基于校正算法的超高速目标检测仿真系统及方法技术方案

本发明专利技术涉及基于校正算法的超高速目标检测仿真系统及方法，包含基于校正算法的长时间相参积累、目标特性提取和校正算法性能评估三大模块，给出了基于校正算法的长时间相参积累效果的提升情况，完成了长时间相参积累效果的全方位评估，系统可为校正算法的分析验证提供了良好的验证平台。本发明专利技术设计合理且使用方便。便。

【技术实现步骤摘要】
基于校正算法的超高速目标检测仿真系统及方法


[0001]本专利技术涉及基于校正算法的超高速目标检测仿真系统及方法。

技术介绍

[0002]随着武器的更新换代，雷达的探测性能遇到了前所未有的挑战，特别是高超音速飞行器使得雷达的长时间相参积累能力得到了严峻考验，为此雷达采用了相应的校正算法，以提升面对高超音速飞行器的长时间相参积累效果和探测距离。随着雷达校正算法的日趋多元化，迫切需要基于校正算法的雷达长时间相参积累效果的科学评估指标体系，准确反映在不同噪声背景下基于校正算法的长时间相参积累效果，这是研究高超音速飞行器的长时间相参积累方法的关键。
[0003]受实际工作的环境、设备、成本等诸多因素的影响，对系统性的长时间相参积累效果的评估需求越来越突出，目前基于校正算法的雷达长时间相参积累效果评估的研究仍相对匮乏，缺乏科学的评估系统。
[0004]校正算法是解决高超音速目标长时间相参积累性能下降，提升雷达检测高超音速微弱目标水平的重要手段，目前针对雷达基于校正算法的长时间相参积累效果的评估片面化、可视性差，缺乏系统性整体化评估体系。<本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种基于校正算法的超高速目标检测仿真方法，其特征在于：执行以下步骤，S1，通过雷达的校正算法对回波信号进行技术处理；S1.1，对距离维校正；首先，设雷达发射信号形式为线性调频波，则在一个扫描间其形式表达如下：s(t)＝b(t
‑
mT
r
)exp[j2πf
c
(t
‑
mT
r
)]
ꢀꢀꢀꢀ
(1)；式中：b(t)为线性调频波的基带信号，T
r
为雷达的脉冲重复周期；f
c
为雷达发射信号的载频；m为雷达一次扫描间的脉冲序号；参数j是虚部标志；K
f
是线性调配波s(t)的调频率；然后，则推导出雷达的回波经过下变频和脉冲压缩后的频域形式为：式中：t
m
＝mT
r
，称为慢时间；τ＝t
‑
t
m
，称为快时间；a是匀速直线运动的目标加速度tm是慢时间纬时间tm＝mTr，m为脉冲序列号，Tr为脉冲重复周期；vt是目标径向速度，fc是雷达线性调频波的载波频率，fo＝fc；Ro是目标初始距离，c是光速，B的线性调频波的带宽；其次，从公式(2)推导出距离维的包络中心移动是由于慢时间维对频率的尺度变换作用，而keystone算法通过对t
m
的变量代换t
om
＝f/(f+f
c
)t
m
，回波形式变为：tom是尺度变换后的慢时间纬时间，t～＝τ是快时间纬时间；则从公式(3)推导出通过keystone算法将回波的包络中心进行了集中；S1.2,通过多普勒维算法校正首先，基于从(3)式发现距离维的走动是由于存在慢时间维的二阶相位项其中λ为雷达信号波长，通过对二阶相位项进行补偿校正多普勒维的走动；然后，将多普勒维校正问题转化为二阶项参数估计问题，HAF算法通过定义二阶瞬时矩：其次，通过二阶瞬时矩计算得到：x
k
(t；t0)＝Aexp(j2π(b1t+b0))
ꢀꢀꢀꢀꢀꢀ
(5)；式中:b1＝
‑
2t0a/λ,x1(t)，x2(t)为定义的的一阶矩和二阶矩，为数学表示形示，b1为二阶矩的载频，b0为二阶矩的初相；t0为根据运算定义的一个延迟时间，本系统取0.2；再次，HAF算法通过二阶瞬时矩的运算将二阶项参数估计问题转化为点频信号频率测量问题，从而实现高超音速目标回波的校正。
2.根据权利要求1所述的基于校正算法的超高速目标检测仿真方法，其特征在于：S2，设计长时间相参积累效果评估系统；S2.1，建立基于校正算法的相参积累效果评估体系；其中，基于校正算法的雷达长时间相参积累效果评估体系包括回波信号校正能力部分与目标检测能力部分；其中，回波信号校正能力部分包括距离维校正偏差范围、多普勒维参数估计误差和回波信号校正时间；目标检测能力部分包括信噪比改善值、探测威力变化、虚紧目标个数和目标截获概率，以反映经过校正算法后，长时间相参积累效果的改善情况；S2.2,根据S2.1，设计基于校正算法的预警效果仿真评估系统其中，基于校正算法的预警效果仿真评估系统,包括基于校正算法的长时间相参积累仿真部分，其用来生成指定模拟目标的运动参数或随机生成目标参数，并产生对应的雷达回波信号，将其加入雷达接收机并加入指定幅值和类别或随机生成的系统噪声，通过正交下变频、脉冲压缩的雷达信号处理后，以选择的keystone算法的实现方法进行距离维校正和HAF算法的多普勒维校正，在校正的基础上进行相参积累；目标特性提取仿真部分，其用来对基于校正算法的长时间相参积累仿真部分相参积累结果进行恒虚警检测，根据信号输入自动生成检测门限，对目标进行搜索，若判别存在目标后，通过校正后的回波信号特征参数提取目标运动状态，其中目标的径向初速度通过校正后的回波多普勒频移提取；目标的径向加速度通过HAF算法的参数估计提取；目标的距离由经过校正后的回波延时提取，使用clear算法清除该目标的影响，转入下一轮目标搜索，直至判别无目标或执行退出操作；基于校正算法的长时间相参积累效果性能评估部分，用来计算经过校正后雷达对高超音速目标检测水平的变化情况，如信噪比改善值、探测威力变化、虚警目标个数和目标截获概率，并判别目标参数提取的准确性。3.根据权利要求2所述的基于校正算法的超高速目标检测仿真方法，其特征在于：S2.3，设计系统执行工作流程；前提是，根据基于校正算法的长时间相参积累效果工作过程，构建基于校正算法的雷达长时间相参积累效果评估仿真系统，雷达长时间相参积累效果评估仿真系统通过模拟机载雷达和目标产生功能模块信号处理的过程，以一次扫描间为单次仿真时间单位，建立了雷达收发信号探测模拟目标的动态闭环仿真环境；首先，系统按指定的目标参数或随机生成的目标参数产生对应的回波信号，输入到雷达接收通道；然后，回波信号进入雷达接收通道后加入指定幅值或系统随机产生的内部噪声，进行正交下变频和匹配滤波；其次，进行脉冲压缩；再次，根据选择的keystone算法的实现方法变换法实施距离维校正，实现方法包括Sinc内插法、DFT
‑
IFFT变换法或Charp
‑
Z；随后，在距离维校正基础上使用HAF算法进行多普勒维校正和相参积累，完成相参积累后根据系统自动确定的门限对目标进行搜索，并提取目标运动状态；之后，将雷达采取校正算法和未采取校正算法的雷达相参积累性能进行比较，评估校正算法的效果，为校正算法的改良与验证提供依据。
4.根据权利要求3所述的基于校正算法的超高速目标检测仿真方法，其特征在于：S2.4设计基于校正算法的预警效果仿真评估系统界面；其中，基于校正算法的预警效果仿真评估系统的模块包括模拟目标参数板块、校正算法选择板块、噪声参数设置板块及效果评估板块；人机交互的接口分别为模拟目标参数板块的目标产生方式弹出式菜单，目标距离、目标速度和目标加速度输入框；校正算法选择板块的距离维校正方式弹出式菜单和HAF算法延迟系数的输入框；噪声参数设置板块的噪声类型弹出式菜单和输入信噪比输入框；效果评估板块的雷达显示器画面和目标截获概率按钮；各模块相互独立，并在后台程序对雷达的信号参数、虚警率的参数进行修改；模拟目标参数模块，负责按照指定的目标数量、速度和加速度产生相应的模拟目标，当选择产生方式为随机产生时，系统按照目标距离在30km至80km，目标速度0m/s至6000m/s和目标加速度0m/s2至6000m/s2以均匀分步随机产生模拟目标；校正算法选择板块，按照指点的校正算法进行距离维校正和HAF算法延迟系数输入值进行多普勒维校正；校正算法包括Sinc内插法、DFT
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IFFT变换法和Charp
‑
Z变换法；噪声参数设置板块，按照指定的噪声类型，当选择产生方式为随机产生时，系统会在上述噪声类型中随机选择一种按指定的输入信噪比加入噪声；噪声类型包括高斯白噪声、指数分布噪声、泊松分布噪声、均匀分布噪声、瑞利分布噪声；效果评估板块，用以显示经过校正算法后的雷达预警的各项指标数值，并可通过雷达显示器画面和目标截获概率按钮查看相应画面或数据。5.根据权利要求3所述的基于校正算法的超高速目标检测仿真方法，其特征在于：S3，仿真分析；S3.1,校正算法性能分析；首先，条件设置：雷达发射信号为线性调频信号，系统内部噪声为高斯白噪声，系统输入信噪比为
‑
35dB,雷达的脉冲重复频率为2000Hz,一次扫描间积累脉冲个数为256，目标初速度设置为3000m/s，目标加速度为100m/s2,初始距离为40km；然后，针对不同输入信噪比的背景下通过控制不同的信噪比进行100次蒙特卡罗实验得到的加速度测量值准确度和距离测量值准确度；S3.2算法复杂度比较分析；首先，距离维三种校正算法的乘法与加法运算量，Sinc内插法,其乘法N2M，其加法NM(N
‑
1)；DFT
‑
IFFT变换法其加法NM(N
‑
1)+MNlog2N；Charp
‑
Z变换法其加法7NMlog2N+6NM；其中，N为一次扫描间的脉冲积累个数，M为快时间维回...

【专利技术属性】
技术研发人员：彭志刚，罗斯福，张洪群，王思臣，刘开元，
申请(专利权)人：中国人民解放军海军航空大学青岛校区，
类型：发明
国别省市：