[发明专利]一种机载相控阵PD雷达杂波的快速模拟方法

说明书

技术领域

本发明涉及一种机载相控阵脉冲多普勒（PD）雷达杂波的快速模拟方法，属于机载相控阵脉冲多普勒雷达杂波仿真技术领域。

背景技术

机载相控阵PD雷达是探测低空、超低空飞行的目标以及陆地和海面上的慢速运动目标的有利武器之一，在现代战争中起着举足轻重的作用。由于雷达工作在下视状态，目标回波常常淹没在很强的杂波信号中，对目标检测构成了极大的威胁。因此，需要对雷达工作环境中的杂波特性进行充分的研究。在实际测量成本过高的情况下，通过计算机仿真提供杂波数据，有十分重要的价值：一方面，有利于认知电磁波与自然环境相互作用的物理过程，理解机载相控阵PD雷达杂波产生的机理，促进杂波抑制算法的研究；另一方面，通过仿真手段获取大量的不同雷达系统参数、不同自然环境条件下的杂波数据，将有效地弥补实验数据的不足，在机载相控阵PD雷达系统性能评估、信号处理算法验证等方面发挥重要作用。因此，研究机载相控阵PD雷达杂波仿真的方法，在理论和实践上均有十分重要的意义。

雷达仿真方法分为两类：功能仿真和相干视频仿真，其中相干视频仿真利用了信号的相位，包含了有关雷达环境的全部信息，是雷达信号级仿真所必需的。目前，对杂波信号相干视频仿真的建模和模拟方法还存在着一些不足。一方面，这些模型对杂波单元后向散射系数的描述大都采用半经验模型，但是，雷达载机飞行地域广、地形地貌多种多样，采用目前的经验模型不能真正地反映雷达工作的实际背景。另一方面，相干视频仿真采用基于网格映像的模拟方法，即根据雷达的分辨率将波束照射区域划分成一个个相互独立的网格单元，分别计算每个网格单元的回波，然后相干叠加实现整个区域的杂波仿真。由于机载PD雷达杂波区域面积较大，并且随着雷达分辨率的提高，相同杂波面积下的网格划分数量不断增大，采用相干叠加的方法获取杂波信号的效率明显较低，不适用于高分辨率机载PD雷达大范围区域的杂波仿真。

发明内容

本发明的目的是为了实现高分辨率机载相控阵脉冲多普勒（PD）雷达大范围自然场景杂波的快速模拟，同时又能真实反映自然场景的散射特性，提出了一种机载相控阵PD雷达杂波的快速模拟方法。

本发明方法是通过下述技术方案实现的：

一种机载相控阵PD雷达杂波的快速模拟方法，其步骤如下：

相关参数预定义：坐标系定义和杂波场景定义；

坐标系定义：定义三维地理坐标系，即当地的北-天-东地理坐标系，其中原点O取在初始时刻载机质心在水平面上的投影点，X轴指向正北，是PD雷达的运动方向，Y轴垂直于当地水平面，指向天，Z轴指向正东；

杂波场景定义：定义杂波场景为矩形，其在X轴的范围为W_x，在Z轴的范围为W_z；

步骤一、选取一幅SAR图像，所述SAR图像上场景的大小和所定义的杂波场景大小相同，合成孔径雷达在获取所述SAR图像时的工作波段和PD雷达的工作波段相同；

步骤二、将整个杂波场景沿X轴和Z轴等分为长度为D_x、宽度为D_z的矩形散射单元，其中D_x为SAR图像的方位向分辨率，D_z为SAR图像的距离向分辨率，并将每个散射单元看成分布在单元中心的点散射体；

步骤三、将所述散射单元与所述SAR图像上的像元按照X轴方向平行于SAR图像的方位向，Z轴方向平行于SAR图像的距离向的关系一一对应，SAR图像像元的归一化灰度值即为相应散射单元的初始后向散射系数；

步骤四、按照PD雷达的天线相位中心到点散射体距离相等的关系，在杂波场景上等间隔的划分等距离环；

步骤五、对PD雷达的发射信号u(t)进行升采样处理，并对升采样的结果进行快速傅里叶变换得到U(ω)；

步骤六、在雷达发射脉冲时，计算当前时刻各散射单元的后向散射系数σ⁰；计算当前时刻各散射单元的斜距R，并根据所述R计算各散射单元的幅度A；

步骤七、针对每一等距离环，将其所包含的各散射单元的幅度和补偿斜距差带入多普勒项后再进行相干叠加，得到每个等距离环的雷达后向散射系数；

步骤八、将所有等距离环的等效雷达后向散射系数和对应环的中心斜距带入多普勒项后再进行相干叠加得到系统的冲击响应函数h(t)，并对h(t)进行快速傅里叶变换（FFT）得到H(ω)；

步骤九、将步骤五中获取的U(ω)与H(ω)相乘，再对相乘的结果进行逆快速傅里叶变换，得到该发射脉冲对应的周期接收的杂波信号；