半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算及设计方法技术方案

本发明专利技术公开了半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算及设计方法，为了评估转台对雷达测角精度的影响，建立包含目标

【技术实现步骤摘要】
半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算及设计方法


[0001]本专利技术涉及电磁仿真
，具体涉及半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算及设计方法
。

技术介绍

[0002]雷达系统是高技术战争的核心装备，不仅要处理目标和环境的回波信号以发现并定位目标，还要能够精确获取目标的电磁特征，如雷达散射截面积和散射中心分布
。
目前，获取电磁特征的主要手段有外场试验和全实物或半实物仿真方法
。
外场试验是指在实验室以外的场地进行各类测试，这种试验方法可以考验设备在实际使用环境中的性能和适应性，所获得的电磁特征数据更接近真实情况，但保密性低，灵活性不高
。
半实物仿真方法是指在实验室内将部分雷达系统硬件接入仿真回路，结合数学模型和物理实物组成仿真系统，其室内场封闭特性保证了实验的保密性
。
相比于外场试验和全实物仿真方法，半实物仿真方法的灵活性高，可进行雷达测角
、
目标跟踪等多种试验，可重复性好，真实性高，因此在获取雷达系统的电磁特征方面被广泛应用
。
[0003]如图1所示，半实物仿真系统在实验室内模拟测角过程，包括雷达
、
待测目标和仿真转台
。
雷达需安装在仿真转台上，跟随转台一起运动，以模拟不同的弹体姿态和弹体
‑
目标之间的相对运动
。
经研究发现，雷达跟踪模拟目标时，仿真转台会阻挡模拟目标辐射的电磁波，进而影响电磁波达到雷达时的电磁流分布，最终影响雷达测角精度；此外吸波材料也会对雷达测角精度造成影响
。
目前采用高频方法研究吸波材料对微波暗室的静区的影响，但未见研究仿真转台对测角精度的影响的技术方案因此，目前亟需一种研究转台对半实物仿真的雷达测角精度的影响的方法，能够评估测角效果，为提高雷达测角精度提供参考依据
。

技术实现思路

[0004]有鉴于此，本专利技术提供了半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算及设计方法，能够计算雷达测角误差，并应用于转台的设计中
。
[0005]本专利技术的技术方案为：
[0006]半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算方法，半实物仿真系统中雷达搭载在实物转台上，步骤包括：
[0007]设置目标的发射频率和转台类型，分别建立目标
、
雷达天线阵的电磁仿真模型和转台的几何模型，组成雷达测角的电磁仿真模型；取目标的球面近场作为等效辐射场，取雷达天线阵的球面近场作为雷达天线阵的等效接收场
S
；计算等效辐射场和雷达天线阵在等效接收场
S
上的电磁流分布
。
[0008]采用电磁仿真模型模拟雷达测角的过程，测量等效接收场
S
上的电磁流分布产生的电平，根据电平计算测角结果；改变转台的类型或去掉转台，并保持目标的发射频率不变，得到另一转台下的测角结果；将无转台时和不同转台类型下测角结果对比，得到不同转
台的测角误差，完成转台对雷达测角精度影响的评估
。
[0009]进一步的，半实物仿真系统采用的雷达天线阵为实物雷达的四扇区天线阵，目标为实物目标中选取的三个天线组成的三元组喇叭天线，实物转台为实物三轴转台和实物五轴转台；实物五轴转台包括红外发生器，红外发生器遮挡实物五轴转台接收目标的电磁辐射
。
[0010]进一步的，计算等效辐射场和雷达天线阵在等效接收场
S
上的电磁流分布的步骤采用全波建模算法迭代计算实现
。
[0011]进一步的，目标采用三元组喇叭天线进行模拟，三元组喇叭天线的规格根据使用频段确定，测角的目标的电磁仿真模型根据目标的规格建立；转台为三轴转台或五轴转台；雷达天线阵为四扇区天线阵，包括四个扇区的天线，每两个扇区根据位置组合为上半扇区
、
下半扇区
、
左半扇区和右半扇区
。
[0012]进一步的，三元组喇叭天线模拟目标的方式为：选取三元组喇叭天线中两两相邻的三个天线，其中任两个天线的方位角差和俯仰角差相等，且方位角差满足三元组喇叭天线口径的约束条件；目标的方位角为三个天线的方位角的加权之和，目标的俯仰角为三个天线的俯仰角的加权之和
。
[0013]进一步的，采用比幅测角法获取雷达天线阵的电平，根据电平计算测角结果：每个扇区的单极子天线同时向目标发射电磁波，目标接收并反射电磁波，单极子天线接收反射的电磁波，计算每个扇区的辐射电磁场分场相加得到雷达天线阵的辐射电磁场；根据雷达测角前得到的等效辐射场到达雷达天线阵的电磁场计算每个扇区的接收电压，其表达式为：
[0014][0015]其中，
i
为四个扇区中第
i
个扇区，为第
i
个扇区的辐射电磁场分场的电场，为第
i
个扇区的辐射电磁场分场的磁场，为第
i
个扇区的法向量，
V
i
为第
i
个扇区的接收电压
。
[0016]根据四个扇区的接收电压，计算上半扇区
、
下半扇区的接收电压差，作为方位差信号
DAZ
的电压
Δ
V
AZ
；计算左半扇区
、
右半扇区的接收电压差，作为俯仰差信号
DEL
的电压
Δ
V
EL
；计算四个扇区的接收电压之和，作为和信号
SUM
的电压
Δ
V
SUM
。
[0017]根据辐射电磁场的电场数据和接收电压，绘制和信号
SUM、
方位差信号
DAZ
和俯仰差信号
DEL
的方向图，求得方位差信号
DAZ
的方向图的曲线斜率
K
AZ
、
和信号
SUM
与俯仰差信号
DEL
之比的曲线图的鉴角斜率
K
EL
。
[0018]根据
Δ
V
AZ
、
Δ
V
EL
、
Δ
V
SUM
、K
AZ
和
K
EL
计算方位角和俯仰角，其表达式为：
[0019][0020][0021]其中，为方位角，
α
θ
为俯仰角
。
[0022]进一步的，雷达测角的电磁仿真模型包括一个球坐标系和一个直角坐标系，球坐标系在模拟雷达测角前和模拟雷达测角的过程中使用，原点为雷达天线阵的中心，
r
轴指向目标的中心，
θ
轴和轴满足右手螺旋定律；直坐标系在计算目标的方位角和俯仰角时使用，经球坐标系的坐标转换得到
。...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.
半实物仿真系统对雷达测角精度影响的解算方法，所述半实物仿真系统中雷达搭载在实物转台上，其特征在于，步骤包括：设置目标的发射频率和转台类型，分别建立目标
、
雷达天线阵的电磁仿真模型和转台的几何模型，组成雷达测角的电磁仿真模型；取目标的球面近场作为等效辐射场，取雷达天线阵的球面近场作为雷达天线阵的等效接收场
S
；计算等效辐射场和雷达天线阵在等效接收场
S
上的电磁流分布；采用电磁仿真模型模拟雷达测角的过程，测量所述等效接收场
S
上的电磁流分布产生的电平，根据电平计算测角结果；改变转台的类型或去掉转台，并保持目标的发射频率不变，得到另一转台下的测角结果；将无转台时和不同转台类型下测角结果对比，得到不同转台的测角误差，完成转台对雷达测角精度影响的评估
。2.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述半实物仿真系统采用的雷达天线阵为实物雷达的四扇区天线阵，目标为实物目标中选取的三个天线组成的三元组喇叭天线，实物转台为实物三轴转台和实物五轴转台；所述实物五轴转台包括红外发生器，所述红外发生器遮挡实物五轴转台接收目标的电磁辐射
。3.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述计算等效辐射场和雷达天线阵在等效接收场
S
上的电磁流分布的步骤采用全波建模算法迭代计算实现
。4.
如权利要求1所述的方法，其特征在于，所述目标采用三元组喇叭天线进行模拟，所述三元组喇叭天线的规格根据使用频段确定，所述测角的目标的电磁仿真模型根据目标的规格建立；所述转台为三轴转台或五轴转台；所述雷达天线阵为四扇区天线阵，包括四个扇区的天线，每两个扇区根据位置组合为上半扇区
、
下半扇区
、
左半扇区和右半扇区
。5.
如权利要求3所述的方法，其特征在于，所述三元组喇叭天线模拟目标的方式为：选取三元组喇叭天线中两两相邻的三个天线，其中任两个天线的方位角差和俯仰角差相等，且方位角差满足三元组喇叭天线口径的约束条件；目标的方位角为三个天线的方位角的加权之和，目标的俯仰角为三个天线的俯仰角的加权之和
。6.
如权利要求4所述的方法，其特征在于，采用比幅测角法获取雷达天线阵的电平，根据电平计算测角结果：每个扇区的单极子天线同时向目标发射电磁波，目标接收并反射电磁波，单极子天线接收反射的电磁波，计算每个扇区的辐射电磁场分场相加得到雷达天线阵的辐射电磁场；根据雷达测角前得到的等效辐射场到达雷达天线阵的电磁场计算每个扇区的接收电压，其表达式为：其中，
i
为四个扇区中第
i
个扇区，为第
i
个扇区的辐射电磁场分场的电场，为第
i
个扇区的辐射电磁场分场的磁场，为第
i
个扇区的法向量，
V
i
为第
i
个扇区的接收电压；根据四个扇区的接收电压，计算上半扇区
、
下半扇区的接收电压差，作为方位差信号
DAZ
的电压

【专利技术属性】
技术研发人员：高红伟，张桂菖，郝凯子，辛熙敏，
申请(专利权)人：北京仿真中心，
类型：发明
国别省市：