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CN113433518A - 一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法 - Google Patents

一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法 Download PDF

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CN113433518A CN202110744776.4A CN202110744776A CN113433518A CN 113433518 A CN113433518 A CN 113433518A CN 202110744776 A CN202110744776 A CN 202110744776A CN 113433518 A CN113433518 A CN 113433518A
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echo
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郭剑辉
武忠鸣
顾捷
濮存来
李伦波
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Nanjing University of Science and Technology
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Nanjing University of Science and Technology
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Abstract

本发明公开了一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,涉及雷达系统仿真技术领域,包括雷达回波模拟仿真平台,用于模拟目标回波信号的生成和处理,回波模拟模块,将目标信息转换成极坐标系下对应的信息,系统控制模块,用于控制当前平台工作,参数设置模块,用于对相关参数进行设置,IP设置模块,用于设置从不同现有的源机器获取目标回波信息,目标发现概率计算模块,通过远程工作模式和本地工作模式,可以完整地模拟目标的生成以及雷达对目标的发现过程,通过斯威林模型计算模块和数据库查询模块两种计算RCS值的方式,能够方便使用者通过查表的方式或者斯威林模型计算模块技术的方式,实现对于目标发现概率的快速计算。

Description

一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法
技术领域
本发明涉及雷达系统仿真技术领域,具体为一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法。
背景技术
对的仿真研究一直受到世界各国的高度重视,通过建立合理的雷达数学模型逼近真实的,这能够为系统性能提供强有力的数据支撑,对相控阵的仿真研究可以追溯到1982年,R.L.米切尔写的《模拟》著作中详细探讨了相控阵雷达仿真的可行性与基本方法,该著作阐述了模型的合理性与仿真环境的逼真程度会在很大程度上影响雷达信号的准确性,随着相应仿真理论的成熟,对相控阵雷达的仿真技术也在不断进步与发展中,国内的王国玉在文献中针对相控阵雷达仿真技术展开了研究工作,阐述了电子侦察系统建模仿真、雷达与雷达对抗系统功能仿真与视频信号仿真建模的方法,该书也对如何合理地建立相控阵天线模型以及波束模型展开了讨论,计算机仿真作为一种新的仿真方式,从开始提出到现在一直备受世界各国关注,上个世纪90年代起,随着计算机系统的高速发展,在计算机上进行仿真逐渐成为一种主流仿真形式,随着对利用计算机软件资源进行雷达仿真不断地研究,许多计算机仿真技术被不断提出,仿真是仿真技术与雷达技术结合的产物,首先对雷达进行建模,然后在计算机上复现的动态工作过程,具体地说,仿真的对象是,包括雷达本身(硬件及软件)、雷达目标及目标环境,仿真的手段是计算机,包括硬件和软件,仿真的方式是复现雷达目标及目标环境信息的雷达信号。
专利方面,申请号为CN201710621896.9的中国发明专利申请提供了一种基于通用雷达仿真模块构建雷达仿真模型的方法,该方法的目标数据均来自于外界提供,无法自主产生,存在一定的局限性,申请号为CN201710337920.6的中国发明专利中在使用Swerling模型计算目标发现概率时,存在计算量复杂的情况,本发明在此基础上通过预设参数的形式实现了目标发现概率的快速计算,同时提供了从数据库中直接查询RCS值并计算发现概率的方式。
发明内容
本发明提供的发明目的在于提供一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,解决上述背景技术中的问题。
为实现以上目的,本发明通过以下技术方案予以实现:一种双模式雷达目标回波数字模拟,包括:
雷达回波模拟仿真平台,用于模拟目标回波信号的生成和处理;
回波模拟模块,用于将目标信息转换成极坐标系下对应的信息;
系统控制模块,用于控制当前平台工作;
参数设置模块,用于对相关参数进行设置;
IP设置模块,用于设置从不同现有的源机器获取目标回波信息;
目标发现概率计算模块,用于获取当前类型目标的发现概率,并且计算处RCS的值。
所述雷达回波模拟仿真平台的输出端与回波模拟模块的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台的输出端与系统控制模块的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台的输出端与参数设置模块的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台的输出端与IP设置模块的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台的输出端与目标发现概率计算模块的输入端双向信号连接。
进一步的,所述目标发现概率计算模块包括斯威林模型计算模块和数据库查询模块,所述斯威林模型计算模块的输出端数据库查询模块输入端双向信号连接。
进一步的,所述回波模拟模块包括目标回波接受模块和杂波接受模块,所述回波接受模块的输出端与杂波接受模块的输入端双向信号连接。
进一步的,所述系统控制模块包括控制模块、航迹干控模块和雷达参数设置模块,所述控制模块的输出端与航迹干控模块的输入端信号连接,所述控制模块的输出端与雷达参数设置模块的输入端信号连接。
进一步的,所述参数设置模块包括雷达位置探测模块和误差设置模块,所述雷达位置探测模块用于探测雷达的波位信息,所述误差设置模块的输出端与雷达位置探测模块输入端信号连接。
进一步的,所述数据库查询模块用于界面输入的参数,包括目标类型,方位角和俯仰角从一个数据库文件中获取相应的RCS的值。
进一步的,所述斯威林I/II模型的RCS的值相关的概率密度函数为:
Figure BDA0003144045310000031
进一步的,所述斯威林III/IV模型的RCS的值相关的概率密度函数为:
Figure BDA0003144045310000032
一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,包括以下步骤:
步骤一、接收远端传输或本地产生的目标和杂波数字信息:数设置模块在远程模式下,设置好IP地址和端口,然后根据预先规定的协议接收远端传输的目标数字信息,回波模拟模块接收目标数字信息,验证通过后,将获取到的数字信息转换成协议中要求的数字信息,再将数字信息转换成极坐标系下对应的目标信息,本地模式下,回波模拟模块按照界面设置的要求产生目标信息,将目标信息转换成极坐标系下对应的目标信息;
步骤二、雷达仿真平台进行波位编排并模拟目标发现过程:对应的目标信息和雷达的波位信息通过时间戳的方式进行关联,对于相同时刻对应的目标信息和雷达的波位信息,通过判断两者的距离、方位和仰角,如果在规定的范围内,可以确定当前时刻对应的目标信息被雷达位置探测模块发现,将雷达位置探测模块发现的目标信息发送给信号处理;
步骤三、计算目标的发现概率:当雷达位置探测模块没有探测到雷达的波位信息时,采用斯威林模型计算或者数据库查询的方式进行模拟,在参数控制模块中设置好计算RCS类型后,计算出目标的RCS值后,再通过公式计算出目标的信噪比SNR,计算出信噪比SNR后,通过预先设置的虚警概率和计算出的信噪比SNR,通过插值的方式计算出对应的发现概率;
步骤四、信号处理:将雷达位置探测模块发现的目标信息发送给信号处理。
本发明提供了一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法。具备以下有益效果:
(1)该双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,通过远程工作模式和本地工作模式,可以完整地模拟目标的生成以及雷达对目标的发现过程。
(2)该双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,通过斯威林模型计算模块和数据库查询模块两种计算RCS值的方式,能够方便使用者通过查表的方式或者斯威林模型计算模块技术的方式,实现对于目标发现概率的快速计算。
附图说明
图1为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的总系统图;
图2为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的回波模拟模块的示意图;
图3为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的系统控制模块的示意图;
图4为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的参数设置模块的示意图;
图5为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的目标发现概率计算模块的示意图;
图6为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的应用软件模块之间的连接关系图;
图7为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的信噪比计算公式参数说明;
图8为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的目标发现概率计算流程;
图9为本发明一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法的预设置的虚警率和目标发现概率对照表。
图中:1、雷达回波模拟仿真平台;2、回波模拟模块;3、系统控制模块;4、参数设置模块;5、IP设置模块;6、目标发现概率计算模块。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述,显然,所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例,而不是全部的实施例。
所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明:
请参阅图1-9,本发明提供一种技术方案:一种双模式雷达目标回波数字模拟,包括:
雷达回波模拟仿真平台1,用于模拟目标回波信号的生成和处理;
回波模拟模块2,用于将目标信息转换成极坐标系下对应的信息;
系统控制模块3,用于控制当前平台工作;
参数设置模块4,用于对相关参数进行设置;
IP设置模块5,用于设置从不同现有的源机器获取目标回波信息;
目标发现概率计算模块6,用于获取当前类型目标的发现概率,并且计算处RCS的值。
雷达回波模拟仿真平台1的输出端与回波模拟模块2的输入端双向信号连接,雷达回波模拟仿真平台1的输出端与系统控制模块3的输入端双向信号连接,雷达回波模拟仿真平台1的输出端与参数设置模块4的输入端双向信号连接,雷达回波模拟仿真平台1的输出端与IP设置模块5的输入端双向信号连接,雷达回波模拟仿真平台1的输出端与目标发现概率计算模块6的输入端双向信号连接,远程工作模式:接收由远程机器发送的目标数字信息,报文类型为UDP报文,频率为20Hz,通过解析报文并对数据进行处理后,将数据存入相应的结构体中,经过参数设置模块4将发现的目标数据信息发送给信号处理器,本地工作模式:目标数据信息在本地产生,由操作者通过界面输入形成,经过参数设置模块4将发现的目标数据信息发送给信号处理器。
具体的,目标发现概率计算模块6包括斯威林模型计算模块和数据库查询模块,斯威林模型计算模块的输出端数据库查询模块输入端双向信号连接。
具体的,回波模拟模块2包括目标回波接受模块和杂波接受模块,回波接受模块的输出端与杂波接受模块的输入端双向信号连接,在本地模式下根据预先设置的目标参数在平台提供的绘制面板生成对应的目标轨迹,从而生成对应的数字信息,目标回波接受模块和杂波接受模块接均与回波模拟模块2双向信号连接。
具体的,系统控制模块3包括控制模块、航迹干控模块和雷达参数设置模块,控制模块的输出端与航迹干控模块的输入端信号连接,控制模块的输出端与雷达参数设置模块的输入端信号连接,系统控制模块3主要用于控制系统当前的工作模式、航迹干预以及启动和停止平台工作。
具体的,参数设置模块4包括雷达位置探测模块和误差设置模块,雷达位置探测模块用于探测雷达的波位信息,误差设置模块的输出端与雷达位置探测模块输入端信号连接。
具体的,数据库查询模块用于界面输入的参数,包括目标类型,方位角和俯仰角从一个数据库文件中获取相应的RCS的值。
具体的,斯威林模型计算模块包括斯威林I/II模型和斯威林III/IV模型。
具体的,斯威林I/II模型的RCS的值相关的概率密度函数为:
Figure BDA0003144045310000071
斯威林I/II模型是一种瑞利分布模型,一般适用于粗糙表面或大量的随机散射体的情况是一种慢起伏模型,其中
Figure BDA0003144045310000072
是目标起伏全过程中的平均值,根据上面的概率公式,得到对应的反函数公式:
Figure BDA0003144045310000073
σ服从0到1的均匀分布。
具体的,斯威林III/IV模型的RCS的值相关的概率密度函数为:
Figure BDA0003144045310000074
斯威林III/IV模型服从卡方分布,比较适用于一个比较大的散射体和若干比较小的散射体组成的目标或一个大的散射体在方位上变化较小的情况,是一种快起伏模型,由于概率密度函数的反函数不容易求得,这里采用取舍法进行模拟,假设概率密度函数在一个有限区域[a,b]上是[0,max]的连续有界区间,步骤如下:1)、产生一对(0,1)分布随机数μ1,μ2,2)、根据μ1计算未知量X在取值范围[a,b]内的一个随机值,3)、根据公式计算出x对应的y,并且通过μ2*max计算一个期望的,4)、如果
Figure BDA0003144045310000075
那么就接收为期望的随机数,RCS值为
Figure BDA0003144045310000076
否则拒绝该点,重新计算。
一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,包括以下步骤:
步骤一、接收远端传输或本地产生的目标和杂波数字信息:数设置模块4在远程模式下,设置好IP地址和端口,然后根据预先规定的协议接收远端传输的目标数字信息,回波模拟模块2接收目标数字信息,验证通过后,将获取到的数字信息转换成协议中要求的数字信息,再将数字信息转换成极坐标系下对应的目标信息,本地模式下,回波模拟模块2按照界面设置的要求产生目标信息,将目标信息转换成极坐标系下对应的目标信息;
步骤二、雷达仿真平台进行波位编排并模拟目标发现过程:对应的目标信息和雷达的波位信息通过时间戳的方式进行关联,对于相同时刻对应的目标信息和雷达的波位信息,通过判断两者的距离、方位和仰角,如果在规定的范围内,可以确定当前时刻对应的目标信息被雷达位置探测模块发现,将雷达位置探测模块发现的目标信息发送给信号处理;
步骤三、计算目标的发现概率:当雷达位置探测模块没有探测到雷达的波位信息时,采用斯威林模型计算或者数据库查询的方式进行模拟,在参数控制模块4中设置好计算RCS类型后,计算出目标的RCS值后,再通过公式计算出目标的信噪比SNR,信噪比SNR计算公式为:
Figure BDA0003144045310000081
计算出信噪比SNR后,通过预先设置的虚警概率和计算出的信噪比SNR,通过插值的方式计算出对应的发现概率,插值法计算公式如下:
Figure BDA0003144045310000082
假设信噪比的值为snr,虚警概率为0.001,当前信噪比在表中对应的上下界为snr_upper和snr_lower,对应的发现概率的上下界为pd_upper和pd_lower。
步骤四、信号处理:将雷达位置探测模块发现的目标信息发送给信号处理。
以上的仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明创造构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于,包括:
雷达回波模拟仿真平台(1),用于模拟目标回波信号的生成和处理;
回波模拟模块(2),用于将目标信息转换成极坐标系下对应的信息;
系统控制模块(3),用于控制当前平台工作;
参数设置模块(4),用于对相关参数进行设置;
IP设置模块(5),用于设置从不同现有的源机器获取目标回波信息;
目标发现概率计算模块(6),用于获取当前类型目标的发现概率,并且计算处RCS的值。
所述雷达回波模拟仿真平台(1)的输出端与回波模拟模块(2)的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台(1)的输出端与系统控制模块(3)的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台(1)的输出端与参数设置模块(4)的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台(1)的输出端与IP设置模块(5)的输入端双向信号连接,所述雷达回波模拟仿真平台(1)的输出端与目标发现概率计算模块(6)的输入端双向信号连接。
2.根据权利要求1所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述目标发现概率计算模块(6)包括斯威林模型计算模块和数据库查询模块,所述斯威林模型计算模块的输出端数据库查询模块输入端双向信号连接。
3.根据权利要求1所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述回波模拟模块(2)包括目标回波接受模块和杂波接受模块,所述回波接受模块的输出端与杂波接受模块的输入端双向信号连接。
4.根据权利要求1所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述系统控制模块(3)包括控制模块、航迹干控模块和雷达参数设置模块,所述控制模块的输出端与航迹干控模块的输入端信号连接,所述控制模块的输出端与雷达参数设置模块的输入端信号连接。
5.根据权利要求1所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述参数设置模块(4)包括雷达位置探测模块和误差设置模块,所述雷达位置探测模块用于探测雷达的波位信息,所述误差设置模块的输出端与雷达位置探测模块输入端信号连接。
6.根据权利要求1所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述数据库查询模块用于界面输入的参数,包括目标类型,方位角和俯仰角从一个数据库文件中获取相应的RCS的值。
7.根据权利要求1所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述斯威林模型计算模块包括斯威林I/II模型和斯威林III/IV模型。
8.根据权利要求7所述的一种双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述斯威林I/II模型的RCS的值相关的概率密度函数为:
Figure FDA0003144045300000021
9.根据权利要求7所述的双模式雷达目标回波数字模拟,其特征在于:所述斯威林III/IV模型的RCS的值相关的概率密度函数为:
Figure FDA0003144045300000022
10.一种双模式雷达目标回波数字模拟及其发现概率计算方法,其特征在于,使用了根据权利要求1-9中任意一项所述的双模式雷达目标回波数字模拟,包括以下步骤:
S1、接收远端传输或本地产生的目标和杂波数字信息:数设置模块(4)在远程模式下,设置好IP地址和端口,然后根据预先规定的协议接收远端传输的目标数字信息,回波模拟模块(2)接收目标数字信息,验证通过后,将获取到的数字信息转换成协议中要求的数字信息,再将数字信息转换成极坐标系下对应的目标信息,本地模式下,回波模拟模块(2)按照界面设置的要求产生目标信息,将目标信息转换成极坐标系下对应的目标信息;
S2、雷达仿真平台进行波位编排并模拟目标发现过程:对应的目标信息和雷达的波位信息通过时间戳的方式进行关联,对于相同时刻对应的目标信息和雷达的波位信息,通过判断两者的距离、方位和仰角,如果在规定的范围内,可以确定当前时刻对应的目标信息被雷达位置探测模块发现;
S3、计算目标的发现概率:当雷达位置探测模块没有探测到雷达的波位信息时,采用斯威林模型计算或者数据库查询的方式进行模拟,在参数控制模块(4)中设置好计算RCS类型后,计算出目标的RCS值后,再通过公式计算出目标的信噪比SNR,计算出信噪比SNR后,通过预先设置的虚警概率和计算出的信噪比SNR,通过插值的方式计算出对应的发现概率;
S4、信号处理:将雷达位置探测模块发现的目标信息发送给信号处理。
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