一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法技术

本发明专利技术属于雷达仿真技术领域，具体涉及一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法。其包括如下步骤：载入仿真参数；读入第n个航迹点数据；确定雷达平台位置和波束照射方向；结合天线方向图，确定雷达照射区域；以dθ和分别为俯仰角和方位角的角度间隔沿方位向和俯仰向进行地面散射单元划分，计算散射单元面积；根据雷达方程，计算单元的回波电压功率和幅度；根据得到的杂波幅度，结合LFM信号特性，计算散射单元的回波电压信号；计算散射单元回波在雷达回波数据的位置；对所有散射单元的回波电压信号进行相干合成；判断n＜N是否成立，如果成立，那么仿真结束；否则重复步骤二。该方法在考虑地面起伏变化情况下，不进行复杂的电磁散射计算。

【技术实现步骤摘要】
一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法
本专利技术属于雷达仿真
，具体涉及一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法。
技术介绍
雷达系统通常工作在一定的地面环境中，来自地面的雷达回波与目标信号以及噪声等一起进入接收机，形成干扰雷达探测性能的杂波。随着现代雷达灵敏度和精度的不断提高，雷达系统受到地面杂波环境的影响也越来越大。进行雷达系统的优化设计，必需深入了解和掌握电磁波和杂波环境的相互作用。现代雷达系统一般采用宽带的线性调频(LFM)信号提高距离向分辨能力，采用定向天线把LFM信号发射出去，LFM信号与地面上的目标和环境发生作用，反射信号被雷达接收机接收，经脉冲压缩获得一维高分辨距离像。接收时需要对回波信号进行I路和Q路同时采样，获取相干数据。现有的雷达杂波模拟方法主要分为两类，一类是基于信号处理的模拟方法，不考虑地面的起伏变化；另一类是基于电磁散射计算的方法，但计算量很大。
技术实现思路
本专利技术的目的在于提供一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法，在考虑地面起伏变化情况下，不进行复杂的电磁散射计算，能够快速模拟大规模三维复杂场景的雷达回波信号，可以为雷达系统设计和信号处理算法研究提供有效支撑。为达到上述目的，本专利技术所采取的技术方案为：一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法，该方法包括如下步骤：步骤一：载入仿真参数，包括雷达平台运动航迹、速度、天线波束指向、地面网格DEM数据，以及雷达的波长、脉宽、带宽、作用距离和天线方向图；步骤二：读入第n个航迹点的数据；步骤三：确定雷达平台位置和波束照射方向；步骤四：结合天线方向图，确定雷达的照射区域；步骤五：以dθ和分别为俯仰角和方位角的角度间隔沿方位向和俯仰向进行地面散射单元划分，散射单元的面积为其中，θ和分别表示球坐标系下的俯仰角和方位角，r表示雷达到散射单元的距离；步骤六：根据雷达方程，计算单元的回波电压功率和幅度：其中：Pt表示雷达发射功率，单位W；G(θ)表示在地面单元方向的天线增益；λ表示雷达工作波长，单位m；σ表示地面单元的散射截面积；r表示地面单元到雷达的距离，单位m；步骤七：根据步骤六得到的杂波幅度Ai，结合LFM信号特性，按下式计算散射单元的回波电压信号：其中，表示初始相位，kr表示LFM信号的调制率，fd表示多普勒频率；步骤八：计算散射单元回波在雷达回波数据的位置mi＝(int){(r-Rstart)/bin+0.5}(6)其中，(int)表示取整运算，Rstart表示雷达的起始采样距离，bin表示距离门的宽度；步骤九：对所有散射单元的回波电压信号，进行相干合成，第n个航迹点的回波信号为：步骤十：判断n<N(N表示全部航迹点数)是否成立，如果成立，那么仿真结束；否则重复步骤二。所述步骤六中，地面单元的散射截面积σ用下式进行计算σ＝σ0ds(4)其中，σ0表示地面的后向散射系数。所述步骤八中bin根据下式计算bin＝c/2/fs(7)其中，c表示光速，值为3×108m/s；fs为A/D采样率；如果r＜Rstart，则该单元的回波在接收窗之外，不能被接收到，可以直接舍弃。本专利技术所取得的有益效果为：本专利技术所述基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法，在考虑地面起伏变化情况下，不进行复杂的电磁散射计算，能够快速模拟大规模三维复杂场景的雷达回波信号，可以为雷达系统设计和信号处理算法研究提供有效支撑。图2给出了一个典型环境的雷达杂波信号仿真结果，其I路和Q路信号具有典型的LFM信号变化特性，图3给出了用频域匹配函数进行脉冲压缩后的结果，其中较窄的峰值起伏变化表明脉冲压缩后LFM信号已经被去除。附图说明图1为本专利技术所述基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法流程图；图2为典型环境的雷达杂波信号仿真结果；图3为用频域匹配函数进行脉冲压缩后的结果；图4为地面单元划分几何图；图5为散射回波叠加示意图。具体实施方式下面结合附图和具体实施例对本专利技术进行详细说明。如图1所示，本专利技术所述基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法包括如下步骤：步骤一：载入仿真参数，主要包括雷达平台运动航迹、速度、天线波束指向、地面网格DEM数据，以及雷达的波长、脉宽、带宽、作用距离和天线方向图等；步骤二：读入第n个航迹点的数据；步骤三：确定雷达平台位置和波束照射方向；步骤四：结合天线方向图，确定雷达的照射区域；步骤五：以dθ和分别为俯仰角和方位角的角度间隔沿方位向和俯仰向进行地面散射单元划分，如图4所示，散射单元的面积为其中，θ和分别表示球坐标系下的俯仰角和方位角，r表示雷达到散射单元的距离；步骤六：根据雷达方程，计算单元的回波电压功率和幅度：其中：Pt表示雷达发射功率，单位W；G(θ)表示在地面单元方向的天线增益；λ表示雷达工作波长，单位m；σ表示地面单元的散射截面积；r表示地面单元到雷达的距离，单位m；其中，地面单元的散射截面积σ用下式进行计算σ＝σ0ds(4)其中，σ0表示地面的后向散射系数。步骤七：根据步骤六得到的杂波幅度Ai，结合LFM信号特性，按下式计算散射单元的回波电压信号：其中，表示初始相位，kr表示LFM信号的调制率，fd表示多普勒频率。步骤八：计算散射单元回波在雷达回波数据的位置mi＝(int){(r-Rstart)/bin+0.5}(6)其中，(int)表示取整运算，Rstart表示雷达的起始采样距离，bin表示距离门的宽度，bin根据下式计算bin＝c/2/fs(7)其中，c表示光速，值为3×108m/s；fs为A/D采样率；如果r＜Rstart，则该单元的回波在接收窗之外，不能被接收到，可以直接舍弃。步骤九：对所有散射单元的回波电压信号，进行相干合成，第n个航迹点的回波信号为：相干合成时，要注意步骤八中计算出的散射单元回波在雷达回波数据中的位置，如图5所示。步骤十：判断n<N(N表示全部航迹点数)是否成立，如果成立，那么仿真结束；否则重复步骤二。本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：载入仿真参数，包括雷达平台运动航迹、速度、天线波束指向、地面网格DEM数据，以及雷达的波长、脉宽、带宽、作用距离和天线方向图；步骤二：读入第n个航迹点的数据；步骤三：确定雷达平台位置和波束照射方向；步骤四：结合天线方向图，确定雷达的照射区域；步骤五：以dθ和分别为俯仰角和方位角的角度间隔沿方位向和俯仰向进行地面散射单元划分，散射单元的面积为其中，θ和分别表示球坐标系下的俯仰角和方位角，r表示雷达到散射单元的距离；步骤六：根据雷达方程，计算单元的回波电压功率和幅度：Pr=PrG2(θ)λ2σ(4π)3r4---(2)]]>Ai=Pr---(3)]]>其中：Pt表示雷达发射功率，单位W；G(θ)表示在地面单元方向的天线增益；λ表示雷达工作波长，单位m；σ表示地面单元的散射截面积；r表示地面单元到雷达的距离，单位m；步骤七：根据步骤六得到的杂波幅度Ai，结合LFM信号特性，按下式计算散射单元的回波电压信号：其中，表示初始相位，kr表示LFM信号的调制率，fd表示多普勒频率；步骤八：计算散射单元回波在雷达回波数据的位置mi＝(int){(r?Rstart)/bin+0.5}????（6）其中，(int)表示取整运算，Rstart表示雷达的起始采样距离，bin表示距离门的宽度；步骤九：对所有散射单元的回波电压信号，进行相干合成，第n个航迹点的回波信号为：Sn(t)=ΣiSi(t)---(8)]]>步骤十：判断n＜N（N表示全部航迹点数）是否成立，如果成立，那么仿真结束；否则重复步骤二。...

【技术特征摘要】
1.一种基于DEM数据的宽带雷达相干杂波仿真方法，其特征在于：该方法包括如下步骤：步骤一：载入仿真参数，包括雷达平台运动航迹、速度、天线波束指向、地面网格DEM数据，以及雷达的波长、脉宽、带宽、作用距离和天线方向图；步骤二：读入第n个航迹点的数据；步骤三：确定雷达平台位置和波束照射方向；步骤四：结合天线方向图，确定雷达的照射区域；步骤五：以dθ和分别为俯仰角和方位角的角度间隔沿方位向和俯仰向进行地面散射单元划分，散射单元的面积为其中，θ和分别表示球坐标系下的俯仰角和方位角，r表示雷达到散射单元的距离；步骤六：根据雷达方程，计算单元的回波电压功率和幅度：其中：Pt表示雷达发射功率，单位W；G(θ)表示在地面单元方向的天线增益；λ表示雷达工作波长，单位m；σ表示地面单元的散射截面积；r表示地面单元到雷达的距离，单位m；i表示地面散射单元序号；步骤七：根据步骤六得到的杂波幅度Ai，结合LFM信号特性，按下式计算散射单元的回波电压...

【专利技术属性】
技术研发人员：耿旭朴，崔亮，董纯柱，
申请(专利权)人：中国航天科工集团第二研究院二〇七所，
类型：发明
国别省市：