[发明专利]一种天基雷达杂波仿真方法

摘要

本发明提出了一种天基雷达杂波仿真方法，该方法考虑了地球球体模型、地球自转的影响，通过投影与坐标变换，可以得到等距离杂波环在地球表面的经纬度，进而通过坐标系变换计算得到杂波多普勒，然后计算出杂波单元的反射功率，从而得到等距离环的杂波回波。该方法可以适用于仿真任意轨道的天基雷达等距离杂波环的回波，可以计算出等距离杂波环的位置，为确定杂波类型奠定基础。该方法还可以用于天基雷达杂波二维谱分析，天基雷达杂波抑制方法评估，以及分析天基雷达轨道对系统性能的影响等。

主权项

1.一种天基雷达杂波仿真方法，其特征在于步骤如下：1)建立坐标系及相关位置向量设坐标系为地球惯性坐标系ECI，坐标原点O为地心，XOY平面位于赤道平面，X轴指向春分点，Z轴为地球自转角速度方向；地球半径为R_e；雷达卫星沿轨道运行，设雷达卫星在某一时刻t运行至S(x₀,y₀,z₀)处，S(x₀,y₀,z₀)为雷达卫星在地球惯性坐标系ECI下的坐标；S'为S在XOY平面的投影；以雷达为原点，半径为R的等距离球面与地球在地表的交线为圆ABC，即为所感性趣的等距离杂波环ABC，A为圆心，B和C为环上的点；地心到卫星的矢量其中θ和分别为方位角和俯仰角；地心与卫星的距离等距离杂波环ABC所在的平面与垂直；2)等距离杂波环ABC投影；将等距离杂波环ABC所在的平面投影到与其平行的过球心O的平面，该平面与地球的交线为一个圆，该平面圆与地球赤道交于两点，其中沿X轴正向逆时针旋转最近的点定义为E；圆ABC上与E相对应的点为B；C点为B点绕轴逆时针旋转90度得到的点，即与为两个正交向量；令其中θ₁为与X轴正向的夹角；由于与正交，可得cos(θ1‑θ)＝0；3)坐标旋转，计算等距离杂波环ABC的正交向量其中4)等距离环上点的位置坐标计算；在得到等距离杂波环ABC平面内正交的两个向量与后，得到以ε为参数的等距离杂波环ABC上的点的位置为其中，由余弦定理得到其中，得到计算得到与雷达相距R的等距离杂波环ABC上的点在地球惯性坐标系ECI下的坐标；所述地球惯性坐标系ECI绕Z轴逆时针转过一个春分点的格林威治角就得到地球固连坐标系ECF；因此，得到等距离杂波环ABC在地球固连坐标系ECF下的坐标其中，Eoi为由地球惯性坐标系ECI到地球固连坐标系ECF的转换矩阵；则等距离杂波环ABC上的点的经度和纬度分别为5)等距离杂波环ABC上杂波点多普勒频率计算计算等距离杂波环ABC上某个杂波点pc(ε)在地球惯性坐标系ECI下的速度其中，we＝7.292115×10‑5rad/s为地球自转的角速度，×表示向量叉乘；通过卫星的轨道六根数计算或由STK软件得到卫星在地球惯性坐标系ECI下的速度得到等距离杂波环ABC上的点相对于卫星的速度则等距离杂波环ABC上的点的多普勒频率为其中，λ为载波波长；6)计算等距离杂波环ABC上的点RCS和杂波单元散射功率根据雷达方程其中，P_t为雷达发射峰值功率，和分别为天线发射方向图和天线接收方向图，L为系统损耗，σ₀(ε)为单位面积的杂波散射截面积，A_c(ε)为雷达杂波单元的面积；(6a)天线二维方向图计算设在天线坐标系下的坐标为其中，Eiv为地惯坐标系到轨道平面坐标系的转换矩阵；Evr为轨道平面坐标系到卫星平台坐标系的转换矩阵；Ere为卫星平台坐标系到卫星星体坐标系的转换矩阵；Eea为卫星星体坐标系到天线坐标系的转换矩阵；由此得到等距离杂波环ABC上的点对应的方位角和俯仰角为相应的天线增益为其中为天线的二维方向图，θ和分别为方位角和俯仰角；(6b)计算获得杂波单元面积Ac(ε)＝RΔθρr secΨ(ε)其中，Δθ为杂波单元的方位角宽度，c为光速，ρ_r为雷达系统距离分辨率，Ψ为擦地角；设等距离杂波环沿方位向均匀的划分为N_c个杂波单元，N_c的取值应保证杂波单元内的多普勒变化率小于雷达多普勒处理的最大分辨率；7)产生杂波回波设雷达发射信号为s(t)，则雷达接收到的第k个脉冲的等距离环杂波回波表示为其中，T_r为脉冲重复周期，a_ki为幅度起伏系数。