一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法
【專(zhuān)利摘要】本發(fā)明涉及一種連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，該方法根據(jù)雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)位置和距離、雷達(dá)運(yùn)動(dòng)速度，計(jì)算出雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的多普勒頻率和回波時(shí)延，再根據(jù)雷達(dá)方程和雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，得到雷達(dá)天線接收到的回波有用信號(hào)；然后，根據(jù)雷達(dá)晶振輸出信號(hào)的靜態(tài)相噪譜，以及晶振在載體的力學(xué)響應(yīng)計(jì)算出晶振輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)相噪譜，結(jié)合系統(tǒng)的隔離度值得到泄漏信號(hào)的動(dòng)態(tài)功率譜，并轉(zhuǎn)化為雷達(dá)泄露動(dòng)態(tài)信號(hào)的時(shí)域數(shù)據(jù)；最后將回波有用信號(hào)與泄漏動(dòng)態(tài)信號(hào)相加，得到含動(dòng)態(tài)泄漏信號(hào)的雷達(dá)回波信號(hào)，該方法能夠模擬接近真實(shí)環(huán)境的連續(xù)波雷達(dá)回波信號(hào)，可用于連續(xù)波雷達(dá)直流對(duì)消電路進(jìn)行測(cè)試，適用于飛行著陸雷達(dá)的測(cè)試系統(tǒng)。
【專(zhuān)利說(shuō)明】一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)處理領(lǐng)域，特別涉及一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，適用于連續(xù)波雷達(dá)直流對(duì)消能力的驗(yàn)證。

【背景技術(shù)】
[0002]連續(xù)波雷達(dá)是一種通過(guò)發(fā)射連續(xù)波來(lái)獲得目標(biāo)信息的雷達(dá)。按其發(fā)射信號(hào)不同分為單一頻率或多頻率，或調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)，主要用于測(cè)距測(cè)速的場(chǎng)合。由于其發(fā)射的是連續(xù)波，故峰值功率低，具有良好的電子對(duì)抗和低截獲概率性能；另外其測(cè)速不存在速度模糊，測(cè)距不存在距離盲區(qū)，而其余雷達(dá)要具備這一優(yōu)點(diǎn)，處理就得相當(dāng)復(fù)雜。而且該雷達(dá)連續(xù)發(fā)射和接收，故只需較小的發(fā)射功率即可實(shí)現(xiàn)較遠(yuǎn)的作用距離。
[0003]連續(xù)波雷達(dá)的很多優(yōu)勢(shì)都是連續(xù)發(fā)射接收帶來(lái)的，但這也導(dǎo)致連續(xù)波雷達(dá)的一個(gè)主要缺點(diǎn):信號(hào)泄漏。由于連續(xù)波雷達(dá)工作時(shí)，發(fā)射機(jī)和接收機(jī)同時(shí)工作，通過(guò)發(fā)射機(jī)發(fā)射的微波能量不可避免地通過(guò)天線或環(huán)形器泄漏到接收機(jī)系統(tǒng)，然后通過(guò)接收機(jī)進(jìn)入雷達(dá)信號(hào)數(shù)字處理單元，可能導(dǎo)致接收機(jī)飽和或數(shù)字信號(hào)處理單元A/D采樣飽和等，以致無(wú)法進(jìn)行有效測(cè)量。
[0004]為了保證雷達(dá)系統(tǒng)能夠正常工作，連續(xù)波雷達(dá)均必須采用對(duì)消技術(shù)，抑制泄漏對(duì)測(cè)量的影響。當(dāng)前解決連續(xù)波雷達(dá)隔離度問(wèn)題的研究主要集中在如何設(shè)計(jì)抑制電路達(dá)到高的抑制比，發(fā)展出的抑制技術(shù)主要包含射頻對(duì)消、中頻對(duì)消以及視頻對(duì)消。不管采用哪種對(duì)消技術(shù)，連續(xù)波雷達(dá)在最終使用前均需要對(duì)其對(duì)消能力進(jìn)行驗(yàn)證。泄漏模擬的真實(shí)度直接影響了對(duì)連續(xù)波雷達(dá)測(cè)試的完整性。
[0005]對(duì)已公開(kāi)的單頻連續(xù)波雷達(dá)相關(guān)資料進(jìn)行查閱，雷達(dá)泄漏模擬主要采用將發(fā)射機(jī)信號(hào)接衰減器，然后耦合進(jìn)接收機(jī)的方式進(jìn)行。
[0006]這種方式只能反映雷達(dá)在靜止?fàn)顟B(tài)下的泄露情況，而連續(xù)波雷達(dá)主要應(yīng)用于飛行著陸環(huán)境，實(shí)際使用均伴隨著不同程度的振動(dòng)。靜態(tài)泄漏的模擬對(duì)于測(cè)試?yán)走_(dá)性能意義不大。
[0007]根據(jù)現(xiàn)有公開(kāi)的資料查詢，目前尚沒(méi)有能模擬連續(xù)波雷達(dá)動(dòng)態(tài)泄露的方法。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的上述不足，提供一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，該方法能夠模擬接近真實(shí)環(huán)境的連續(xù)波雷達(dá)回波信號(hào)，所述雷達(dá)回波信號(hào)包括基帶回波有用信號(hào)和基帶動(dòng)態(tài)泄漏信號(hào)，可用于連續(xù)波雷達(dá)直流對(duì)消電路進(jìn)行測(cè)試，適用于飛行著陸雷達(dá)的測(cè)試系統(tǒng)。
[0009]本發(fā)明的上述目的是通過(guò)如下技術(shù)方案予以實(shí)現(xiàn)的:
[0010]一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，包括下列步驟:
[0011](I)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，即對(duì)模擬計(jì)算中用到的系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行賦值，所述系統(tǒng)參數(shù)包括雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)和雷達(dá)頻率綜合器的晶振參數(shù)，其中所述雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)包括雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值(x，y，z)、地面目標(biāo)坐標(biāo)值、雷達(dá)天線波束寬度Φ、雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向矢量--、雷達(dá)相對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度V、雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ、雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率Pt、雷達(dá)天線方向圖G(i3)、雷達(dá)天線中心軸矢量5、單位面積上后向散射系數(shù)Otl、雷達(dá)隔離度D、不考慮相位噪聲條件下雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的功率譜P(f);所述雷達(dá)頻率綜合器的晶振參數(shù)，包括所述晶振的靜態(tài)相位噪聲數(shù)據(jù)、振動(dòng)功率譜密度H(f) (f = O~fmax)、振動(dòng)加速度靈敏度、振動(dòng)峰值加速度A，以及無(wú)加速度時(shí)晶振頻率& ；
[0012](2)計(jì)算雷達(dá)天線接收到的基帶回波有用信號(hào)s⑴，具體步驟如下:
[0013](a)根據(jù)雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值、雷達(dá)天線中心軸線矢量、地面目標(biāo)坐標(biāo)值和雷達(dá)天線波束寬度Φ，計(jì)算雷達(dá)天線在地面目標(biāo)附近形成的照射區(qū)域范圍，方法如下:
[0014]以雷達(dá)天線中心軸線為中心軸，以過(guò)雷達(dá)天線中心且與所述雷達(dá)天線中心軸線夾角為Φ/2的直線繞著雷達(dá)天線中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)形成圓錐1，將圓錐I的底面圓周向目標(biāo)所在地表平面投影得到橢圓平面1，所述橢圓平面I即為雷達(dá)天線在地面目標(biāo)附近形成的照射區(qū)域范圍；
[0015](b)用N-1條間距為dl且平行于橢圓平面I短軸的平行線，以及M-1條間距為d2且平行于橢圓平面I長(zhǎng)軸的平行線，將橢圓平面I劃分為麗個(gè)小單元，依次標(biāo)號(hào)為I~麗，其中，M、N均為大于等于I的正整數(shù)。并根據(jù)地面目標(biāo)坐標(biāo)值和小單元與地面目標(biāo)坐標(biāo)位置的相對(duì)位置關(guān)系，計(jì)算得到各小單元幾何中心坐標(biāo)(Xi^pZi)；
[0016]根據(jù)雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值和上述MN個(gè)小單元的幾何中心坐標(biāo)值計(jì)算雷達(dá)天線中心指向各小單元幾何中心的雷達(dá)波束矢量r $ (/=1，2,...,MN )，即雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值為(x，y，z),小單元i的幾何中心坐標(biāo)值為(Xi, y” Zi),則雷達(dá)天線中心指向小單元i幾何中心的雷達(dá)波束矢量:
[0017]

【權(quán)利要求】
1.一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，其特征在于包括步驟如下: (1)對(duì)系統(tǒng)參數(shù)進(jìn)行初始化，所述系統(tǒng)參數(shù)包括雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)和雷達(dá)頻率綜合器的晶振參數(shù)，其中所述雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)包括雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值(X，y, Z)、地面目標(biāo)坐標(biāo)值、雷達(dá)天線波束寬度Φ、雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向矢量--、雷達(dá)相對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度V、雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)入、雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率Pt、雷達(dá)天線方向圖G(i3)、雷達(dá)天線中心軸矢量S、單位面積上后向散射系數(shù)Otl、雷達(dá)隔離度D、不考慮相位噪聲條件下雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的功率譜P(f);所述雷達(dá)頻率綜合器的晶振參數(shù)，包括所述晶振的靜態(tài)相位噪聲數(shù)據(jù)、振動(dòng)功率譜密度H(f) (f =O~fmax)、振動(dòng)加速度靈敏度F、振動(dòng)峰值加速度A，以及無(wú)加速度時(shí)晶振頻率& ； (2)計(jì)算雷達(dá)天線接收到的基帶回波有用信號(hào)s(t)，具體步驟如下: (a)根據(jù)雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值、雷達(dá)天線中心軸線矢量、地面目標(biāo)坐標(biāo)值和雷達(dá)天線波束寬度Φ，計(jì)算雷達(dá)天線在地面目標(biāo)附近形成的照射區(qū)域范圍，方法如下: 以雷達(dá)天線中心軸線為中心軸，以過(guò)雷達(dá)天線中心且與所述雷達(dá)天線中心軸線夾角為Φ/2的直線繞著雷達(dá)天線中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)形成圓錐1，將圓錐I的底面圓周向目標(biāo)所在地表平面投影得到橢圓平面1，所述橢圓平面I即為雷達(dá)天線在地面目標(biāo)附近形成的照射區(qū)域范圍； (b)用N-1條間距為dl且平行于橢圓平面I短軸的平行線，以及M-1條間距為d2且平行于橢圓平面I長(zhǎng)軸的平行線，將橢圓平面I劃分為麗個(gè)小單元，依次標(biāo)號(hào)為I~麗，其中，M、N均為大于等于I的正整數(shù)，計(jì)算得到各小單元i幾何中心坐標(biāo)O^ypZi)； 根據(jù)雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值和上述MN個(gè)小單元的幾何中心坐標(biāo)值計(jì)算雷達(dá)天線中心指向各小單元i幾何中心的雷達(dá)波束矢量7即雷達(dá)天線中心坐標(biāo)值為(X，y, z),小單元i的幾何中心坐標(biāo)值為(Xi, Yi, Zi),則雷達(dá)天線中心指向小單元i幾何中心的雷達(dá)波束矢量:
根據(jù)下式計(jì)算到達(dá)小單元i上的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的多普勒頻率:
其中 力雷達(dá)運(yùn)動(dòng)方向矢量，V為雷達(dá)相對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度，λ為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)，’.’代表矢量點(diǎn)積運(yùn)算，1111代表矢量取模計(jì)算； 根據(jù)下式計(jì)算雷達(dá)天線中心軸矢量?和雷達(dá)波束矢量^的夾角β 1:
再根據(jù)所述夾角β i和雷達(dá)天線方向圖G ( β )，得到雷達(dá)天線接收小單元i反射信號(hào)的增:EifL Gi = G ( β ); (c)根據(jù)步驟(b)計(jì)算得到的到達(dá)小單元i上的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的多普勒頻率&和雷達(dá)天線接收小單元i反射信號(hào)的增益Gi = G(i3 J，計(jì)算雷達(dá)天線接收到經(jīng)過(guò)小單元i反射的基帶有用信號(hào)為:
其中，Pt為雷達(dá)發(fā)射信號(hào)功率，O ^為單位面積上后向散射系數(shù),Ai為小單元i的面積，Ri為雷達(dá)中心到小單元i幾何中心的距離，扔為小單元i反射的有用信號(hào)的隨機(jī)相位，在[0，2ji)內(nèi)服從均勻分布； (d)將步驟(c)得到的MN個(gè)小單元反射的基帶有用信號(hào)累加，得到雷達(dá)接收的基帶回波有用信號(hào)
(3)計(jì)算雷達(dá)天線接收到的基帶動(dòng)態(tài)泄漏信號(hào)，具體步驟如下: (e)根據(jù)雷達(dá)頻率綜合器中晶振的靜態(tài)相位噪聲數(shù)據(jù)，通過(guò)線性插值方法得到晶振輸出信號(hào)的靜態(tài)相位噪聲譜； (f)根據(jù)所述晶振的振動(dòng)功率譜密度H(f)、振動(dòng)加速度靈敏度I'、振動(dòng)峰值加速度A，無(wú)加速度時(shí)晶振頻率fo，計(jì)算調(diào)制指數(shù)β = 0-.^fcZf,其中f為振動(dòng)頻率，在調(diào)制指數(shù)β〈0.1時(shí)，晶振輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)相位噪聲譜由下式計(jì)算得到:
L(f) = (I I' f0)2H(f)/(2f2) 其中，H(f)頻率覆蓋范圍為O~fmax，當(dāng)f>fmax時(shí)，L(f)等于步驟(e)中的晶振輸出信號(hào)靜態(tài)相噪譜； (g)計(jì)算雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的動(dòng)態(tài)相位噪聲譜T(f):
T(f) = L(f)+201og(fc/f0) 其中，f。為雷達(dá)發(fā)射頻率，&為無(wú)加速度時(shí)晶振頻率，L (f)為步驟(f)得到晶振輸出信號(hào)的動(dòng)態(tài)相位噪聲譜； (h)計(jì)算雷達(dá)泄漏信號(hào)的動(dòng)態(tài)功率譜X(f):
x(f) = P (f) /D.T(f), 其中D為雷達(dá)隔離度，P(f)為在不考慮相位噪聲條件下雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的功率譜，T(f)為步驟(g)計(jì)算得到的雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的動(dòng)態(tài)相位噪聲譜； (i)將所述步驟(h)得到的雷達(dá)泄漏信號(hào)的動(dòng)態(tài)功率譜X(f)，對(duì)應(yīng)的頻率向左平移f。，得到雷達(dá)泄漏信號(hào)的基帶動(dòng)態(tài)功率譜Xc^f)，所述Xc^f)經(jīng)過(guò)開(kāi)方運(yùn)算得到雷達(dá)基帶泄漏信號(hào)的動(dòng)態(tài)幅度譜，并進(jìn)行逆傅立葉變換，得到基帶動(dòng)態(tài)泄露信號(hào)d(t)； (4)將步驟(2)得到的基帶回波有用信號(hào)s(t)與步驟(3)得到的基帶動(dòng)態(tài)泄露信號(hào)d(t)相加，得到雷達(dá)天線接收到的基帶回波信號(hào)r(t) = s(t)+d(t)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，其特征在于:步驟(3)中計(jì)算出的雷達(dá)泄漏信號(hào)的動(dòng)態(tài)功率譜X(f)可以采用儀器實(shí)測(cè)的數(shù)據(jù)代替，具體測(cè)試方法如下: (1)在露天測(cè)試環(huán)境中，將雷達(dá)系統(tǒng)安裝的在振動(dòng)臺(tái)上，所述露天測(cè)試環(huán)境在雷達(dá)天線波束范圍內(nèi)沒(méi)有遮擋物，且在雷達(dá)系統(tǒng)工作頻率范圍內(nèi)無(wú)其他干擾信號(hào)； (2)在雷達(dá)接收天線的輸出信號(hào)端連接頻譜分析儀； (3)在雷達(dá)頻率綜合器上安裝接收傳感器，對(duì)振動(dòng)臺(tái)施加激勵(lì)，確保所述傳感器的振動(dòng)功率譜與雷達(dá)頻率綜合器的晶振的振動(dòng)功率譜密度H(f) —致； (4)在所述振動(dòng)條件下，雷達(dá)系統(tǒng)正常工作，頻譜分析儀捕獲雷達(dá)接收天線接收到信號(hào)的功率譜，所述功率譜為雷達(dá)泄露信號(hào)的動(dòng)態(tài)功率譜X(f)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，其特征在于:步驟(I)中雷達(dá)天線波束寬度Φ通過(guò)如下方法確定:雷達(dá)天線波束增益最大值對(duì)應(yīng)的角度為Φ。，雷達(dá)天線波束增益在角度Φ。兩側(cè)第二次下降為零，對(duì)應(yīng)的角度分別為Φρ Φ2，Φ Φ 2)雷達(dá)天線波束覽度φ = Φ 2_ Φ I O
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，其特征在于:步驟(I)中單位面積上后向散射系數(shù)Otl，利用基爾霍夫近似法從介電常數(shù)計(jì)算得到。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，其特征在于:步驟(3)用平行線劃分雷達(dá)天線在地面目標(biāo)附近形成的照射區(qū)域范圍時(shí)，平行線的間距dl、d2不小于雷達(dá)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)入。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種用于連續(xù)波雷達(dá)的回波信號(hào)模擬方法，其特征在于:步驟(2)計(jì)算經(jīng)過(guò)小單元i，反射的基帶有用信號(hào)時(shí)，根據(jù)雷達(dá)天線在地面目標(biāo)附近的照射范圍內(nèi)劃分小單元的方法，小單元i近似為邊長(zhǎng)分別為dl、d2的矩形，所述矩形的面積Ai =dl*d2,雷達(dá)中心到小單元i幾何中心的距離尺
，其中(x, y, z)為雷達(dá)天線中心幾何坐標(biāo)，(XpypZi)為小單元i的幾何中心坐標(biāo),其中i = I,.2, ..,MN。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK104166126SQ201410347627
【公開(kāi)日】2014年11月26日 申請(qǐng)日期:2014年7月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年7月21日
【發(fā)明者】孫嘉, 譚小敏, 黨紅杏, 王科, 張愛(ài)軍, 牛文博, 劉瑞冬 申請(qǐng)人:西安空間無(wú)線電技術(shù)研究所