[发明专利]一种相控阵雷达数字仿真系统及其仿真方法

权利要求书

1.一种相控阵雷达数字仿真系统，采用数字仿真的方式对相控阵雷达系统进行功能级仿真，其特征是：将系统框架划分为一个主体子系统即雷达工作台仿真子系统（1），和三个辅助子系统即仿真场景控制子系统（2）、雷达主控计算机子系统（3）和雷达分析评估子系统（4），并通过添加控制字解译模块（6）、坐标转换模块（7）、航迹交会模块（8）和配送回送字模块（22）完善了雷达工作台仿真子系统的功能，从而能够实现整个系统的实时闭环仿真。

2.根据权利要求1所述的相控阵雷达数字仿真系统，其特征在于组成模块详细如下：雷达工作台仿真子系统（1）主要由雷达工作台参数初始化模块（5）、控制字解译模块（6）、坐标转换模块（7）、航迹交会模块（8）、回波生成模块（10）、接收机和信号处理模块（15）、装配回送字模块（22）组成，实现多目标的目标搜索和跟踪功能并将量测数据以回送字的形式发送给雷达主控计算机子系统（3）；仿真场景控制子系统（2）主要由仿真参数装订模块（25）、1类目标航迹生成模块（26）、2类目标航迹生成模块（27）和3类目标航迹生成模块（28）组成，为雷达工作台仿真子系统（1）提供输入数据；雷达主控计算机子系统（3）主要由数据处理模块（29）和波束调度模块（30）组成，对回送字进行数据处理，发送控制字指令给雷达工作台仿真子系统（1），实现波束调度，从而完成与雷达工作台仿真子系统（1）的信息交互；雷达分析评估子系统（4）主要由统计测量航迹的均方根误差模块（31）、统计滤波航迹的均方根误差模块（32）和图形显示模块（33）组成，对整个雷达仿真系统进行性能评估。

3.根据权利要求1所述的相控阵雷达数字仿真系统，其特征在于各子系统之间数据传输的实现方式如下：在闭合仿真开始前，雷达工作台仿真子系统（1）通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统（2）获取目标的航迹文件和参数配置文件，对文件传输实时性没有要求；在闭合仿真进行中，雷达工作台仿真子系统（1）与雷达主控计算机子系统（3）之间，通过网络TCP/IP协议实时产生和传输回送字与控制字，对文件传输实时性要求很高；在闭合仿真结束后，雷达分析评估子系统（4）通过文件拷贝的方式从仿真场景控制子系统（2）获取航迹文件，从雷达工作台仿真子系统（1）获取回送字和控制字文件，对文件传输实时性没有要求。

4.一种相控阵雷达数字仿真系统的仿真方法，其特征在于实现步骤如下：

步骤1：仿真场景控制子系统（2）为用户提供了一个设置雷达相关工作参数的界面软件，采用离线仿真工作方式，仿真参数装订模块（25）根据用户填入的各项参数值生成数据保存为TXT文件；1类目标航迹生成模块（26）、2类目标航迹生成模块（27）和3类目标航迹生成模块（28）产生航迹TXT文件；

步骤2：当仿真场景控制子系统（2）全部文件生成完毕，开启雷达工作台仿真子系统（1），雷达工作台参数初始化模块（5）读取仿真参数装订模块（25）传输过来的TXT文件完成本子系统参数初始化，等待雷达主控计算机子系统（3）的控制字指令，其中参数初始化包括干扰模拟模块参数、杂波模拟模块参数、雷达发射机、天线和接收机参数、雷达信号处理模块参数，当接收到控制字后，控制字解译模块（6）对控制字进行智能化解译，根据控制字指令提供的雷达工作方式和波形信息，进入相应的后续处理流程；

步骤3：坐标转换模块（7）根据控制字提供的系统时间检索目标航迹TXT文件，找到对应时刻的航迹信息载入程序，由于目标航迹是在WGS-84坐标系下仿真得到，控制字指令中波束指向是在阵面正弦坐标系下产生的，而雷达工作台仿真子系统整个仿真流程需要在雷达球坐标系下完成，因此需要完成航迹信息从WGS-84坐标系到雷达球坐标系的转换和波控信息从阵面正弦坐标系到雷达球坐标系的转换，这个功能由坐标转换模块（7）完成；

步骤4：经过坐标转换后得到雷达球坐标系下的航迹信息进入航迹交会模块（8），航迹交会模块（8）的子模块——天线方向图模拟子模块（9），根据仿真场景控制子系统提供的天线参数设置完成天线方向图的建模仿真，航迹交会模块（8）根据仿真的天线方向图模型，将控制字解译模块（6）输出的波束调度信息和坐标转换模块（7）输出的航迹信息进行交会判断，在搜索状态下，目标只与雷达进行方位交会和俯仰交会，如果目标在雷达的波束照射范围内，交会到目标，在跟踪状态下，对目标进行四维交会判断，即距离交会、速度交会、方位交会和俯仰交会判断，如果交会到目标，航迹交会模块（8）的输出结果为目标真实的距离和速度，以及天线方向图模型四个天线的辐射因子

步骤5：对于交会到的目标，要计算回波功率产生回波信号，由回波生成模块（10）完成此功能，首先，回波生成模块（10）的子模块——目标回波生成子模块（11）根据航迹交会模块输出的距离、速度和天线辐射因子信息，带入雷达方程公式计算目标回波功率，根据当前工作波形产生相应目标回波采样数据，与噪声生成子模块（12）产生的雷达热噪声数据、杂波生成子模块（13）产生的杂波数据和干扰生成子模块（14）产生的干扰数据一起构成了完整的回波数据；

步骤6：生成的回波数据进入接收机和信号处理模块（15），经过脉冲压缩子模块（16）和脉冲积累子模块（17），提高了回波信号的信噪比，经过信噪比计算子模块（18）计算得到信号处理后的信噪比，CFAR检测子模块（19）实现了回波信号的恒虚警检测，角度测量子模块（20）依据幅度和差单脉冲测角原理提取回波中的角度信息，误差生成子模块（21）根据信噪比计算子模块输出的广义信噪比依据理论公式和经验公式得到测距、测角、测速误差，以此误差叠加到航迹交会模块（8）输出的距离、速度信息和角度测量子模块（20）输出的角度信息，即得到最终需要的量测数据；

步骤7：装配回送字模块（22）将接收机和信号处理模块（15）的输出数据以约定好的形式封装成回送字，使得回送字具有了检错和加密功能，封装好的回送字经通信发送模块（23）以TCP/IP协议传输给主控计算机子系统（3），时序控制函数检测当前调度周期是否结束，如果结束进入步骤2，等待下一次的主控计算机控制字指令；如果未结束，进入等待状态继续检测当前调度周期是否结束；

步骤8：当本次仿真结束后，雷达工作台仿真子系统（1）和雷达主控计算机子系统（3）关闭后，雷达分析评估子系统（4）开启，通过文件拷贝的方式获得仿真场景控制子系统（2）的航迹文件和雷达工作台仿真子系统（1）保存的控制字和回送字文件，图形化显示真实航迹、测量航迹和滤波航迹，本系统全部工作流程完毕。