本發(fā)明涉及仿真領域，尤其涉及一種基于寬帶掃頻數據的雷達回波仿真方法。

背景技術：

利用寬帶雷達對高速運動目標如飛機、導彈、衛(wèi)星等空中目標進行探測與成像，具有重要的軍事價值。寬帶雷達所具備的高分辨率特性是進行雷達目標識別的重要依據。由于空間目標外場寬帶測量對雷達性能要求高、需要投入大量的人力物力，且對特定目標的觀測受到傳感器和運動目標的相對時空因素限制，很難獲得目標全姿態(tài)的寬帶回波。因此，寬帶雷達回波仿真是雷達系統(tǒng)研制及雷達信號處理及應用的重要環(huán)節(jié)及關鍵技術。

線性調頻信號(Line Frequency Modulation，LFM)是寬帶雷達系統(tǒng)常用波形之一，建立高速運動目標寬帶LFM雷達回波的時域信號模型時，對于遠距離且高速運動的目標，脈沖持續(xù)期間的徑向位移不能忽略。

除上述外，基于目標散射中心模型的雷達回波時域仿真方法，其由于散射中心位置及幅度難以準確提取，尤其是散射中心間距很近時這一問題尤為突出，大部分高精度的提取散射中心的運算如現(xiàn)代譜估計算法、數據外推算法等具有運算復雜的缺點；而且強散射中心的提取同時會造成目標本身的弱散射點被丟棄，導致目標回波信息缺失。

技術實現(xiàn)要素：

針對上述現(xiàn)有技術存在的缺陷，本發(fā)明提出基于寬帶掃頻數據的雷達回波仿真方法，提高了回波仿真的計算效率。

本發(fā)明提供的基于寬帶掃頻數據的雷達回波仿真方法，其改進之處在于，所述方法包括如下步驟：

(1)獲取靜止目標的寬帶掃頻數據；

(2)將所述掃頻數據進行去載頻處理，再進行離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的距離像；

(3)設置仿真時的線性調頻波形參數；

(4)對所述距離像做離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的線性調頻中頻回波信號；

(5)添加相位影響因子，生成運動目標的線性調頻中頻回波信號。

優(yōu)選的，步驟(1)所述寬帶掃頻數據，其在步進頻率波形脈沖串內，第i個步進頻率的回波信號表達式為：

式中，j＝sqrt(-1)，N為頻率步進個數，σ_k為靜止目標第k個散射中心的散射強度，c為光速，f_c為中心頻率，Δf為頻率步進量，r_k為靜止目標第k個散射中心與參考點的相對距離。

較優(yōu)選的，步驟(2)將所述掃頻數據進行去載頻處理，其表達式為：

將頻域數據進行離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的距離像，其表達式為：

較優(yōu)選的，步驟(3)所述線性調頻波形參數包括脈沖寬度T_p、信號中頻帶寬B_IF、中頻信號采樣頻率F_s、運動目標速度V和運動目標加速度a。

較優(yōu)選的，步驟(4)對所述距離像做離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的線性調頻中頻回波信號，其表達式為：

式中，為線性調頻斜率，為總時間，t_m為慢時間，為快時間。

較優(yōu)選的，步驟(5)相位影響因子由所述運動目標速度V和所述運動目標加速度a產生。

較優(yōu)選的，步驟(5)中添加所述相位影響因子后，生成運動目標的線性調頻中頻回波信號表達式為：

其中：

上述式中，

為第k個散射中心產生的回波信號的初相，為目標第k個散射中心與參考點的相對距離，為相位，是經過回波信號的傅里葉變換后距離像中的強散射點位置產生的平移量，為殘余視頻相位。

較優(yōu)選的，中頻信號采樣頻率F_s大于兩倍的靜止目標的線性調頻中頻回波信號；

所述靜止目標的線性調頻中頻回波信號的頻率由所述目標的尺寸確定，其公式為：

式中，L為目標的尺寸。

較優(yōu)選的，中頻信號采樣頻率F_s大于兩倍的運動目標的線性調頻中頻回波信號；

所述運動目標的線性調頻中頻回波信號的頻率為

其中：Δ_L為距離像展寬尺度，且：

Δ_L≈2V·T_p (14)

由公式(13)和公式(14)得到所述運動目標速度V的表達式為：

本發(fā)明的技術方案中，既保留了目標每個散射中心的散射特性，避免由于散射點截斷帶來的回波信息缺失；又通過快速傅里葉變換避免了卷積操作，提高了回波仿真的計算效率。

附圖說明

圖1為本發(fā)明實施例的流程圖；

圖2為本發(fā)明實施例的運動目標的線性調頻中頻回波仿真示意圖，圖中，實線表示目標速度為0m/s，虛線表示目標速度為1000m/s，點虛線線表示目標速度為3000m/s；

圖3為本發(fā)明實施例的距離像示意圖，圖中，實線表示目標速度為0m/s，虛線表示目標速度為1000m/s，點虛線線表示目標速度為3000m/s。

具體實施方式

為使本發(fā)明的目的、技術方案及優(yōu)點更加清楚明白，以下參照附圖并舉出優(yōu)選實施例，對本發(fā)明進一步詳細說明。然而，需要說明的是，說明書中列出的許多細節(jié)僅僅是為了使讀者對本發(fā)明的一個或多個方面有一個透徹的理解，即便沒有這些特定的細節(jié)也可以實現(xiàn)本發(fā)明的這些方面。

本實施例提出的基于寬帶掃頻數據的雷達回波仿真方法，其流程圖如圖1所示，具體包括如下步驟：

(1)獲取靜止目標的寬帶掃頻數據，具體的：

在步進頻率波形脈沖串內，第i個步進頻率的回波信號表達式為：

式中，j＝sqrt(-1)，N為頻率步進個數，σ_k為靜止目標第k個散射中心的散射強度，c為光速，f_c為中心頻率，Δf為頻率步進量，r_k為靜止目標第k個散射中心與參考點的相對距離。

上述表達式，同時也表示了基于單個脈沖串的靜止目標反射性的頻域樣本。

(2)將所述掃頻數據進行去載頻處理，再進行離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的距離像(即一系列距離時延的反射性大小)，具體的：

將所述掃頻數據進行去載頻處理，其表達式為：

將頻域數據進行離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的距離像，其表達式為：

(3)設置仿真時的線性調頻波形參數，包括脈沖寬度T_p、信號中頻帶寬B_IF、中頻信號采樣頻率F_s、運動目標速度V和運動目標加速度a。其中：

靜止目標的線性調頻中頻回波信號的頻率由目標的尺寸確定，其公式為：

式中，L為目標的尺寸；

根據Naquist采樣定理對中頻回波離散采樣，中頻信號采樣頻率F_s需大于兩倍的靜止目標的線性調頻中頻回波信號，即F_s＞2F_max。

目標速度將會導致LFM中頻回波各散射中心頻譜展寬，當運動目標速度為V時，其對應的回波頻率為：

式中：Δ_L為距離像展寬尺度，且：

Δ_L≈2V·T_p (14)

根據Naquist采樣定理對中頻回波離散采樣，中頻信號采樣頻率F_s大于兩倍的運動目標的線性調頻中頻回波信號，則由公式(13)和公式(14)得到運動目標速度V的表達式為：

本實施例中，若靜態(tài)測量的掃頻間隔為Δf＝10MHz，目標長度為4米，發(fā)射信號帶寬B＝2GHz，脈沖寬度T_p＝100μs，線性調頻斜率γ＝2×10¹³Hz/s，則要求仿真時，目標速度V＜20000m/s。

(4)根據LFM理論，經混頻和去傾斜處理后，LFM雷達單個發(fā)射脈沖對應的接收回波同目標散射中心隨徑向距離的分布之間是傅里葉逆變換關系。對距離像做離散傅里葉逆變換，得到靜止目標的線性調頻中頻回波信號，其表達式為：

式中，為線性調頻斜率，為總時間，t_m為慢時間，為快時間。

(5)對于高速運動目標，其線性調頻中頻回波受目標運動速度及加速度的影響而產生相位調制。因此本實施例添加由運動目標速度V和運動目標加速度a產生的相位影響因子，生成運動目標的線性調頻中頻回波信號，其表達式為：

其中：

上述式中，

為第k個散射中心產生的回波信號的初相，可以表征目標第k個散射中心與參考點的相對距離，為相位，其為經過回波信號的傅里葉變換后距離像中的強散射點位置產生的平移量，為殘余視頻相位，中的和使運動目標的一維距離像主瓣發(fā)生展寬。

由此，根據式(7)和式(8)的對應關系即可生成運動目標的線性調頻中頻回波信號。

具體的，本實施例對步驟(3)中的參數設定為發(fā)射信號脈沖寬度T_p＝100μs，帶寬B＝2GHz，目標尺寸L＝4.2米，信號中頻(接收機)帶寬B_IF＝1MHz，采樣頻率F_s＝2MHz，載頻f_c＝10GHz，運動目標加速度a對回波信號的影響非常小，因此設置a＝0。經過仿真，其運動目標的線性調頻中頻回波仿真示意圖如圖2所示，距離像示意圖如圖3所示，通過對比可知，隨著目標運動速度的增大，目標強散射中心位置偏移量逐漸增大，目標一維距離像的展寬程度也逐漸增大。

由圖2和圖3可知，本發(fā)明有效模擬了運動目標速度對雷達回波信號產生的影響，包括相位調制和一維距離像偏移及展寬。與傳統(tǒng)基于時域卷積的方法相比，本發(fā)明利用了靜止目標的全部散射中心信息，防止散射中心截斷造成信息缺失。同時，通過快速逆傅里葉變換實現(xiàn)靜止目標中頻回波信號快速構建，最后在靜止目標中頻回波信號的相位中疊加速度產生的相位影響因子。具體的，與現(xiàn)有技術相比，本實施例在當前參數設置下的仿真效率提高10倍。

以上所述僅是本發(fā)明的優(yōu)選實施方式，應當指出，對于本技術領域的普通技術人員來說，在不脫離本發(fā)明原理的前提下，還可以作出若干改進和潤飾，這些改進和潤飾也應視為本發(fā)明的保護范圍。