[发明专利]雷达检飞目标替代试验方法

权利要求书

1.一种雷达检飞目标替代试验方法，其特征在于：是以目标起伏 统计模型为基础，将雷达威力和精度由替代目标等效到理论合作目标的过程，且替代目标为试验用飞行合作目标，理论合作目标为指标规定的合作目标；包括：雷达威力试验的等效替代方法，雷达精度试验的等效替代关系； 1）、雷达威力试验的等效替代方法，首先要根据雷达技术指标、理论目标T0和替代目标的目标特性，将理论目标T0和替代目标的最远探测距离临界点处于同一波束仰角内，使雷达天线1增益相同，再等效计算出替代目标的最远探测距离临界点和高度，再设计飞行航线f；目标等效替代试验的2个约束条件，第一是要满足雷达对理论目标T0和替代目标均使用相同的雷达信号波形进行探测，或雷达会根据目标距离调整发射波形；第二针要满足替代目标的探测距离大于该雷达的最小探测距离，即理论目标探测对应雷达信号脉冲宽度为T，则该雷达参数对应雷达最小探测距离为cT/2，c为光速，且要小于雷达量程；1.1雷达威力的等效替代关系，根据雷达探测方程，雷达接收信噪比SNR（Signal noise ratio）为^[2]：

                  （1）

其中为雷达发射功率（W），和为目标方向天线发射和接收增益，为目标RCS（m²）；为雷达工作波长(m)，为目标与雷达的距离(m)，为雷达接收机综合损耗，为目标回波的综合抗干扰改善因子；不同类型的雷达目标，在相同发现概率情况下需要的是不同的，工程中将雷达目标分为五类目标类型，以统计模型来定义目标类型；

1.2雷达探测高度的等效替代关系，以A点为雷达天线中心，O点为地心、B点为理论目标探测距离点、C点替代目标探测距离点，要求理论目标、替代目标与雷达天线中心在同一直线，以保证两目标在同一波束俯仰角度；A点的地心距，其中为地球半径，在地球折射时等效地球半径为8490km，为雷达天线中心海拔高度；B点地心距为，其中为理论目标飞行高度，对应替代目标C点的地心距为，其中为替代目标的飞行高度；理论目标飞行高度和对应替代目标飞行高度均以雷达天线中心海拔为参考，替代目标的飞行高度应为：

           （7）

其中，A和B的距离为理论目标探测距离，A和C的距离为替代目标的探测距离；

2、雷达精度试验的等效替代关系；雷达探测精度，包括：距离精度、方位测角精度和俯仰测角精度，或测高精度；飞行目标在俯仰角度的位置要满足一定的角度范围，俯仰角度不能超过俯仰测角能力；

通常理论目标和替代目标的雷达威力不同，理论目标和替代目标在距离-精度存在对应关系；在雷达威力航线飞行高度的基础上，分析目标替代对雷达精度试验的影响，并给出等效替代推算关系；

1）测距精度等效替代关系：单脉冲雷达的测距精度近似为^[4，5]：   （8）              

其中为信噪比引起测距误差方差，为其它综合测距误差方差，

综合测距误差方差包括：大气透镜效应、采样量化误差、多路径效应误差、闪烁、调频波形等所引起的误差；信噪比引起测距误差方差为^[4，5]：

                  （9）

其中为脉压后脉宽，信号带宽B对应脉宽为，为光速，为总信噪比，为滤波后的单脉冲信噪比，为积累脉冲数；

如果表示大于或近似，则需要考虑目标替代信噪比对探测精度距离段的影响；根据（8，9）式可知理论目标和替代目标具有相同SNR时，能够获得相同的测距精度；假设理论目标在处和替代目标在处具有相同SNR，由雷达方程知两者之间的关系满足：

                        （10）

实际工程中常用雷达脉压后脉宽为us量级，一般情况下，因此可忽略SNR对测距精度的影响，认为替代目标和理论目标具有相同的测距精度；另外一般雷达指标精度有一定的余量，目标运动的全程范围内均可以满足指标要求，因此外场试验时，采用全程统计测距精度；

2） 方位/俯仰测角精度等效替代关系，雷达的方位/俯仰测角精度近似为^[4，5]：                        （11）

其中为信噪比引起测角误差方差，为其它综合测角误差方差，综合测角误差包括：波束指向误差和角度量化误差，其中俯仰向综合测角误差包括：多路径效应误差和大气透镜效应误差；综合测角误差方差通过系统指标设计和静态测试获取，对于特定某雷达该参数是确定的，信噪比引起测角误差方差为^[4，5]：

                  （12）

其中为方位/俯仰3dB波束宽度，为总信噪比，为滤波后的单脉冲信噪比，为积累脉冲数，角灵敏度函数斜率，它与天线方向图形状有关，一般；

如果（表示大于或近似），则需要考虑目标替代SNR对测角精度影响；根据（11，12）式可知理论目标和替代目标具有相同SNR时，能够获得相同的测角精度，假设理论目标在处和替代目标在处具有相同SNR，由雷达方程可知：          （13）

实际工程中一般，这时可忽略SNR对测角精度的影响，认为替代目标和理论目标具有相同的测角精度；另外一般雷达指标精度有一定的余量，目标运动的全程范围内均可以满足指标要求，因此外场试验时，可以全程统计测角精度； 

俯仰测角用测高精度来表示，由雷达测高公式^[2，4   （14）                     

其中，为目标与雷达距离，为目标所处仰角，为地球等效半径，为雷达天线海拔高度；由（14）式，得到高度误差为：

          （15）

其中为俯仰角度测量误差，为测距误差，为雷达天线中心海拔高度误差，俯仰角度测量误差引起的测高误差是主要误差；

假设理论目标在最大探测距离处对应信噪比为，则理论目标随着距离变化信噪比也变化，理论目标距离雷达时的信噪比为：

                        （16）

对应理论目标距离雷达处的测高精度

            （17）

其中为理论目标所处仰角；由（17）式可知测高误差和俯仰角、天线俯仰向方向图、目标距离及雷达测距误差有关；

针对替代目标，根据（4）式得到：              （18）

对应替代目标在处的测高精度

           （19）

其中为替代目标所处仰角；理论目标在处的测高误差和替代目标在处的测高误差相同，确定理论目标在处后，求得时的取值，得到两目标测高精度的等效替代关系。

2.根据权利要求1所述的一种雷达检飞目标替代试验方法，其特征在于：所述不同类型的雷达目标，在相同发现概率情况下，将雷达目标分为五类目标类型，以统计模型来定义目标类型；

设雷达目标散射截面积服从均值为，自由度为的分布，则有^[1，2，3]：

                    （2）

其中，，目标RCS平均值与起伏标准差之比为，越大则代表目标起伏越小，反之起伏越大；

当时，服从指数分布，为Swerling 型目标，适用于复杂目标是大量近似相等单元散射体组成，即大于5个近似相等单元散射体；Swerling 型目标的起伏特征为慢起伏，一次扫描中脉冲间隔相关，典型目标为小型喷气飞机；

当时，为自由度分布，为一次扫描中脉冲积累数，即Swerling II型分布，它表示由均匀多个近似相等单元散射体组成的目标，即大于5个近似相等单元散射体；Swerling II型目标的起伏特性为快起伏，一次扫描中脉冲间隔不相关，典型目标或为喷气飞机或大型民用客机；当时，同Swerling 型目标，即对于单脉冲雷达，Swerling 型目标和Swerling 型目标的概率密度函数是相同的；

当时，为Swerling 型目标，该类型目标为由一个占支配地位的大随机散射体与其他均匀独立散射体组合的目标，Swerling 型目标为慢起伏目标，典型目标或为螺旋浆推进飞机、直升机；

当时，为自由度分布，为一次扫描中脉冲积累数，即Swerling IV型分布，该类型目标为由一个占支配地位的大随机散射体与其他均匀独立散射体组合的目标，Swerling IV型目标为快起伏目标，一次扫描中脉冲间隔不相关，典型目标或为海船、卫星、高速飞行器；当时，同Swerling 型目标，即对于单脉冲雷达，Swerling 型目标和Swerling IV型目标的概率密度函数是相同的；

当时，为常数，即马克姆Marcum分布，或Swerling V型分布，它表示非起伏模型，典型目标或为金属标定球；

基于m的选取，能够获得不同起伏类型的目标，包括五类目标模型分析等效替代方法；

雷达目标特性，包括RCS目标大小和类型，首先根据外场试验或内场测试获取，雷达检飞试验中理论目标RCS大小为，对应探测距离为、检测概率，实际目标RCS大小为，对应探测距离及检测概率，合作飞行目标替代后，雷达要满足相同的检测概率，理论目标雷达回波信噪比和替代目标雷达回波信噪比分别为：

    （3）                                     

               （4）

理论目标与替代目标要求的雷达回波信噪比不同，两目标的替代关系为：

                 （5）

根据实际雷达积累脉冲、目标类型、虚警概率获取检测概率曲线^[3]，并根据获取理论目标和替代目标的探测距离等效关系； 

如果两目标为同类型，只是RCS大小不同，根据雷达目标检测曲线知，于是得到理论目标和替代目标之间探测距离：（6）。