CN114879152B - 一种基于双门限的雷达p显余辉仿真方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法，方法包括以下步骤：雷达回波模拟器生成方位及对应的雷达视频回波数据；引入衰减因子，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据；采用双门限判决方法调整雷达视频回波在P显上的亮度；将雷达回波数据显示在P显上。本发明通过引入衰减因子，对雷达视频回波幅值进行衰减，将当前方位的视频回波数据幅值与上一圈同方位同距离的衰减后回波数据进行比较，保留幅值更大的回波数据；采用双门限判决方法将处理后的雷达回波数据显示在P显上；经过此方法后，P显余辉仿真效果和实现效率有了进一步地提升。

Description

一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法

技术领域

本发明涉及雷达显示器技术技术领域，尤其涉及一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法。

背景技术

雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标位置的。而雷达显示器是用来显示雷达所获得的目标信息和情报，显示的内容包括目标的位置及其运动轨迹、目标的各种特征参数等。对于特殊种类的雷达，除了测量目标的位置外，还需要根据雷达视频回波特点及变化规律来判别目标的性质(如机型、航迹、架数等)，这就需要有多种雷达显示器。雷达显示器可分为距离显示器、平面显示器、三维显示器等，目前平面显示器是使用最广泛的雷达显示器，它可以显示雷达目标的距离和方位，是二维显示器；平面显示器提供了360°范围的全部平面信息，又称PPI显示器(Plan position indicator)或P显。

雷达P显的余辉效应是通过在雷达P显上留下逐渐消隐的余辉来判断目标的相关参数(方位、距离、大小及运动轨迹等)。传统的P显是利用显示器内部荧光材料产生余辉效应。之后出现了光栅扫描体制的雷达显示器(又称数字式TV雷达显示器)，但光栅扫描显示器无法自动产生荧光材料的余辉效应，这时需要人为的模拟产生余辉效应。画线法、固定扇扫法和逐点消隐法是光栅扫描显示器的余辉主要仿真方法，这几类方法也常用于计算机仿真中，但存在余辉效应仿真效果不明显的问题。

发明内容

为了解决以上问题，本发明实施例提供一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法，具体包括以下步骤：

步骤S1：雷达回波模拟器生成方位及对应的雷达视频回波数据；

步骤S2：引入衰减因子，天线转动为第s圈(s≠1)时，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据；

步骤S3：采用双门限判决方法调整雷达视频回波在P显上的亮度；

步骤S4：将雷达回波数据显示在P显上。

优选地，所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S11：雷达回波模拟器定时生成方位；雷达天线转速固定，雷达天线每转一圈为360度，将其在360度上划分为M个方位；

步骤S12：对于雷达发射信号根据如下公式生成：

其中，s(t)为雷达发射信号，t为时刻，A_s(t)为信号幅度，N为脉冲数，rect()为矩形函数，T_r为脉冲重复周期，τ为脉冲宽度，f_c为发射信号载频，f_s(t)为发射信号时变频率，为发射信号初相，为发射信号的时变相位；

步骤S13：雷达模拟器工作时，雷达发射信号不断定时发射，遇见目标时，雷达模拟器便会生成目标回波数据，由于回波信号往返雷达与目标之间，它将滞后发射脉冲t_r，则由公式：

2R＝ct_r

可知距离与时间的关系；其中，c为光在空气中传播的速度，此时可计算出目标在回波上的距离R；

经过目标散射回的回波信号h(t)可根据公式：

求得，其中N_T为目标回波脉冲数，G_i(t)为目标对发射信号的调制函数，为目标对发射信号相位的调制函数，n_h(t)为环境噪声；

未遇见目标时，则只会接收到环境噪声n_h(t)。

优选地，所述步骤S13后还包括如下步骤：

步骤S14：循环执行步骤S11、S12和S13多次。

优选地，所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S21：当天线转动第一圈时，将雷达回波模拟器生成的方位和同方位雷达视频回波数据保存起来，而天线转动为第s圈(s≠1)时，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据；

步骤S22：采用只需要存储一圈的数据空间，每一圈的视频回波数据不断更新到数据空间；

步骤S23：循环执行步骤S22和步骤S23，直到雷达P显仿真结束。

优选地，所述步骤S3包括如下步骤：引入门限阀值低值low和门限阀值高值high，进行双门限判决:将视频回波数据归一化进行处理，如果回波数据中数据幅值低于low值，则置为0；如果回波数据中数据幅值高于high值，则置为1；如果回波数据中数据幅值处于low和high之间，将回波数据中数据幅值进行挑选放大处理，以使目标处的视频回波在P显中最亮。

优选地，所述挑选放大处理为线性映射、凸性映射、凹性映射中的一种，所述线性映射的变换公式如下：

所述凸性映射的变换公式如下：

所述凹性映射的变换公式如下：

其中，V_after为映射后的幅值，V_former为映射前的幅值。

优选地，所述步骤S4包括如下步骤：

步骤S41：由如下公式计算雷达回波数据每点的距离r：

r＝(ncT_r)/M，n＝1,2,3,…,M；

步骤S42：根据方位和雷达视频回波数据各点的距离，将其显示在雷达P显上。

与现有技术相比，本发明的有益效果包括：本发明一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法示意图，该方法根据雷达回波模拟器生成的方位，将其对应的雷达视频回波数据进行处理，用于P显显示；通过引入衰减因子，对已经显示的雷达视频回波幅值进行衰减，将当前方位的视频回波数据幅值与上一圈同方位同距离的衰减后回波数据进行比较，保留幅值更大的回波数据；给出了一种双门限判决方法调整雷达视频回波在P显上的亮度；采用双门限判决方法将处理后的雷达回波数据显示在P显上；经过此方法后，P显余辉仿真效果和实现效率有了进一步地提升。

附图说明

图1是本发明仿真方法的流程图；

图2是本发明仿真方法的流程图；

图3是本发明雷达发射信号的波形图；

图4是本发明回波信号的波形图；

图5是本发明雷达P显的极坐标图；

图6是不经任何数据处理的雷达P显界面；

图7是本发明雷达P显界面。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。

实施例1

本发明提供了一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法。请参考图1、2，图1、2是本发明仿真方法的流程图；本发明方法包括以下步骤：

步骤S1：雷达回波模拟器生成方位及对应的雷达视频回波数据。

具体的，包括如下步骤：

S11：雷达回波模拟器定时生成方位；雷达天线转速固定，雷达天线每转一圈为360度，将其在360度上划分为M个方位。根据上述方位的划分，(0～360)度分别对应(0，1，2，…，M-1)方位。

S12：对于雷达发射信号根据如下公式生成：

其中，s(t)为雷达发射信号，t为时刻，A_s(t)为信号幅度，N为脉冲数，rect()为矩形函数，T_r为脉冲重复周期，τ为脉冲宽度，f_c为发射信号载频，f_s(t)为发射信号时变频率，为发射信号初相，为发射信号的时变相位。

例如A_s(t)为1，T_r为e^-4s，τ为1*e^-6s时，其发射信号如下图3所示。

S13：雷达模拟器工作时，雷达发射信号不断定时发射，遇见目标时，雷达模拟器便会生成目标回波数据，由于回波信号往返雷达与目标之间，它将滞后发射脉冲t_r，则由公式：

2R＝ct_r

可知距离与时间的关系；其中，c为光在空气中传播的速度，此时可计算出目标在回波上的距离R；

经过目标散射回的回波信号h(t)可根据公式：

求得，其中N_T为目标回波脉冲数，G_i(t)为目标对发射信号的调制函数，为目标对发射信号相位的调制函数，n_h(t)为环境噪声；

未遇见目标时，则只会接收到环境噪声n_h(t)。

雷达发射信号若遇见目标，雷达接收机会接收到雷达回波信号，否则只接收到环境噪声和杂波。

例如A_s(t)为1，T_r为e^-4s，τ为1*e^-6s时，目标距离为19km时，回波信号如图4所示。

根据步骤S11、S12和S13，可以得到方位及同方位回波视频数据。若要不断得到回波视频数据则需定时产生方位及视频回波数据，即重复执行步骤S11，S12和S13。优选的，步骤S11、S12和S13之后还包括如下步骤：

S14：循环执行步骤S11、S12和S13多次。

步骤S2：引入衰减因子，天线转动为第s圈(s≠1)时，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据。

引入衰减因子α，其目的为：通常雷达天线的转速为几转每分钟至几十转每分钟，那么天线转一圈为几秒至几十秒；对目标而言最快速度为声速，雷达天线转一圈后，目标处于前一圈目标附近，故引入衰减因子α可模拟出真实场景。

具体的，步骤S2包括如下步骤：

S21：当天线转动第一圈时，将雷达回波模拟器生成的方位和同方位雷达视频回波数据保存起来，而天线转动为第s圈(s≠1)时，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据。

S22：采用只需要存储一圈的数据空间，每一圈的视频回波数据不断更新到数据空间。

S23：循环执行步骤S22和步骤S23，直到雷达P显仿真结束。

随着圈数不断增加后，对目标而言其视频回波信号的幅值比噪声大很多，那么经过比较后，目标回波数据得到了保存，直至衰减到噪声大小后消失。

步骤S3：采用双门限判决方法调整雷达视频回波在P显上的亮度。

具体的，步骤S3包括如下步骤：引入门限阀值低值low和门限阀值高值high，进行双门限判决:将视频回波数据归一化进行处理，如果回波数据中数据幅值低于low值，则置为0；如果回波数据中数据幅值高于high值，则置为1；如果回波数据中数据幅值处于low和high之间，将回波数据中数据幅值进行挑选放大处理，以使目标处的视频回波在P显中最亮。

优选的，所述挑选放大处理为线性映射、凸性映射、凹性映射中的一种，所述线性映射的变换公式如下：

所述凸性映射的变换公式如下：

所述凹性映射的变换公式如下：

其中，V_after为映射后的幅值，V_former为映射前的幅值。

变换后的视频回波数据就是将变换前的视频回波数据进行挑选放大，此映射可增强雷达数据较高幅值亮度，通过选择合适的双门限判决方法，最终可清晰显示出雷达P显余辉。

步骤S4：将雷达回波数据显示在P显上。

如图5所示，雷达P显的坐标为极坐标，其中圆点为雷达位置，只需知道方位和距离便可精确确认目标所在雷达P显位置。

具体的，步骤S4包括如下步骤：

S41：由如下公式计算雷达回波数据每点的距离r：

r＝(ncT_r)/M，n＝1,2,3,…,M。

S42：根据方位和雷达视频回波数据各点的距离，将其显示在雷达P显上。

图6为不经任何数据处理的雷达P显界面。如图6所示，不经任何数据处理时雷达P显界面不能看到余辉现象，并且雷达目标处呈现亮弧暗淡；若杂波或噪声幅值偏大时会导致界面全是暗淡的亮点，这给目标的识别和目标相关参数的判断带来了困难。

如图7所示为本发明雷达P显界面。如图7所示，本发明的雷达P显界面上可以看见雷达目标的余辉现象，并且目标处呈现的亮弧清晰易识别；若有杂波或噪声幅值偏大时也能清楚地显示。

图7中，天线转动四圈，显示的十个目标中，当运动速度较大时可看见目标运动航迹，如45度方位85km附近目标远离雷达站，并且目标中心处的亮弧保留时间越久。

本发明一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法示意图，该方法根据雷达回波模拟器生成的方位，将其对应的雷达视频回波数据进行处理，用于P显显示；通过引入衰减因子，对已经显示的雷达视频回波幅值进行衰减，将当前方位的视频回波数据幅值与上一圈同方位同距离的衰减后回波数据进行比较，保留幅值更大的回波数据；给出了一种双门限判决方法调整雷达视频回波在P显上的亮度；采用双门限判决方法将处理后的雷达回波数据显示在P显上；经过此方法后，P显余辉仿真效果和实现效率有了进一步地提升。

以上所述本发明的具体实施方式，并不构成对本发明保护范围的限定。任何根据本发明的技术构思所做出的各种其他相应的改变与变形，均应包含在本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种基于双门限的雷达P显余辉仿真方法，其特征在于，包括以下的步骤：

步骤S1：雷达回波模拟器生成方位及对应的雷达视频回波数据；

步骤S2：引入衰减因子，天线转动为第s圈(s≠1)时，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据；

所述步骤S2包括如下步骤：

步骤S21：当天线转动第一圈时，将雷达回波模拟器生成的方位和同方位雷达视频回波数据保存起来，而天线转动为第s圈(s≠1)时，将前一圈同方位雷达视频回波数据与衰减因子α相乘，与当前方位数据各点幅值进行比较，保留幅值更大的视频回波数据；

步骤S22：采用只需要存储一圈的数据空间，每一圈的视频回波数据不断更新到数据空间；

步骤S23：循环执行步骤S22和步骤S23，直到雷达P显仿真结束；

步骤S3：采用双门限判决方法调整雷达视频回波在P显上的亮度；

所述步骤S3包括如下步骤：引入门限阀值低值low和门限阀值高值high，进行双门限判决:将视频回波数据归一化进行处理，如果回波数据中数据幅值低于low值，则置为0；如果回波数据中数据幅值高于high值，则置为1；如果回波数据中数据幅值处于low和high之间，将回波数据中数据幅值进行挑选放大处理，以使目标处的视频回波在P显中最亮；

步骤S4：将雷达回波数据显示在P显上。

2.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于：所述步骤S1包括如下步骤：

步骤S11：雷达回波模拟器定时生成方位；雷达天线转速固定，雷达天线每转一圈为360度，将其在360度上划分为M个方位；

步骤S12：对于雷达发射信号根据如下公式生成：

其中，s(t)为雷达发射信号，t为时刻，A_s(t)为信号幅度，N为脉冲数，rect()为矩形函数，T_r为脉冲重复周期，τ为脉冲宽度，f_c为发射信号载频，f_s(t)为发射信号时变频率，为发射信号初相，为发射信号的时变相位；

步骤S13：雷达模拟器工作时，雷达发射信号不断定时发射，遇见目标时，雷达模拟器便会生成目标回波数据，由于回波信号往返雷达与目标之间，它将滞后发射脉冲t_r，则由公式：

2R＝ct_r

可知距离与时间的关系；其中，c为光在空气中传播的速度，此时可计算出目标在回波上的距离R；

经过目标散射回的回波信号h(t)可根据公式：

求得，其中N_T为目标回波脉冲数，G_i(t)为目标对发射信号的调制函数，为目标对发射信号相位的调制函数，n_h(t)为环境噪声；

未遇见目标时，则只会接收到环境噪声n_h(t)。

3.如权利要求2所述的仿真方法，其特征在于：所述步骤S13后还包括如下步骤：

步骤S14：循环执行步骤S11、S12和S13多次。

4.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于：所述挑选放大处理为线性映射、凸性映射、凹性映射中的一种，所述线性映射的变换公式如下：

所述凸性映射的变换公式如下：

所述凹性映射的变换公式如下：

其中，V_after为映射后的幅值，V_former为映射前的幅值。

5.如权利要求1所述的仿真方法，其特征在于：所述步骤S4包括如下步骤：

步骤S41：由如下公式计算雷达回波数据每点的距离r：

r＝(ncT_r)/M，n＝1,2,3,…,M；

步骤S42：根据方位和雷达视频回波数据各点的距离，将其显示在雷达P显上。