包括但不限于信号功率、载频、脉冲重复频率、脉冲宽度；

由于雷达载机在机动过程中，其姿态和速度的差异，一方面会导致实际的雷达波束与雷达侦察干扰装备的空间关系出现变化，另一方面也会导致雷达侦察干扰装备接收到的雷达信号频率、重频、脉宽等出现变化；

(1)、载机姿态变化引起雷达辐射功率偏差

当载机姿态存在差异时，雷达侦察干扰装备实际接收到的雷达辐射信号功率会随着机动过程中雷达方向图的实际指向的变化而变化，雷达方向图通过数学模型或加载实测数据描述，为已知条件；设机载火控雷达在扫描过程中某一时刻的天线方向图为

θ、

分别为天线方向图的方位角和俯仰角，机动状态下时，相对于雷达侦察干扰装备方向的雷达天线增益取值方法为：

首先，计算载机姿态变化时的产生的角度变化，假设载机机动时的经度、纬度、高度坐标为(Lon,Lat,H)，其地心坐标系下的坐标(X,Y,Z)满足

其中，N为椭球地球，e为偏心率；

接着，将上述的地心坐标转化为东北天地理坐标系，假设东北天地理坐标为(Ea,No,Sp)，雷达侦察干扰装备的地心坐标系为(X₀,Y₀,Z₀)，则

最后，将上述的东北天地理坐标系转化为载机直角坐标系，假设载机直角坐标系坐标为(x,y,z)，设载机偏航角、俯仰角、横滚角分别为(α,β,γ)，则

在Δt时间内，雷达侦察干扰装备位置沿(x,y,z)方向的坐标变化为(Δx,Δy,Δz)，此时，雷达侦察干扰装备相对于载机的方位角和俯仰角分别为：

即在雷达载机机动场景下，在雷达侦察干扰装备方向的雷达天线增益，为坐标变换后对应方位角、俯仰角的天线增益值；

(2)、载机速度差异引起雷达信号特征的偏差

由于不同载机的飞行能力不同，雷达发出同一信号时，雷达侦察干扰装备实际侦收到的信号会有所不同，主要表现在雷达信号载频、脉冲重复频率以及脉冲宽度的偏差上；

(2.1)、载频偏差

载机机动过程中，自身与雷达侦察干扰装备之间存在相对运动，导致接收到信号的载频与实际辐射信号的载频之间产生偏差，这个偏差量即为多普勒频率，它的改变量与两者的相对速度成正比；

其中，V是雷达与雷达侦察干扰装备之间的相对速度；C为光速；f₀为雷达发射信号的频率；

(2.2)、脉冲重复频率偏差

雷达侦察干扰装备对脉冲重复频率的侦察通过测量两个脉冲的间隔时间来实现，假设机载火控雷达距离雷达侦察干扰装备距离为R，雷达载机相对雷达侦察干扰装备的速度为V，雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为prf，雷达发射脉冲相干间隔为PRI，则：

(2.21)、第1个脉冲到达时间：

(2.22)、第2个脉冲到达时间：

(2.23)、实际接收到两个脉冲间隔时间为：

转换为脉冲重复频率的关系式如下：

其中，prf'为实际的脉冲重复频率测量值，则脉冲重复频率偏差为：

(2.3)、脉冲宽度偏差

雷达侦察干扰装备对雷达脉冲宽度的侦察通过测量脉冲前后沿到达时间的间隔来实现，假设雷达脉冲宽度为τ，则：

(2.31)、脉冲前沿到达时间：

(2.32)、脉冲后延到达时间：

(2.33)、脉冲前后沿间隔时间为：

即实际的脉冲宽度测量值为：

则脉冲宽度偏差为：

步骤S5、根据步骤S4的结果，以当前无人机机载雷达发射波形为基础，通过雷达天线阵面通道功率控制、以及发射信号参数变化方式调整和补偿雷达发射信号参数的偏差量，实现机动场景下对机载火控雷达辐射信号的逼真模拟；具体步骤为：

以某一时刻为基准，选取该时刻的速度和位置(x₀,y₀,z₀)信息作为初始化参数，计算不同时间点对应的载机姿态以及速度变化，设置不同的天线增益、频率、重频、脉宽参数；

(1)、天线增益变化

S5.11、根据公式(1)～(4)，按照一定时间间隔，计算相应的载机姿态(即速度方向)和位置变化(x₀+Δx₀,y₀+Δy₀,z₀+Δz₀)；

S5.12、为了得到雷达侦察干扰装备相对于被模拟战斗机飞行方向的方位角和俯仰角，利用公式(6)～(8)，将雷达侦察干扰装备的经度、纬度、高度坐标为(Lon,Lat,H)转化为相对机体直角坐标系的(x,y,z)；

S5.13、此时，雷达侦察干扰装备相对于被模拟战斗机的俯仰角和方位角为：

最后，根据俯仰角和方位角获得对应的天线增益

S5.14、通过雷达收发分***的功率控制功能，相应减小或增大发射功率来模拟战斗机机动场景下雷达天线增益的变化；

(2)、载频变化

S5.21、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.22、由公式(9)，计算无人机代替战斗机后的雷达信号载频偏差值

S5.23、无人机载雷达发射信号时，根据信号载频偏差量f_d，调整相应的载频，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的载频变化。

以雷达载频分别为8GHz、10GHz、12GHz、15GHz、17GHz为例，雷达载机速度差异引起的载频偏差值分布，参见图2。由图2获知，需要补偿的载频偏差值由载机速度差和实际载频决定，当雷达载机速度差值越大、实际载频越高时，需要补偿的载频偏差值越大。

(3)、脉冲重复频率偏差补偿

S5.31、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.32、由公式(11)，计算无人机代替战斗机后的脉冲重复频率偏差值

S5.33、无人机载雷达发射信号时，根据脉冲重复频率偏差值Δprf，调整相应的脉冲重复频率，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的脉冲重复频率变化；

以相对速度差分别为200m/s、300m/s、400m/s、500m/s为例，引起信号脉冲重复频率偏差值分布，参见图3。由图3获知，需要补偿的脉冲重复频率值由载机速度差和实际脉冲重复频率决定，当雷达载机速度差值越大、实际脉冲重复频率越高时，需要补偿的脉冲重复频率偏差值越大。

(4)、脉冲宽度偏差补偿

S5.41、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.42、由公式(12)，计算无人机代替战斗机后的脉冲宽度测量偏差量

S5.43、无人机机载雷达发射信号时，根据脉冲宽度偏差量Δτ，调整相应的发射脉冲宽度，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的脉冲宽度变化。

以相对速度差分别为200m/s、300m/s、400m/s、500m/s为例，引起脉冲宽度偏差值分布，参见图4。由图4获知，需要补偿的脉冲宽度偏差值由载机速度差和实际脉冲宽度决定，当雷达载机速度差值越大、实际脉冲宽度宽越宽时，需要补偿的脉冲宽度偏差值越大。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，而非对本发明的限制，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，凡依本发明申请专利范围所作的均等变化与修饰，皆应属本发明的专利保护范围之内。

Claims (10)

1.一种基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其基于加装在无人机上的机载火控雷达模拟装置来实施，包括以下步骤：

步骤S1、设置机载火控雷达发射信号，根据战斗机载火控雷达的探测模式建立雷达发射信号参数；

步骤S2、设置待模拟战斗机的机动场景，根据战斗机机动方式建立相应的机动场景描述，包括但不限于路径、速度、姿态信息；

步骤S3、根据步骤S2设置的机动场景计算得到某一时刻战斗机对应的姿态、速度特征；

步骤S4、根据步骤S3得到的姿态、速度特征，计算在机动场景下无人机模拟机载火控雷达多个参数的偏差量，多个参数包括但不限于信号功率、载频、脉冲重复频率、脉冲宽度；

步骤S5、根据步骤S4的结果，以当前无人机机载雷达发射波形为基础，通过雷达天线阵面通道功率控制、以及发射信号参数变化方式调整和补偿雷达发射信号参数的偏差量，实现机动场景下对机载火控雷达辐射信号的逼真模拟。

2.根据权利要求1所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其步骤S1中，雷达发射信号参数包括但不限于包含功率、载频、脉冲重复频率、脉冲宽度参数。

3.根据权利要求1所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其步骤S2中，战斗机机动方式包括但不限于最大加减速飞行、最大过载爬升/俯冲飞行、机动转弯/筋斗飞行、稳定平飞；上述机动方式通过以下参数描述：

(1)、最大加速度：加速平飞加速度a₁、减速平飞加速度a₂、过载爬升加速度a₃、过载俯冲加速度a₄、水平转弯加速度a₅，垂直筋斗加速度a₆；

(2)、平飞速度v₁；

(3)、过载爬升角度θ₁和过载俯冲角度θ₂；

(4)、机动阶段的状态包含时间、速度、位置、角度四种参数。

4.根据权利要求1所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其步骤S3，具体步骤为：

设P、v分别为载机的三维位置、速度，θ、

分别为载机方位角、俯仰角，r为载机转弯半径，P₀、v₀、θ₀、

分别为载机初始位置、速度、方位角和俯仰角，Δt为机动方式持续时间；

(1)、最大加减速飞行

最大加减速飞行的机动模型如下：

(2)、机动转弯/筋斗飞行

转弯/筋斗飞行的机动方式，其飞行轨迹在机动平面内近似为圆，若机动平面为水平面，则为转弯，若机动平面为垂直面，则为筋斗；

设P_x为载机在水平面沿机身方向的位置，P_y为载机在水平面沿机身垂直方向的位置，P_z为载机在垂直方向的位置，P_x0、P_y0、P_z0分别为相应的初始位置，v_x、v_y、v_z分别为相应方向机动速度；

转弯飞行时，其机动模型如下：

筋斗飞行时，其机动模型如下：

(3)、过载爬升/俯冲飞行

过载爬升/俯冲的机动方式由匀速圆周转弯阶段、一定倾角的爬升/俯冲阶段和稳定平飞阶段三个阶段组成，爬升和俯冲的机动过程互为逆过程；

爬升飞行时，第一阶段机动由公式(2)或(3)描述，第三阶段机动由公式(1)描述，设P_z为载机在垂直方向的位置，P_z0为垂直方向的初始位置，v_z0为垂直方向的初始速度，第二阶段机动模型如下：

5.根据权利要求1所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其步骤S4中，载机姿态变化引起雷达辐射功率偏差，步骤为：设机载火控雷达在扫描过程中某一时刻的天线方向图为

θ、

分别为天线方向图的方位角和俯仰角，机动状态下时，相对于雷达侦察干扰装备方向的雷达天线增益取值方法为：

首先，计算载机姿态变化时的产生的角度变化，假设载机机动时的经度、纬度、高度坐标为(Lon,Lat,H)，其地心坐标系下的坐标(X,Y,Z)满足

其中，N为椭球地球，e为偏心率；

然后，将上述的地心坐标转化为东北天地理坐标系，假设东北天地理坐标为(Ea,No,Sp)，雷达侦察干扰装备的地心坐标系为(X₀,Y₀,Z₀)，则

最后，将上述的东北天地理坐标系转化为载机直角坐标系，假设载机直角坐标系坐标为(x,y,z)，设载机偏航角、俯仰角、横滚角分别为(α,β,γ)，则

在Δt时间内，雷达侦察干扰装备位置沿(x,y,z)方向的坐标变化为(Δx,Δy,Δz)，此时，雷达侦察干扰装备相对于载机的方位角和俯仰角分别为：

即在雷达载机机动场景下，在雷达侦察干扰装备方向的雷达天线增益，为坐标变换后对应方位角、俯仰角的天线增益值。

6.根据权利要求1所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其步骤S4中，载机速度差异引起雷达信号特征的偏差，包括：

(2.1)、载频偏差

载机机动过程中，自身与雷达侦察干扰装备之间存在相对运动，导致接收到信号的载频与实际辐射信号的载频之间产生偏差，这个偏差量即为多普勒频率，它的改变量与两者的相对速度成正比；

其中，V是雷达与雷达侦察干扰装备之间的相对速度；C为光速；f₀为雷达发射信号的频率；

(2.2)、脉冲重复频率偏差

雷达侦察干扰装备对脉冲重复频率的侦察通过测量两个脉冲的间隔时间来实现，假设机载火控雷达距离雷达侦察干扰装备距离为R，雷达载机相对雷达侦察干扰装备的速度为V，雷达发射脉冲信号的脉冲重复频率为prf，雷达发射脉冲相干间隔为PRI，则：

(2.21)、第1个脉冲到达时间：

(2.22)、第2个脉冲到达时间：

(2.23)、实际接收到两个脉冲间隔时间为：

转换为脉冲重复频率的关系式如下：

其中，prf'为实际的脉冲重复频率测量值，则脉冲重复频率偏差为：

(2.3)、脉冲宽度偏差

雷达侦察干扰装备对雷达脉冲宽度的侦察通过测量脉冲前后沿到达时间的间隔来实现，假设雷达脉冲宽度为τ，则：

(2.31)、脉冲前沿到达时间：

(2.32)、脉冲后延到达时间：

(2.33)、脉冲前后沿间隔时间为：

即实际的脉冲宽度测量值为：

则脉冲宽度偏差为：

7.根据权利要求1所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其步骤S5，具体步骤为：

以某一时刻为基准，选取该时刻的速度和位置(x₀,y₀,z₀)信息作为初始化参数，计算不同时间点对应的载机姿态以及速度变化，设置不同的天线增益、频率、重频、脉宽参数；其中，

所述天线增益变化，步骤为：

S5.11、根据公式(1)～(4)，按照一定时间间隔，计算相应的载机姿态和位置变化(x₀+Δx₀,y₀+Δy₀,z₀+Δz₀)；

S5.12、为了得到雷达侦察干扰装备相对于被模拟战斗机飞行方向的方位角和俯仰角，利用公式(6)～(8)，将雷达侦察干扰装备的经度、纬度、高度坐标为(Lon,Lat,H)转化为相对机体直角坐标系的(x,y,z)；

S5.13、此时，雷达侦察干扰装备相对于被模拟战斗机的俯仰角和方位角为：

最后，根据俯仰角和方位角获得对应的天线增益

S5.14、通过雷达收发分***的功率控制功能，相应减小或增大发射功率来模拟战斗机机动场景下雷达天线增益的变化。

8.根据权利要求7所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其载频变化，步骤为：

S5.21、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.22、由公式(9)，计算无人机代替战斗机后的雷达信号载频偏差值

S5.23、无人机载雷达发射信号时，根据信号载频偏差量f_d，调整相应的载频，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的载频变化。

9.根据权利要求7所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其脉冲重复频率偏差补偿，步骤为：

S5.31、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.32、由公式(11)，计算无人机代替战斗机后的脉冲重复频率偏差值

S5.33、无人机载雷达发射信号时，根据脉冲重复频率偏差值Δprf，调整相应的脉冲重复频率，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的脉冲重复频率变化。

10.根据权利要求7所述的基于无人机的机载火控雷达信号模拟方法，其特征是：其脉冲宽度偏差补偿，步骤为：

S5.41、由公式(1)～(4)，得到无人机和战斗机相对于雷达侦察干扰装备的速度差ΔV；

S5.42、由公式(12)，计算无人机代替战斗机后的脉冲宽度测量偏差量

S5.43、无人机机载雷达发射信号时，根据脉冲宽度偏差量Δτ，调整相应的发射脉冲宽度，模拟战斗机载火控雷达在机动场景下的脉冲宽度变化。

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