一種面向應(yīng)用的快速雷達(dá)仿真建模方法

關(guān)超

【摘 要】隨著電子計(jì)算機(jī)技術(shù)的高速發(fā)展，仿真技術(shù)已經(jīng)成為系統(tǒng)設(shè)計(jì)、系統(tǒng)模擬必不可缺的一種手段。目前主要存在兩種仿真方法：雷達(dá)功能級(jí)仿真和雷達(dá)信號(hào)級(jí)仿真。雷達(dá)功能級(jí)仿真是基于雷達(dá)方程的簡(jiǎn)單仿真方法，無(wú)法滿(mǎn)足多功能相控陣?yán)走_(dá)仿真的需求；雷達(dá)信號(hào)級(jí)仿真是基于信號(hào)收發(fā)處理的仿真方法，可以滿(mǎn)足高逼真度的雷達(dá)模擬。本文給出一種基于快速應(yīng)用的雷達(dá)建模思路，以滿(mǎn)足現(xiàn)有的仿真需求。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)模擬；建模；仿真

0 引言

雷達(dá)仿真技術(shù)應(yīng)用作為一條非常有效的途徑，在雷達(dá)裝備的發(fā)展論證、設(shè)備試驗(yàn)鑒定與評(píng)估、作戰(zhàn)訓(xùn)練及戰(zhàn)法研究等多個(gè)方面[1]。在實(shí)際工程應(yīng)用中，雷達(dá)信號(hào)級(jí)仿真建模通常應(yīng)用在雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)，雷達(dá)系統(tǒng)驗(yàn)證與評(píng)估等方面，其開(kāi)發(fā)周期以及費(fèi)用較高，推廣的范圍較窄；雷達(dá)功能級(jí)仿真依賴(lài)于雷達(dá)方程，對(duì)于相控陣?yán)走_(dá)的模擬存在局限性，通常應(yīng)用在一些跟蹤算法的理論驗(yàn)證、雷達(dá)威力范圍的確定等應(yīng)用中。介于這兩種分辨率建模方法之間，仍然存在大量的仿真模擬需求，所以需要根據(jù)建模的需求，合理地進(jìn)行模型的定位與設(shè)計(jì)。

1 雷達(dá)仿真模型分析

1.1 雷達(dá)功能仿真

雷達(dá)功能仿真基本仿真思路[2]：從信號(hào)功率的角度，運(yùn)用雷達(dá)方程、干擾方程、干擾/抗干擾原理以及運(yùn)動(dòng)學(xué)方程等建立仿真計(jì)算綜合輸出（檢測(cè)）信噪比模型，進(jìn)而確定雷達(dá)檢測(cè)時(shí)的發(fā)現(xiàn)概率與虛警概率。

1.2 雷達(dá)信號(hào)仿真

雷達(dá)信號(hào)仿真利用高速的數(shù)字仿真手段，逼真地復(fù)現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)中信號(hào)的動(dòng)態(tài)處理過(guò)程，包括信號(hào)發(fā)射、目標(biāo)散射、信號(hào)接收及信號(hào)處理、結(jié)果輸出等，可以逼真地復(fù)現(xiàn)包含振幅與相位的相干視頻信號(hào)在接收機(jī)內(nèi)進(jìn)行處理的全過(guò)程。

1.3 面向應(yīng)用的快速建模

為了實(shí)現(xiàn)面向應(yīng)用的快速仿真，可以結(jié)合上述兩種模型的特點(diǎn)，根據(jù)需求進(jìn)行混合建模。根據(jù)實(shí)際工程應(yīng)用，提取出兩種模型可選擇因子，如表1所示。

表 1 模型因子分解

根據(jù)工程應(yīng)用需求進(jìn)行分解與功能因子選擇，選擇的前提是模型最小化。具體應(yīng)用時(shí)，可以從雷達(dá)仿真需求的外部因素入手，逐步深入，形成整個(gè)系統(tǒng)的仿真模型因子集合。

2 仿真應(yīng)用

假定仿真需求如下：具備雷達(dá)資源調(diào)度的能力，體現(xiàn)出波束在空間掃描過(guò)程中探測(cè)距離的變化，體現(xiàn)雷達(dá)點(diǎn)跡形成的信號(hào)處理特性要求。

根據(jù)上述需求可以形成如下仿真因子集合：空域波位編排、定向波束形成、編碼調(diào)頻方式、脈沖解碼方式、脈沖積累方式、恒虛警檢測(cè)方式。

1）空域波位編排

空域波位編排是雷達(dá)將掃描空域按照一定的方式分割成不同的波位，用于約束波束的指向位置。

圖 1 空域波位編排示意圖

2）雷達(dá)波束形成

天線(xiàn)的仿真采用天線(xiàn)方向圖擬合的方式進(jìn)行仿真。設(shè)計(jì)雷達(dá)天線(xiàn)時(shí)，僅對(duì)天線(xiàn)主瓣和第一旁瓣進(jìn)行模擬，其他旁瓣用一個(gè)較低的常量代替。如圖2所示。

圖 2 高斯函數(shù)擬合方向圖函數(shù)

3）目標(biāo)回波模擬模塊原理

目標(biāo)模擬功能主要以回波功率形式進(jìn)行模擬。由通用雷達(dá)距離方程可知，從斜距為R的目標(biāo)反射回來(lái)再被雷達(dá)接收的回波信號(hào)功率為：

3 仿真實(shí)驗(yàn)

仿真參數(shù)如下：目標(biāo)距離1000km，雷達(dá)功率：582.4kW；載頻435MHz；重復(fù)周期：54ms；相干脈沖數(shù)：50；脈寬：0.3ms；帶寬：100kHz；波束寬度：2°；損耗：14.1dB；噪聲系數(shù)：2.9dB；波束指向：（0°，12.3°）。

下圖50個(gè)相干脈沖進(jìn)行處理后的結(jié)果顯示。從仿真結(jié)果可以看到，信號(hào)處理子系統(tǒng)可以直觀、準(zhǔn)確地顯示對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行處理的全過(guò)程，最終點(diǎn)跡輸出位于1273距離單元處，對(duì)應(yīng)的徑向距離為999.75km，驗(yàn)證了處理過(guò)程的正確性。

4 結(jié)論

面向應(yīng)用的雷達(dá)建模仿真，將仿真功能仿真與信號(hào)仿真進(jìn)行合理裁剪，突出需求。為工程應(yīng)用，提供一種建模的思路，滿(mǎn)足多樣性的仿真應(yīng)用需求。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王雪松，肖順平.現(xiàn)代雷達(dá)電子戰(zhàn)系統(tǒng)建模與仿真[M].電子工業(yè)出版社，2010.

[2]張光義，趙玉潔.相控陣?yán)走_(dá)技術(shù)[M].電子工業(yè)出版社，2006.

[3]黃莉.地基雷達(dá)的回波生成和信號(hào)處理仿真研究[D].電子科技大學(xué)，2006.

[責(zé)任編輯：楊玉潔]