[发明专利]基于数字高程和数字地表覆盖的机载雷达杂波仿真方法

说明书

技术领域

本发明属于雷达技术领域，具体的说是一种基于数字高程模型和数字地表覆盖模型的机载雷达杂波仿真方法，适用于机载相控阵雷达进行真实场景的杂波仿真。

技术背景

雷达是现代战争中不可缺少的装备，对于采用下视工作方式的机载预警雷达来说，地海面杂波对目标检测的影响十分突出，对杂波的抑制能力就成了检验雷达性能的重要指标。为了能够提供有效的杂波抑制方法，提升雷达在杂波中检测微弱信号的能力，必须对雷达工作环境的杂波特性有充分完备的认识。实测的杂波数据不可能在短时间内得到，而且花费极高。但是随着计算机技术的提高，利用计算机进行仿真杂波的方法来研究机载雷达的杂波特性，为雷达系统的设计和信号处理方法提供仿真数据，就显得极为重要了。

J.Ward提出了传统的杂波仿真方法，在极坐标系中将杂波按等距离环和方位角来划分成多个杂波单元，在某一方位角，随着距离的增大，外层的杂波单元面积增大，擦地角也随着距离的增大而减小。该传统仿真方法中假设每个杂波单元所对应的地表类型一致，即杂波服从独立同分布，然而在实际的环境中，尤其当面积逐渐增大之后，该杂波单元所对应的地表类型将可能不止一种，这就背离了杂波单元独立同分布的假设，对于描述远距离杂波单元的回波特性产生了比较大的误差。同时，传统仿真方法也假设地形没有起伏，在一定程度上反应不出真实场景(如高山、丘陵等)中地面起伏和擦地角变化，因此这就极大的限制了获取真实场景仿真的数据。

范国忠等人使用的数字高程模型进行杂波仿真的方法，能有效的描述真实场景中地面的起伏以及擦地角的变化，但是在描述地面起伏的遮挡判断算法计算量大，对于大范围的杂波仿真比较有限。王爱国等人仅仅利用了数字高程模型描述真实的地面起伏状态，对于真实的地貌特征，如城市、河流、沙漠等没有具体建模分析与仿真。

技术内容

针对目前基于独立同分布假设的杂波仿真所存在的缺陷，本发明提出一种基于数字高程模型和数字地表覆盖模型的机载相控阵雷达杂波仿真方法，结合数字高程模型和数字地表覆盖模型，改进了原有特定场景杂波仿真中遮挡判断计算量大的缺点并且加入了数字地表覆盖模型，对地表类型进行归并分类与建模，极大程度的还原了真实场景的各项特性，从而获得逼真的杂波仿真数据。

为达到上述目的，本发明采用以下技术方案予以实现。

一种基于数字高程和数字地表覆盖的机载雷达杂波仿真方法，其特征在于，包括以下步骤：

步骤1，构建雷达在大地坐标系下的系统参数，以及雷达阵元组成的雷达天线阵面和雷达速度在东北天坐标系下的系统参数；

步骤2，将雷达天线阵面所处的东北天坐标系变换到地心坐标系，得到地心坐标系下的雷达阵元间隔矢量和地心坐标系下的雷达速度矢量将雷达所处的大地坐标系转换到地心坐标系，定义数字高程模型在大地坐标系下的杂波单元C_k，求取雷达与杂波单元C_k之间的视线矢量并计算雷达与杂波单元C_k之间的距离R_k；

步骤3，在大地坐标系下构建杂波单元相对于雷达的四边形入射平面，得到四边形的四个顶点坐标，左上顶点与右下顶点形成一条对角线矢量，右上顶点与左下顶点形成另一条对角线矢量，利用两条对角线矢量计算入射平面的法向矢量再计算雷达视线矢量利用入射平面的法向矢量和雷达视线矢量计算杂波单元C_k与雷达之间的入射余角根据入射平面的两条对角线矢量计算杂波单元C_k的雷达截面积S_k；

利用数字地表覆盖模型计算杂波单元C_k单位面积的后向散射系数利用杂波单元后向散射系数杂波单元雷达截面积S_k，杂波单元C_k与雷达之间的距离R_k，计算杂波单元C_k的回波功率；

步骤4，求取雷达与杂波单元C_k之间离散化点集；求取离散化点集中每一离散点相对于雷达的俯仰角；根据每一俯仰角判断杂波单元C_k是否被遮挡，得到遮挡标志δ_k；

步骤5，利用雷达与杂波单元C_k之间的视线矢量和雷达阵元间隔矢量构建回波空域信号导向矢量和回波时域信号导向矢量；利用回波空域信号导向矢量、回波时域信号导向矢量、回波功率、遮挡标志构建杂波单元C_k的回波信号；将雷达照射范围内K个杂波单元的回波信号进行累积，得到杂波信号。

上述技术方案的特点和进一步改进在于：