CN118050697A - 一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，包括：场景仿真：场景仿真计算机生成数据，分发给星务模拟器、数字回波模拟器以及显示评估计算机；显示回放：显示评估计算机进行仿真场景回放，生成雷达工作参数包，传输给星务模拟器；工作参数发送：星务模拟器广播卫星数据并发送工作参数包给雷达；雷达工作并发送数据；数字回波模拟器发送数据：数字回波模拟器产生数据发送给射频回波模拟器；射频回波模拟器输出射频信号；回波处理：综合控制与处理单机处理回波并输出处理结果；雷达性能评估。本发明能够根据雷达实际工作场景进行模拟，分层级设计典型场景，覆盖所有可能情况并能实时验证处理算法性能和调度实时性。

Description

一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法

技术领域

本发明涉及天基雷达探测领域，尤其涉及一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法。

背景技术

天基雷达实际工作时面临的场景复杂多变，为了保证其随卫星入轨之后能够正常工作运行，在天基雷达的实际研制过程中，需要提前在地面上对雷达可能面临的各种场景进行充分验证。传统的方法通常是利用射频模拟器验证天基雷达探测性能，无法根据实际场景需要对工作流程进行实时规划，且无法实现算法和调度性能的实时性验证。此外，雷达的工作流程需要根据实际任务需求和面临的场景情况进行实时规划，且无法提前预知，因此传统固定流程的SAR雷达工作模式地面验证方法已经不再适用。因此，如何设计验证方法使其能够根据雷达实际工作场景进行模拟，分层级设计典型场景，覆盖所有可能情况并能实时验证处理算法性能和调度实时性，具有十分重要的意义。

发明内容

为解决现有的技术问题，本发明提供了一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法。

本发明的具体内容如下：一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，基于雷达***和雷达模拟器实现，雷达***包括综合控制与处理单机和综合射频单机，雷达模拟器包括星务模拟器、数字回波模拟器、射频回波模拟器、场景仿真计算机和显示评估计算机，包括如下步骤：

S1，场景仿真：场景仿真计算机生成一段时间的卫星轨道、姿态数据、目标位置及速度数据，分发给星务模拟器、数字回波模拟器以及显示评估计算机；

S2，显示回放：显示评估计算机进行仿真场景回放，生成雷达工作参数包，传输给星务模拟器；

S3，工作参数发送：星务模拟器广播卫星数据并发送工作参数包给雷达；

S4，雷达工作并发送数据：雷达收到工作参数包后开始工作，产生包头传输给数字回波模拟器；

S5，数字回波模拟器发送数据：数字回波模拟器收到包头后，立即产生一帧数据发送给射频回波模拟器；

S6，射频回波模拟器输出射频信号：射频回波模拟器收到一帧数据后，输出射频信号；

S7，回波处理：综合射频单机采集射频信号，综合控制与处理单机处理回波并输出处理结果；

S8，雷达性能评估：显示评估计算机接收处理结果，并结合目标位置、速度真值，评估雷达性能。

进一步的，S1包括：

S11，场景仿真计算机生成卫星时间、位置、姿态信息传输给星务模拟器；

S12，场景仿真计算机生成目标位置、速度信息传输给数字回波模拟器；

S13，场景仿真计算机生成卫星轨道、姿态数据、目标位置及速度数据传输给显示评估计算机。

进一步的，S2包括：

S21，显示评估计算机将卫星轨道、姿态数据、目标位置及速度数据进行加载，实现场景回放；

S22，依据卫星与目标所处的位置关系，在某一时刻手动进行雷达工作模式的设置，确保目标在雷达的探测范围内，之后设置雷达工作参数并传输给星务模拟器。

进一步的，S3包括：

S31，星务模拟器广播卫星位置、姿态、GNSS时间数据，雷达***接收相关信息并进行解析；

S32，星务模拟器在雷达开始工作前x秒发送工作参数包给雷达***。

进一步的，S4中，雷达***解析收到的工作参数包x秒后开始工作，提前一帧产生包头数据传输给数字回波模拟器。

进一步的，S5包括：

S51，数字回波模拟器接收包头数据并进行解析；

S52，数字回波模拟器根据从包头数据中解析出的工作参数以及场景仿真计算机传输的目标数量、位置信息产生一帧回波数据，并将回波通过光纤发送给射频回波模拟器。

进一步的，S6包括：

S61，射频回波模拟器接收来自数字回波模拟器的回波数据并进行解析，之后等待帧定时信号；

S62，在收发定时的触发下，射频回波模拟器按脉冲重复时间输出射频信号。

进一步的，S7包括：

S71，综合射频单机采集来自射频回波模拟器的回波数据，传输给综合控制与处理单机进行进一步处理；

S72，综合控制与处理单机接收到回波数据进行解析，之后进行脉冲压缩、方位向傅里叶变换得到探测到的目标点迹信息，输出处理结果给显示评估计算机。

进一步的，S8包括：

S81，对于探测到的目标点迹信息，利用三倍标准差原则进行判断，剔除掉无效点；

S82，结合探测到的目标点迹信息与目标信息真值进行偏离程度计算，根据偏离值大小评估雷达对目标的探测性能。

本发明的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，能够根据雷达实际工作场景进行模拟，分层级设计典型场景，覆盖所有可能情况并能实时验证处理算法性能和调度实时性。

附图说明

下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步阐明。

图1为本发明的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法的接线图。

图2是本发明的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法的主流程图。

图3是本发明中天基雷达探测目标工作场景示意图。

图4是本发明的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法的数据综合处理流程图。

图5是本发明的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法的探测性能评估流程图。

具体实施方式

结合图1-图5，本发明的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，具体如下：

本发明基于雷达***和雷达模拟器实现，雷达***包括综合控制与处理单机和综合射频单机，雷达模拟器包括星务模拟器、数字回波模拟器、射频回波模拟器、场景仿真计算机和显示评估计算机，包括如下步骤：

S1，场景仿真：场景仿真计算机仿真生成一段时间的卫星轨道、姿态数据及目标位置、速度数据，分发给星务模拟器、数字回波模拟器以及显示评估计算机。卫星轨道、姿态仿真为常规方法，可参考陈宏宇所著《微小卫星轨道工程应用与STK仿真》，目标位置、速度可随机设置。

S11，场景仿真计算机生成卫星时间、位置、姿态等惯导信息参数传输给星务模拟器。

S12，场景仿真计算机生成目标位置、速度等信息传输给数字回波模拟器。

S13，场景仿真计算机生成卫星轨道、姿态数据，目标位置、速度数据等态势真值传输给显示评估计算机。

在本实施例中，以图3所示场景为例对目标进行探测。

S2，显示回放：显示评估计算机加载卫星轨道、姿态及目标位置、速度数据进行场景回放。之后，依据卫星与目标所处位置关系，在合适时间进行雷达工作模式的设置，并生成雷达工作参数包，传输给星务模拟器。

S21，显示评估计算机将卫星轨道、姿态等卫星参数及目标位置、速度数据等目标参数进行加载，实现场景回放。

S22，依据卫星与目标所处的位置关系，在某一时刻手动进行雷达工作模式的设置，确保目标在雷达的探测范围内，之后设置雷达工作参数并传输给星务模拟器。

在本实施例中，在t₀时刻，雷达波束可探测到空中目标，因此，在t₀时间设置雷达工作模式。

S3，工作参数发送：星务模拟器广播卫星位置、姿态、GNSS（全球导航卫星***）时间等数据，雷达***接收相关信息。若到达工作时间，则星务模拟器提前x秒发送工作参数包给雷达。x为常数，为雷达响应时间，可依据***参数设置。

S31，星务模拟器广播卫星位置、姿态、GNSS时间等数据，雷达***接收相关信息并进行解析。

S32，星务模拟器在雷达开始工作前发送工作参数包给雷达***。

S4，雷达工作并发送数据：雷达***解析收到的工作参数包x秒之后开始工作，提前一帧产生包头数据传输给数字回波模拟器。

S5，数字回波模拟器发送数据：数字回波模拟器接收到包头数据后进行解析，并立即产生一帧数据，通过光纤发送给射频回波模拟器。

S51，数字回波模拟器接收包头数据并进行解析。

S52，数字回波模拟器根据从包头数据中解析出的工作参数以及场景仿真计算机传输的目标数量、位置等信息产生一帧回波数据，并将回波通过光纤发送给射频回波模拟器。

S6，射频回波模拟器输出射频信号：射频回波模拟器收到一帧数据后，等待帧定时信号，在收发定时的触发下，按脉冲重复时间输出射频信号。

S61，射频回波模拟器接收来自数字回波模拟器的回波数据并进行解析，之后等待帧定时信号。

S62，在收发定时的触发下，射频回波模拟器按脉冲重复时间输出射频信号。

S7，回波处理：综合射频单机采集射频信号，综合控制与处理单机处理回波，输出处理结果，处理方法为常规方法，可参考胡学成所著《机载高分辨率合成孔径雷达技术》。

S71，雷达***中的综合射频单机采集来自射频回波模拟器的回波数据，传输给综合控制与处理单机进行进一步处理。

S72，综合控制与处理单机接收到回波数据进行解析，之后进行脉冲压缩、方位向傅里叶变换等步骤得到探测到的目标点迹信息。

S8，雷达性能评估：显示评估计算机接收处理结果，并结合目标位置、速度真值，评估雷达性能，如图5所示。

S81，对于探测到的目标点迹信息，利用三倍标准差原则进行判断，剔除掉无效点。

S82，结合探测到的目标点迹信息与目标信息真值进行偏离程度计算，根据偏离值大小评估雷达对目标的探测性能。

本发明中的场景仿真计算机可以根据任务需求仿真生成雷达可能面临的各种工作场景及工作参数，在轨实时规划工作流程，覆盖所有可能情况，对雷达工作场景进行充分验证。能够随着目标和波束指向变化，按帧产生回波，满足帧调度时间要求。能够实时显示雷达回波处理结果，结合设计的工作场景，分析雷达工作流程正确性、调度实时性和处理算法性能。因此具有良好的实用效果。

在以上的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是以上描述仅是本发明的较佳实施例而已，本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受上面公开的具体实施的限制。同时任何熟悉本领域技术人员在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做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。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 (9)

1.一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：基于雷达***和雷达模拟器实现，雷达***包括综合控制与处理单机和综合射频单机，雷达模拟器包括星务模拟器、数字回波模拟器、射频回波模拟器、场景仿真计算机和显示评估计算机，包括如下步骤：

S1，场景仿真：场景仿真计算机生成一段时间的卫星轨道、姿态数据、目标位置及速度数据，分发给星务模拟器、数字回波模拟器以及显示评估计算机；

S2，显示回放：显示评估计算机进行仿真场景回放，生成雷达工作参数包，传输给星务模拟器；

S3，工作参数发送：星务模拟器广播卫星数据并发送工作参数包给雷达；

S4，雷达工作并发送数据：雷达收到工作参数包后开始工作，产生包头传输给数字回波模拟器；

S5，数字回波模拟器发送数据：数字回波模拟器收到包头后，立即产生一帧数据发送给射频回波模拟器；

S6，射频回波模拟器输出射频信号：射频回波模拟器收到一帧数据后，输出射频信号；

S7，回波处理：综合射频单机采集射频信号，综合控制与处理单机处理回波并输出处理结果；

S8，雷达性能评估：显示评估计算机接收处理结果，并结合目标位置、速度真值，评估雷达性能。

2.根据权利要求1所述的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：S1包括：

S11，场景仿真计算机生成卫星时间、位置、姿态信息传输给星务模拟器；

S12，场景仿真计算机生成目标位置、速度信息传输给数字回波模拟器；

S13，场景仿真计算机生成卫星轨道、姿态数据、目标位置及速度数据传输给显示评估计算机。

3.根据权利要求1所述的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：S2包括：

S21，显示评估计算机将卫星轨道、姿态数据、目标位置及速度数据进行加载，实现场景回放；

S22，依据卫星与目标所处的位置关系，在某一时刻手动进行雷达工作模式的设置，确保目标在雷达的探测范围内，之后设置雷达工作参数并传输给星务模拟器。

4.根据权利要求1所述的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：S3包括：

S31，星务模拟器广播卫星位置、姿态、GNSS时间数据，雷达***接收相关信息并进行解析；

S32，星务模拟器在雷达开始工作前x秒发送工作参数包给雷达***。

5.根据权利要求4所述的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：S4中，雷达***解析收到的工作参数包x秒后开始工作，提前一帧产生包头数据传输给数字回波模拟器。

6.根据权利要求1所述的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：S5包括：

S51，数字回波模拟器接收包头数据并进行解析；

S52，数字回波模拟器根据从包头数据中解析出的工作参数以及场景仿真计算机传输的目标数量、位置信息产生一帧回波数据，并将回波通过光纤发送给射频回波模拟器。

7.根据权利要求1所述的基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于：S6包括：

S61，射频回波模拟器接收来自数字回波模拟器的回波数据并进行解析，之后等待帧定时信号；

S62，在收发定时的触发下，射频回波模拟器按脉冲重复时间输出射频信号。

8.根据权利要求1所述的一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于，S7包括：

S71，综合射频单机采集来自射频回波模拟器的回波数据，传输给综合控制与处理单机进行进一步处理；

S72，综合控制与处理单机接收到回波数据进行解析，之后进行脉冲压缩、方位向傅里叶变换得到探测到的目标点迹信息，输出处理结果给显示评估计算机。

9.根据权利要求1所述的一种基于模拟器的天基对空探测流程验证方法，其特征在于，S8包括：

S81，对于探测到的目标点迹信息，利用三倍标准差原则进行判断，剔除掉无效点；

S82，结合探测到的目标点迹信息与目标信息真值进行偏离程度计算，根据偏离值大小评估雷达对目标的探测性能。