一种实时交互式相控阵雷达仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术公开了一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，其特征在于，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于生成探测目标，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，对被探测目标进行实时显示与交互式运动控制；所述电磁环境仿真子系统用于还原复杂电磁环境中信号传播真实过程，完成波束在所述被探测目标上的电磁特性建模仿真，并完成信号在自由空间传播的损耗解算；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并通过相关算法进行处理得到被探测目标的航迹。本发明专利技术的方法相比传统方法呈现更为直观、仿真实时性强、仿真准确度较高。

【技术实现步骤摘要】
一种实时交互式相控阵雷达仿真系统及方法
本专利技术涉及雷达仿真领域，特别涉及一种实时交互式相控阵雷达仿真系统及方法。
技术介绍
相控阵雷达是一种多功能、高性能的新型雷达系统，主要能满足以下两类需求：作用距离远；天线波束扫描要快，能跟踪快速移动的目标，并缩短控制反应时间，提高跟踪速度；实现上述两类需求，可采用下述两类方式：第一类需求，可以通过加大天线面积和电波的发射功率，设计最佳信号波形，以及降低接收机噪声来解决；第二类需求，机械扫描的常规雷达已不能胜任，需采用电扫描雷达波束指向系统，这种系统，在搜索和跟踪目标时，整个天线系统可以固定不动，通过控制阵列天线中各个阵元的相位，便可得到所需要的天线方向图和波束指向；相控阵雷达从理论上满足了作用距离远和反应时间短、多目标跟踪的要求，正是因为相控阵雷达的高效能、多功能，使得其系统十分复杂，仿真难度很大。同时，相控阵雷达与机械扫描雷达一样，其发射分系统和接收分系统仍然是两个基本分系统：发射分系统包括发射天线阵；发射馈电系统(发射波束形成网络)；发射信号产生及功率放大部分。接收分系统包括接收天线阵；接收机前端；接收波束形成网络；多路接收机；信号处理机；雷达终端设备。相控阵雷达系统是一个非常灵活、复杂的系统，要仿真这样一个复杂系统的工作过程，面面俱到是不现实的，不可能做到和实际雷达设备一一对应，必须有所侧重，有所取舍，抓住影响其处理结果的关键因素和关心的主要方面，在保证一定的可信度的条件下，通过把各个模块的功能抽象化，融合后得到高效、可靠的仿真系统。现有的相控阵雷达系统仿真系统均为相对孤立的雷达功能性仿真，且其采用的仿真模型均为传统模型，显示不够直观，对雷达系统性能的验证评估困难，仿真准确度较低，实时性不高。
技术实现思路
本专利技术在于克服现有技术的上述不足，提供一种显示直观、仿真实时度较高的相控阵雷达仿真系统及方法。为了实现上述专利技术目的，本专利技术采用的技术方案是：一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于交互式被探测目标的实时显示与运动控制，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，并将所述物理运动信息发送到电磁环境仿真子系统；所述电磁环境仿真子系统用于完成波束在所述被探测目标上的电磁散射特性和目标雷达散射截面等建模仿真，得到所述被探测目标特征信号，并完成信号在自由空间传播的损耗解算，将所述特征信号发送到相控阵列仿真子系统；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并将所述特征参数通过相关算法进行处理，得到被探测目标的航迹。进一步地，所述飞行目标显控仿真子系统还包括飞行动力学仿真模块、飞行控制模块、可视化模块，所述飞行动力学仿真模块用于计算机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求出出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，得到飞机的姿态、位置等飞行参数；所述飞行控制模块用于借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；所述可视化模块利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时动态图形显示；进一步地，所述电磁环境仿真子系统还包括目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块，所述目标电磁特性仿真模块用于根据几何绕射理论的散射中心模型描述目标在高频区的电磁散射特性，根据概率密度函数和相关函数对目标雷达散射截面建模；所述传播衰减仿真模块用于建模信号在空气传播的衰减过程，以及信号起始点之间的多普勒偏移；所述噪声杂波仿真模块用于通过零记忆非线性变换法，产生具有一定概率分布的相关随机序列模拟电磁空间中的噪声杂波；进一步地，所述相控阵列仿真子系统还包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块，所述信号发射模块用于生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；所述信号接收模块用于接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；所述信号处理模块用于根据所述接收回波数据，通过相关算法处理，得到目标相对本机雷达的实时方位；本专利技术同时提供一种实时交互式相控阵雷达仿真方法，包括以下步骤：S1、操控被探测目标实时飞行，以视景仿真呈现所述被探测目标实时运动；S2、根据所述实时运动计算来自电磁环境中所述目标的雷达信号回波；S3、对所述回波信号数据进行算法处理，得到被探测目标的方位。进一步地，所述步骤S1具体包括：S11、进行飞行动力学仿真，根据计算出的高度、迎角、侧滑角、飞机绕机体各轴线的角速度以及舵面偏角等飞行参数，采用插值的方法在气动数据库中，算出飞机飞行某时刻的气动导数，并计算出机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求解运动方程；S12、借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；S13、利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时飞行状态的可视化。进一步地，所述步骤S2具体包括：S21、描述目标在高频区的电磁散射特性，并对目标雷达散射截面建模；S22、对信号在空气传播的衰减过程建模，并计算信号起始点之间的多普勒偏移；S23、产生相关的高斯随机序列，再经过非线性变换得到需要的相关非高斯序列，模拟电磁空间中的噪声杂波。进一步地，所述步骤S3具体包括：S31、生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；S32、接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；S33、根据所述接收回波数据，通过基于矩阵特征空间分解的算法进行处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。与现有技术相比，本专利技术的有益效果本专利技术的一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，通过飞行目标显控仿真子系统生成实时可操控目标，通过电磁环境仿真子系统还原复杂电磁环境中信号传播真实过程，通过相控阵列仿真子系统对特征信号进行处理得到目标实时方位和航迹，本专利技术的方法相比传统方法呈现更为直观、仿真实时性强、仿真准确度较高。附图说明图1所述为本专利技术的实时交互式相控阵雷达仿真系统模块框图。图2所示为本专利技术的实时交互式相控阵雷达仿真系统运行场景实例示意图。图3所示为实时飞行模拟三维场景可视化示意图。图4所示为本专利技术的仿真选取动力学参考系示意图。图5所示为本专利技术的控制器在仿真中对应的实时交互功能操作映射关系图。图6所示为本专利技术的软件间仿真衔接关系图。图7所示为本专利技术的相控阵雷达仿真方法信号数据传递流程图。图8所示为本专利技术回波信号波达方向估计算法仿真结果示意图。图9所述为本专利技术的相控阵雷达仿真方法具体处理流程图。图10所述为本专利技术的相控阵雷达仿真方法具体处理流程图。图11所述为本专利技术的相控阵雷达仿真方法具体处理流程图。具体实施方式下面结合具体实施本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，其特征在于，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于交互式被探测目标的实时显示与运动控制，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，并将所述物理运动信息发送到电磁环境仿真子系统；所述电磁环境仿真子系统用于完成波束在所述被探测目标上的电磁散射特性和目标雷达散射截面等建模仿真，得到所述被探测目标特征信号，完成信号在自由空间传播的损耗解算，并将所述特征信号发送到相控阵列仿真子系统；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并将所述特征参数通过相关算法进行处理，得到被探测目标的航迹；/n所述飞行目标显控仿真子系统包括飞行动力学仿真模块、飞行控制模块、可视化模块，所述飞行动力学仿真模块用于计算机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求出出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，得到飞机的姿态、位置等飞行参数；所述飞行控制模块用于借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；所述可视化模块利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时动态图形显示；/n所述电磁环境仿真子系统包括目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块，所述目标电磁特性仿真模块用于根据几何绕射理论的散射中心模型描述目标在高频区的电磁散射特性，根据概率密度函数和相关函数对目标雷达散射截面建模；所述传播衰减仿真模块用于建模信号在空气传播的衰减过程，以及信号起始点之间的多普勒偏移；所述噪声杂波仿真模块用于通过零记忆非线性变换法，产生具有一定概率分布的相关随机序列模拟电磁空间中的噪声杂波；/n所述相控阵列仿真子系统包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块，所述信号发射模块用于生成发射波形，通过仿真相控阵列发射雷达信号；所述信号接收模块用于接收从目标反射回到阵列的雷达回波信号；所述信号处理模块用于根据所述接收回波数据，通过相关算法处理，得到目标相对本机雷达的实时方位。/n...

【技术特征摘要】
1.一种实时交互式相控阵雷达仿真系统，其特征在于，包括飞行目标显控仿真子系统，电磁环境仿真子系统，相控阵列仿真子系统；所述飞行目标显控仿真子系统用于交互式被探测目标的实时显示与运动控制，根据空气动力学产生所述被探测目标物理运动信息，并将所述物理运动信息发送到电磁环境仿真子系统；所述电磁环境仿真子系统用于完成波束在所述被探测目标上的电磁散射特性和目标雷达散射截面等建模仿真，得到所述被探测目标特征信号，完成信号在自由空间传播的损耗解算，并将所述特征信号发送到相控阵列仿真子系统；所述相控阵列仿真子系统用于根据所述特征信号计算得到特征参数，并将所述特征参数通过相关算法进行处理，得到被探测目标的航迹；
所述飞行目标显控仿真子系统包括飞行动力学仿真模块、飞行控制模块、可视化模块，所述飞行动力学仿真模块用于计算机体坐标系下飞机的气动力和气动力矩，求出出机体坐标系下的三轴线加速度和三轴角加速度，得到飞机的姿态、位置等飞行参数；所述飞行控制模块用于借助人体工程学控制手柄，通过二级反馈的控制器按照对应键位对飞行目标的俯仰角、偏航角、滚转角、油门实现对所述目标的六自由度飞行实时控制；所述可视化模块利用三维模型实时真实动态显示技术，根据观察点及观察方向对飞行模拟场景进行实时动态图形显示；
所述电磁环境仿真子系统包括目标电磁特性仿真模块、传播衰减仿真模块、噪声杂波仿真模块，所述目标电磁特性仿真模块用于根据几何绕射理论的散射中心模型描述目标在高频区的电磁散射特性，根据概率密度函数和相关函数对目标雷达散射截面建模；所述传播衰减仿真模块用于建模信号在空气传播的衰减过程，以及信号起始点之间的多普勒偏移；所述噪声杂波仿真模块用于通过零记忆非线性变换法，产生具有一定概率分布的相关随机序列模拟电磁空间中的噪声杂波；
所述相控阵列仿真子系统包括信号发射模块、信号接收模块、信号处理模块，...

【专利技术属性】
技术研发人员：于帆，朱纪洪，罗东琦，刘彬彬，欧阳波，张赛特，
申请(专利权)人：清华大学，
类型：发明
国别省市：北京;11