專利名稱：一種機(jī)載相控陣pd雷達(dá)雜波的快速模擬方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種機(jī)載相控陣脈沖多普勒(PD)雷達(dá)雜波的快速模擬方法，屬于機(jī)載相控陣脈沖多普勒雷達(dá)雜波仿真技術(shù)領(lǐng)域。
背景技術(shù)：
機(jī)載相控陣ro雷達(dá)是探測低空、超低空飛行的目標(biāo)以及陸地和海面上的慢速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的有利武器之一，在現(xiàn)代戰(zhàn)爭中起著舉足輕重的作用。由于雷達(dá)工作在下視狀態(tài)，目標(biāo)回波常常淹沒在很強(qiáng)的雜波信號(hào)中，對(duì)目標(biāo)檢測構(gòu)成了極大的威脅。因此，需要對(duì)雷達(dá)工作環(huán)境中的雜波特性進(jìn)行充分的研究。在實(shí)際測量成本過高的情況下，通過計(jì)算機(jī)仿真提供雜波數(shù)據(jù)，有十分重要的價(jià)值:一方面，有利于認(rèn)知電磁波與自然環(huán)境相互作用的物理過程，理解機(jī)載相控陣ro雷達(dá)雜波產(chǎn)生的機(jī)理，促進(jìn)雜波抑制算法的研究；另一方面，通過仿真手段獲取大量的不同雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)、不同自然環(huán)境條件下的雜波數(shù)據(jù)，將有效地彌補(bǔ)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的不足，在機(jī)載相控陣ro雷達(dá)系統(tǒng)性能評(píng)估、信號(hào)處理算法驗(yàn)證等方面發(fā)揮重要作用。因此，研究機(jī)載相控陣ro雷達(dá)雜波仿真的方法，在理論和實(shí)踐上均有十分重要的意義。雷達(dá)仿真方法分為兩類:功能仿真和相干視頻仿真，其中相干視頻仿真利用了信號(hào)的相位，包含了有關(guān)雷達(dá)環(huán)境的全部信息，是雷達(dá)信號(hào)級(jí)仿真所必需的。目前，對(duì)雜波信號(hào)相干視頻仿真的建模和模擬方法還存在著一些不足。一方面，這些模型對(duì)雜波單元后向散射系數(shù)的描述大都采用半經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ?，但是，雷達(dá)載機(jī)飛行地域廣、地形地貌多種多樣，采用目前的經(jīng)驗(yàn)?zāi)Ｐ筒荒苷嬲胤从忱走_(dá)工作的實(shí)際背景。另一方面，相干視頻仿真采用基于網(wǎng)格映像的模擬方法，即根據(jù)雷達(dá)的分辨率將波束照射區(qū)域劃分成一個(gè)個(gè)相互獨(dú)立的網(wǎng)格單元，分別計(jì)算每個(gè)網(wǎng)格單元的回波，然后相干疊加實(shí)現(xiàn)整個(gè)區(qū)域的雜波仿真。由于機(jī)載ro雷達(dá)雜波區(qū)域面積較大，并且隨著雷達(dá)分辨率的提高，相同雜波面積下的網(wǎng)格劃分?jǐn)?shù)量不斷增大，采用相干疊加的方法獲取雜波信號(hào)的效率明顯較低，不適用于高分辨率機(jī)載ro雷達(dá)大范圍區(qū)域的雜波仿真。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是為了實(shí)現(xiàn)高分辨率機(jī)載相控陣脈沖多普勒(PD)雷達(dá)大范圍自然場景雜波的快速模擬，同時(shí)又能真實(shí)反映自然場景的散射特性，提出了一種機(jī)載相控陣ro雷達(dá)雜波的快速模擬方法。本發(fā)明方法是通過下述技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的:一種機(jī)載相控陣ro雷達(dá)雜波的快速模擬方法，其步驟如下:相關(guān)參數(shù)預(yù)定義:坐標(biāo)系定義和雜波場景定義；坐標(biāo)系定義:定義三維地理坐標(biāo)系，即當(dāng)?shù)氐谋?天-東地理坐標(biāo)系，其中原點(diǎn)0取在初始時(shí)刻載機(jī)質(zhì)心在水平面上的投影點(diǎn)，X軸指向正北，是ro雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向，Y軸垂直于當(dāng)?shù)厮矫?，指向天，Z軸指向正東；雜波場景定義:定義雜波場景為矩形，其在X軸的范圍為Wx，在Z軸的范圍為Wz ；
步驟一、選取一幅SAR圖像，所述SAR圖像上場景的大小和所定義的雜波場景大小相同，合成孔徑雷達(dá)在獲取所述SAR圖像時(shí)的工作波段和ro雷達(dá)的工作波段相同；步驟二、將整個(gè)雜波場景沿X軸和Z軸等分為長度為Dx、寬度為Dz的矩形散射單元，其中Dx為SAR圖像的方位向分辨率，Dz為SAR圖像的距離向分辨率，并將每個(gè)散射單元看成分布在單元中心的點(diǎn)散射體；步驟三、將所述散射單元與所述SAR圖像上的像元按照X軸方向平行于SAR圖像
的方位向，Z軸方向平行于SAR圖像的距離向的關(guān)系--對(duì)應(yīng)，SAR圖像像元的歸一化灰度
值即為相應(yīng)散射單元的初始后向散射系數(shù)；步驟四、按照ro雷達(dá)的天線相位中心到點(diǎn)散射體距離相等的關(guān)系，在雜波場景上等間隔的劃分等距離環(huán)；步驟五、對(duì)ro雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)u(t)進(jìn)行升采樣處理，并對(duì)升采樣的結(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換得到U(GJ)；步驟六、在雷達(dá)發(fā)射脈 沖時(shí)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻各散射單元的后向散射系數(shù)0°;計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻各散射單元的斜距R，并根據(jù)所述R計(jì)算各散射單元的幅度A ；步驟七、針對(duì)每一等距離環(huán)，將其所包含的各散射單元的幅度和補(bǔ)償斜距差帶入多普勒項(xiàng)后再進(jìn)行相干疊加，得到每個(gè)等距離環(huán)的雷達(dá)后向散射系數(shù)；步驟八、將所有等距離環(huán)的等效雷達(dá)后向散射系數(shù)和對(duì)應(yīng)環(huán)的中心斜距帶入多普勒項(xiàng)后再進(jìn)行相干疊加得到系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)函數(shù)h(t)，并對(duì)h(t)進(jìn)行快速傅里葉變換(FFT)得到 H(co)；步驟九、將步驟五中獲取的U(co)與H(co)相乘，再對(duì)相乘的結(jié)果進(jìn)行逆快速傅里葉變換，得到該發(fā)射脈沖對(duì)應(yīng)的周期接收的雜波信號(hào)；步驟十、重復(fù)步驟六至步驟九，得到所有脈沖重復(fù)周期的雜波信號(hào)。有益效果第一，本發(fā)明通過SAR圖像數(shù)據(jù)可以快速方便地獲得某個(gè)真實(shí)自然場景的初始雷達(dá)后向散射系數(shù)；然后對(duì)雜波場景進(jìn)行等距離環(huán)劃分，將同一個(gè)等距離環(huán)中的所有散射單元的后向散射系數(shù)疊加成一個(gè)等效的后向散射系數(shù)，即將同一個(gè)等距離環(huán)中的所有散射單元等效成一個(gè)復(fù)合散射體，其降低雜波場景離散化散射單元的數(shù)量，達(dá)到了提高ro雷達(dá)雜波模擬效率的目的。第二，本發(fā)明利用FFT將雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)和系統(tǒng)的沖激響應(yīng)信號(hào)變換到頻域相乘后計(jì)算雜波信號(hào)，進(jìn)一步提高了 ro雷達(dá)雜波模擬效率，實(shí)現(xiàn)了在較高分辨率下機(jī)載ro雷達(dá)系統(tǒng)下自然場景雜波的快速模擬。


圖1為本發(fā)明雜波場景劃分的示意圖；圖2為本發(fā)明中對(duì)坐標(biāo)系定義和雜波場景定義的示意圖；圖3為本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施實(shí)例中所用的SAR圖像；圖4為本發(fā)明技術(shù)方案實(shí)施實(shí)例雜波信號(hào)的距離一多普勒頻率二維雜波具體實(shí)施方式
下面結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明方法的實(shí)施方式做詳細(xì)說明。選取一幅SAR圖像進(jìn)行機(jī)載I3D雷達(dá)雜波的仿真實(shí)驗(yàn)，仿真輸出的是每個(gè)脈沖重復(fù)周期的雜波數(shù)據(jù)，通過在慢時(shí)間維(接收重復(fù)周期)進(jìn)行FFT的方法得到距離一多普勒頻率二維雜波圖。設(shè)定SAR圖像的大小是4000 X 4000,分辨率是5m，在C波段，下視角是30° ;載機(jī)飛行的高度為2000m，速度是400m/s，雷達(dá)天線的波束寬度是4.1°，主瓣波束中心的方位角是20°，俯仰角是20°，雷達(dá)工作在波長為0.05m的C波段，雷達(dá)發(fā)射信號(hào)是線性調(diào)頻脈沖，帶寬是8MHz，采樣率是10MHz，發(fā)射信號(hào)的時(shí)間是S，脈沖重復(fù)頻率分別是lOKHz、20KHz、80KHz ;升采樣倍數(shù)是8，仿真的脈沖個(gè)數(shù)128。本發(fā)明機(jī)載ro雷達(dá)雜波的快速模擬方法，技術(shù)方案實(shí)施效果如附圖1所示，其步驟如下:對(duì)相關(guān)參數(shù)進(jìn)行定義，如圖2所示，包括坐標(biāo)系定義和雜波場景定義:1.1定義三維地理坐標(biāo)系，即當(dāng)?shù)氐谋?天-東地理坐標(biāo)系，其中原點(diǎn)0取在初始時(shí)刻載機(jī)質(zhì)心在水平面上的投影點(diǎn)，X軸指向正北，是ro雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向，Y軸垂直于當(dāng)?shù)厮矫?，指向天，z軸指向正東，ro雷達(dá)主瓣波束中心的方位角為ea，俯仰角為％。1.2定義雜波場景，雜波場景為矩形，其在X軸的范圍為Wx，在Z軸的范圍為Wz。步驟一、選取如上所述的SAR圖像，圖像上場景的大小和所定義的雜波場景大小相同，合成孔徑雷達(dá)在獲取所述SAR圖像時(shí)的工作波段和ro雷達(dá)的工作波段相同；如圖3所示。步驟二、將整個(gè)雜波場景沿X軸和Z軸等分為長度為Dx、寬度為Dz的矩形散射單元，其中Dx為SAR圖像的方位向分辨率，Dz為SAR圖像的距離向分辨，將每個(gè)散射單元看成分布在單元中心的點(diǎn)散射體。步驟三、將所述散射單元與所述SAR圖像上的像元按照X軸方向平行于SAR圖像
的方位向，Z軸方向平行于SAR圖像的距離向的關(guān)系--對(duì)應(yīng)，SAR圖像像元的歸一化灰度
值即為相應(yīng)散射單元的初始后向散射系數(shù)。步驟四、按照ro雷達(dá)天線相位中心到點(diǎn)散射體距離相等的關(guān)系，在雜波場景上等間隔的劃分等距離環(huán)，雷達(dá)天線相位中心到等距離環(huán)的距離d的范圍，等距離環(huán)的間隔Ad及等距離環(huán)的個(gè)數(shù)M分別表示為:
權(quán)利要求
1.一種機(jī)載相控陣ro雷達(dá)雜波的快速模擬方法，其特征在于，其步驟如下: 坐標(biāo)系定義:定義三維地理坐標(biāo)系，即當(dāng)?shù)氐谋?天-東地理坐標(biāo)系，其中原點(diǎn)O取在初始時(shí)刻載機(jī)質(zhì)心在水平面上的投影點(diǎn)，X軸指向正北，是ro雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向，Y軸垂直于當(dāng)?shù)厮矫?指向天，Z軸指向正東； 雜波場景定義:定義雜波場景為矩形，其在X軸的范圍為Wx，在Z軸的范圍為Wz ；步驟一、選取一幅SAR圖像，所述SAR圖像上場景的大小和所定義的雜波場景大小相同，合成孔徑雷達(dá)在獲取所述SAR圖像時(shí)的工作波段和ro雷達(dá)的工作波段相同； 步驟二、將整個(gè)雜波場景沿X軸和Z軸等分為長度為Dx、寬度為Dz的矩形散射單元，其中Dx為SAR圖像的方位向分辨率，Dz為SAR圖像的距離向分辨率，并將每個(gè)散射單元看成分布在單元中心的點(diǎn)散射體； 步驟三、將所述散射單元與所述SAR圖像上的像元按照X軸方向平行于SAR圖像的方位向，Z軸方向平行于SAR圖像的距離向的關(guān)系一一對(duì)應(yīng)，SAR圖像像元的歸一化灰度值即為相應(yīng)散射單元的初始后向散射系數(shù)； 步驟四、按照ro雷達(dá)的天線相位中心到點(diǎn)散射體距離相等的關(guān)系，在雜波場景上等間隔的劃分等距離環(huán)； 步驟五、對(duì)ro雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)U(t)進(jìn)行升采樣處理，并對(duì)升采樣的結(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換得到U(CO)； 步驟六、在雷達(dá)發(fā)射脈沖時(shí)，計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻各散射單元的后向散射系數(shù)0°;計(jì)算當(dāng)前時(shí)刻各散射單元的斜距R，并根據(jù)所述R計(jì)算各散射單元的幅度A ； 步驟七、針對(duì)每一等距離環(huán)，將其所包含的各散射單元的幅度和補(bǔ)償斜距差帶入多普勒項(xiàng)后再進(jìn)行相干疊加，得到每個(gè)等距離環(huán)的雷達(dá)后向散射系數(shù)； 步驟八、將所有等距離環(huán)的等效雷達(dá)后向散射系數(shù)和對(duì)應(yīng)環(huán)的中心斜距帶入多普勒項(xiàng)后再進(jìn)行相干疊加得到系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)函數(shù)h(t)，并對(duì)h(t)進(jìn)行快速傅里葉變換得到H(Co)； 步驟九、將步驟五中獲取的U(co)與H(co)相乘，再對(duì)相乘的結(jié)果進(jìn)行逆快速傅里葉變換，得到該發(fā)射脈沖對(duì)應(yīng)的周期接收的雜波信號(hào)； 步驟十、重復(fù)步驟六至步驟九，得到所有脈沖重復(fù)周期的雜波信號(hào)。
全文摘要
本發(fā)明提出了一種機(jī)載相控陣PD雷達(dá)雜波的快速模擬方法，該方法的過程為選取一幅SAR圖像；將整個(gè)雜波場景劃分成矩形散射單元，并將每個(gè)散射單元看成分布在單元中心的點(diǎn)散射體；獲取各散射單元的初始后向散射系數(shù)；在雜波場景上等間隔的劃分等距離環(huán)；對(duì)PD雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)進(jìn)行升采樣處理，并對(duì)升采樣的結(jié)果進(jìn)行快速傅里葉變換得到U(ω)；計(jì)算各散射單元的幅度A；計(jì)算每個(gè)等距離環(huán)的雷達(dá)后向散射系數(shù)；獲取系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)函數(shù)，并對(duì)其進(jìn)行快速傅里葉變換得到H(ω)；將U(ω)與H(ω)相乘，再對(duì)相乘的結(jié)果進(jìn)行逆快速傅里葉變換，得到該發(fā)射脈沖對(duì)應(yīng)的周期接收的雜波信號(hào)。本發(fā)明實(shí)現(xiàn)了在較高分辨率下機(jī)載PD雷達(dá)系統(tǒng)下自然場景雜波的快速模擬。
文檔編號(hào)G01S7/40GK103207387SQ201310099758
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年3月26日 優(yōu)先權(quán)日2013年3月26日
發(fā)明者劉峰, 高立寧, 任昱晨, 孫晗偉 申請(qǐng)人:北京理工雷科電子信息技術(shù)有限公司