[发明专利]一种模拟船用雷达的目标船回波2D成像方法

说明书

本发明涉及一种模拟船用雷达的目标船回波2D成像方法，包括设定雷达回波成像参数，以扫描线方式模拟雷达回波；构建船舶航行模拟单元，通过组播通信方式提供船舶模拟运动状态；雷达模拟数据预处理；解算雷达扫描线上各点与目标船的相对位置关系，确定扫描线各点的幅值；雷达回波成像信息可视化。本发明设计船舶航向模拟单元以及雷达回波模拟器，通过网络通信实时发送模拟目标船回波成像信息，并设置人机交互接口，自定义设置回波成像的数量、尺寸、位置和姿态，灵活定制动态回波成像信号，为船桥雷达显控台提供通用的验证成像测试信号。

技术领域

本发明涉及一种2D成像方法，特别是一种模拟船用雷达的目标船回波2D成像方法，属于通信信息模拟技术领域。

背景技术

船用雷达是安装在船舶上的用于实时监视本船周围一定区域的目标探测工具，为船舶的定位、辅助避障、危险态势预估等任务提供重要的信息来源，因此在船桥上通常会配置用于实时显示回波成像信息的雷达显控台，为船舶驾控人员提供周围目标船、岛屿及其他物标成像信息，尤其是目标船实时处于动态变化状态，其成像信息对本船极其重要。而在未连接雷达天线等硬件设施的情况下，通常无法测试雷达显控台成像效果，即使连接雷达硬件，也很难灵活地为显控台提供不同工况的回波成像信息。

在无雷达硬件时，为了灵活测试雷达显控台性能，可采用计算机模拟目标船回波信号的方式。相比岛屿、静态浮标和大面积的陆地等成像，本船周围的目标船处于实时运动状态，且数量可多可少，利用虚拟仿真方式模拟其回波成像，可为雷达显控台提供动态的、数量可调整的回波成像，更适合测试雷达显控台的成像性能，大大降低连接雷达实体带来的人力和物力上的投入，同时也可缩短雷达显控台的研发和测试周期。有些学者也做过这方面的研究工作，如赵言伟等人在文献《海面上电大尺寸目标的双站合成孔径雷达成像模拟》中，研究了海面上大尺寸目标成像原理，建立了双站合成孔径雷达成像模型；郭丁等人在文献《极化合成孔径雷达海面成像模拟及分析》中，通过速度聚束模型与Bragg散射模型，模拟海洋场景目标成像效果，其他学者多采用类似的方法开展雷达成像的研究。但是，前人的研究存在如下问题：一方面，以上回波成像往往从雷达的数字信号处理角度开展机理性分析和建模，并不能直接为雷达显控台提供目标船的经纬度、航向等信息；另一方面，以上雷达信号模拟方法，很难快速灵活地为雷达显控台提供扫描周期、扫描点对应的物理距离等实时性指标。

发明内容

针对上述现有技术，本发明要解决的技术问题是提供一种为船桥雷达显控台提供灵活的、可设置多工况的目标船回波成像信号，用于协助测试雷达显控台的信号处理等相关功能的模拟船用雷达的目标船回波2D成像方法。

为解决上述技术问题，本发明提供一种模拟船用雷达的目标船回波2D成像方法，包括以下步骤：

步骤一：设定雷达回波成像参数及坐标系，以扫描线方式模拟雷达回波；

步骤二：构建船舶航行模拟单元，通过组播通信方式提供船舶模拟运动状态：

在地面坐标系下，建立船舶运动学模型，船舶运动状态包括位置(x_t,y_t)、速度v、角速度ω、航向θ_t，具体如下所示：

上式中：x₀和y₀为本船和目标船上一时刻横纵坐标，θ₀为船舶上一时刻航向角，Δt为仿真步长；

步骤三：雷达模拟数据预处理：

(1)坐标变换

将目标船位置由地面坐标系转换至雷达坐标系下，雷达坐标系下的目标船位置满足：