CN116482631A - 一种基于雷达回波信号的目标模拟方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出了一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，包括：S1、对模拟的雷达回波信号进行预处理并获取所述信号的目标数据；S2、基于目标数据建立回波信号数学模型；S3、利用回波信号数学模型对预处理后的数据进行参数优化；S4、基于参数优化后的数据获取模型的构建参数，并基于模型的构建参数建立回波信号模型；S5、根据回波信号模型重构每个时刻下的雷达回波信号，实现对雷达回波信号的目标模拟；本发明能够有效消除雷达回波信号的干扰和杂波来建立回波信号模型以重构雷达回波信号，显著提高了雷达信号模拟的精度。

Description

一种基于雷达回波信号的目标模拟方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，具体而言，涉及一种基于雷达回波信号的目标模拟方法。

背景技术

雷达是一种用于检测和定位目标的电磁系统，通过自身发射射频能量辐射到空间，当遇到物体时由目标物体反射回波信号来进行探测工作，返回到雷达的反射能量不仅表明了在某一方位上存在目标，而且还能通过比较会波信号与发射信号的差值来确定目标物体的具体信息，比如方位、速度等。

在雷达模拟仿真训练中，为了实现对模拟目标的距离、速度与方位的精确检测与跟踪，现有一种根据用户的需求在历史雷达信号中匹配出最适配的雷达回波信号，以使用户在接收到雷达回波信号时可识别判断模拟目标的状态的雷达信号模拟方法。但随着雷达系统的不断发展，雷达信号所涵盖的范围逐渐变大，精度越来越高，在历史雷达信号的数据量有限的前提下，用户往往在历史雷达信号中不能匹配到距离、速度与方位完全相同的模拟雷达信号。即，根据历史雷达信号匹配出的雷达回波信号往往与模拟目标真实的雷达回波信号具有较大的误差。因此，如何提高雷达信号模拟的精度，是一个亟需解决的技术问题。

基于此，本申请提出一种基于雷达回波信号的目标模拟方法来解决上述问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其能够显著提高雷达回波信号的目标模拟的精度。

本发明的技术方案为：

本申请提供一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其包括以下步骤：

S1、获取模拟的雷达回波信号进行预处理并获取上述信号的目标数据；

S2、基于目标数据建立回波信号数学模型；

S3、利用回波信号数学模型对预处理后的数据进行参数优化；

S4、基于参数优化后的数据获取模型的构建参数，并基于模型的构建参数建立回波信号模型；

S5、根据回波信号模型重构每个时刻下的雷达回波信号，实现对雷达回波信号的目标模拟。

进一步地，上述步骤S1中，获取上述模拟的雷达回波信号的步骤包括：接收雷达发射信号，并通过下变频处理将雷达发射信号的频率转变为低中频的雷达信号，然后通过AD转换为数字化雷达信号，然后进行下变频以得到零中频的数字化雷达信号，然后根据目标设置参数在基带信号进行回波信息调制、点目标信息实时生成并经过DUC/DAC后产生低中频目标回波，最后再上变频后输出，以得到模拟的雷达回波信号。

进一步地，步骤S1中，上述预处理的过程包括对雷达回波信号进行滑动平均滤波和傅里叶变换以将其从时域转换为频域，然后对雷达回波信号进行带通滤波和逆傅里叶变换以将其从频域转换为时域，最后将雷达回波信号中的反射波信号成分进行放大以获取预处理后的数据。

进一步地，上述目标数据包括雷达信号的幅度因子、雷达发射电磁波的波长和雷达回波信号的延迟。

进一步地，上述步骤S2中，上述回波信号数学模型的表达式包括：

其中，表示地面一散射点的发射脉冲，/>为接收信号的幅度因子，/>为光速，/>表示加速度，/>表示任意时刻，j为复数，/>为雷达发射电磁波的波长，/>为地面一散射点到天线相位中心的距离，/>为发射信号脉冲宽度，exp表示指数函数，/>表示相位，N为天线相位中心总个数，n为地面目标总个数。

进一步地，步骤S3还包括对参数优化后的目标数据进行去噪处理以去除干扰信号。

进一步地，步骤S4中，上述模型的构建参数包括雷达发射信号的发射频率、工作波长、发射信号带宽、发射信号时宽、发射脉冲重复周期、发射脉冲重复频率、采样频率、噪声功率、雷达检测范围内存在的目标总个数、每个目标的距离、每个目标的速度、每个目标的反射系数和每个目标的回波脉冲数。

进一步地，步骤S4中，上述回波信号模型的表达式为：

其中，表示雷达发射脉冲，/>为场景中点目标的个数，/>为第/>个目标回波的幅度因子，/>为光速，/>表示加速度，/>表示任意时刻，j表示复数，/>为雷达发射电磁波的波长，/>为第/>个目标到天线相位中心的距离，/>为发射信号脉冲宽度，exp表示指数函数，/>表示相位，N为天线相位中心总个数，n为地面目标总个数。

进一步地，步骤S5中，还包括对重构的每个时刻下的雷达回波信号采用高斯滤波器进行滤波处理。

相对于现有技术，本发明至少具有如下优点或有益效果：

（1）本发明一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，通过建立回波信号数学模型，并利用回波信号数学模型对预处理后的数据进行参数优化，同时对优化后的参数进行去噪处理，能够有效消除雷达回波信号的干扰和杂波来建立回波信号模型以重构雷达回波信号，显著提高了雷达信号模拟的精度；

（2）本发明根据回波信号模型重构每个时刻下的雷达回波信号，可以满足系统实时性要求，有效地降低了开发的硬件成本并显著提高了开发的效率；

（3）本发明提供的回波信号模型可以根据被试雷达参数、所模拟目标的雷达截面积、目标至雷达的距离和目标速度等影响目标回波信号强度的诸多因素，计算不同距离下每个雷达目标脉冲信号的强度以及所需输出信号幅度的衰减值，控制射频通道中的数控衰减器进行幅度控制，实现控制到达雷达接收的雷达目标信号强度，到达雷达接收的雷达目标信号强度即计算值，从而实现了模拟雷达目标信号的强度的精准控制。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他相关的附图。

图1为本发明一种基于雷达回波信号的目标模拟方法的步骤流程图。

具体实施方式

为使本申请实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本申请实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

因此，以下对在附图中提供的本申请的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本申请的范围，而是仅仅表示本申请的选定实施例。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

应注意到：相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项，因此，一旦某一项在一个附图中被定义，则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。

需要说明的是，在本文中，术语“包括”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

下面结合附图，对本申请的一些实施方式作详细说明。在不冲突的情况下，下述的各个实施例及实施例中的各个特征可以相互组合。

实施例

请参阅图1，图1所示为本申请实施例提供的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法的步骤流程图。

本申请提供一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其包括以下步骤：

S1、获取模拟的雷达回波信号进行预处理并获取信号的目标数据；

S2、基于目标数据建立回波信号数学模型；

S3、利用回波信号数学模型对预处理后的数据进行参数优化；

S4、基于参数优化后的数据获取模型的构建参数，并基于模型的构建参数建立回波信号模型；

S5、根据回波信号模型重构每个时刻下的雷达回波信号，实现对雷达回波信号的目标模拟。

作为一种优选的实施方式，步骤S1中，获取模拟的雷达回波信号的步骤包括：接收雷达发射信号，并通过下变频处理将雷达发射信号的频率转变为低中频的雷达信号，然后通过AD转换为数字化雷达信号，然后进行下变频以得到零中频的数字化雷达信号，然后根据目标设置参数在基带信号进行回波信息调制（卷积及延迟等）、点目标信息实时生成并经过DUC/DAC（数字上变频）后产生低中频目标回波，最后再上变频后输出，以得到模拟的雷达回波信号。

作为一种优选的实施方式，步骤S1中，预处理的过程包括对雷达回波信号进行滑动平均滤波和傅里叶变换以将其从时域转换为频域，然后对雷达回波信号进行带通滤波和逆傅里叶变换以将其从频域转换为时域，最后将雷达回波信号中的反射波信号成分进行放大以获取预处理后的数据。

作为一种优选的实施方式，目标数据包括雷达信号的幅度因子、雷达发射电磁波的波长和雷达回波信号的延迟。

作为一种优选的实施方式，步骤S2中，回波信号数学模型的表达式包括：

其中，表示地面一散射点的发射脉冲，/>为接收信号的幅度因子，/>为光速，/>表示加速度，/>表示任意时刻，j为复数，/>为雷达发射电磁波的波长，/>为地面一散射点到天线相位中心的距离，/>为发射信号脉冲宽度，exp表示指数函数，/>表示相位，N为天线相位中心总个数，n为地面目标总个数。

作为一种优选的实施方式，步骤S3还包括对参数优化后的目标数据进行去噪处理以去除干扰信号。

作为一种优选的实施方式，步骤S4中，模型的构建参数包括雷达发射信号的发射频率、工作波长、发射信号带宽、发射信号时宽、发射脉冲重复周期、发射脉冲重复频率、采样频率、噪声功率、雷达检测范围内存在的目标总个数、每个目标的距离、每个目标的速度、每个目标的反射系数和每个目标的回波脉冲数。

作为一种优选的实施方式，步骤S4中，回波信号模型的表达式为：

其中，表示雷达发射脉冲，/>为场景中点目标的个数，/>为第/>个目标回波的幅度因子，/>为光速，/>表示加速度，/>表示任意时刻，j表示复数，/>为雷达发射电磁波的波长，/>为第/>个目标到天线相位中心的距离，/>为发射信号脉冲宽度，exp表示指数函数，/>表示相位，N为天线相位中心总个数，n为地面目标总个数。

作为一种优选的实施方式，步骤S5中，还包括对重构的每个时刻下的雷达回波信号采用高斯滤波器进行滤波处理。

可以理解，图中所示的结构仅为示意，一种基于雷达回波信号的目标模拟方法还可包括比图中所示更多或者更少的组件，或者具有与图中所示不同的配置。图中所示的各组件可以采用硬件、软件或其组合实现。

在本申请所提供的实施例中，应该理解到，所揭露的方法，也可以通过其它的方式实现。以上所描述的实施例仅仅是示意性的，例如，附图中的流程图或框图显示了根据本申请的多个实施例的方法和计算机程序产品的可能实现的体系架构、功能和操作。在这点上，流程图或框图中的每个方框可以代表一个模块、程序段或代码的一部分，所述模块、程序段或代码的一部分包含一个或多个用于实现规定的逻辑功能的可执行指令。也应当注意，在有些作为替换的实现方式中，方框中所标注的功能也可以以不同于附图中所标注的顺序发生。例如，两个连续的方框实际上可以基本并行地执行，它们有时也可以按相反的顺序执行，这依所涉及的功能而定。也要注意的是，框图和/或流程图中的每个方框、以及框图和/或流程图中的方框的组合，可以用执行规定的功能或动作的专用的基于硬件的系统来实现，或者可以用专用硬件与计算机指令的组合来实现。

另外，在本申请各个实施例中的各功能模块可以集成在一起形成一个独立的部分，也可以是各个模块单独存在，也可以两个或两个以上模块集成形成一个独立的部分。

所述功能如果以软件功能模块的形式实现并作为独立的产品销售或使用时，可以存储在一个计算机可读取存储介质中。基于这样的理解，本申请的技术方案本质上或者说对现有技术做出贡献的部分或者该技术方案的部分可以以软件产品的形式体现出来，该计算机软件产品存储在一个存储介质中，包括若干指令用以使得一台计算机设备（可以是个人计算机，服务器，或者网络设备等）执行本申请各个实施例所述方法的全部或部分步骤。而前述的存储介质包括：U盘、移动硬盘、只读存储器（ROM，Read-Only Memory）、随机存取存储器（RAM，Random Access Memory）、磁碟或者光盘等各种可以存储程序代码的介质。

综上所述，本申请实施例提供的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，通过建立回波信号数学模型，并利用回波信号数学模型对预处理后的数据进行参数优化，同时对优化后的参数进行去噪处理，能够有效消除雷达回波信号的干扰和杂波来建立回波信号模型以重构雷达回波信号，显著提高了雷达信号模拟的精度；根据回波信号模型重构每个时刻下的雷达回波信号，可以满足系统实时性要求，有效地降低了开发的硬件成本并显著提高了开发的效率，通过回波信号模型实现了模拟雷达目标信号的强度的精准控制。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

对于本领域技术人员而言，显然本申请不限于上述示范性实施例的细节，而且在不背离本申请的精神或基本特征的情况下，能够以其它的具体形式实现本申请。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本申请的范围由所附权利要求而不是上述说明限定，因此旨在将落在权利要求的等同要件的含义和范围内的所有变化囊括在本申请内。不应将权利要求中的任何附图标记视为限制所涉及的权利要求。

Claims (9)

1.一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，包括以下步骤：

S1、对模拟的雷达回波信号进行预处理并获取所述信号的目标数据；

S2、基于目标数据建立回波信号数学模型；

S3、利用回波信号数学模型对预处理后的数据进行参数优化；

S4、基于参数优化后的数据获取模型的构建参数，并基于模型的构建参数建立回波信号模型；

S5、根据回波信号模型重构每个时刻下的雷达回波信号，实现对雷达回波信号的目标模拟。

2.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S1中，获取所述模拟的雷达回波信号的步骤包括：接收雷达发射信号，并通过下变频处理将雷达发射信号的频率转变为低中频的雷达信号，然后通过AD转换为数字化雷达信号，然后进行下变频以得到零中频的数字化雷达信号，然后根据目标设置参数在基带信号进行回波信息调制、点目标信息实时生成并经过DUC/DAC后产生低中频目标回波，最后再上变频后输出，以得到模拟的雷达回波信号。

3.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S1中，所述预处理的过程包括对雷达回波信号进行滑动平均滤波和傅里叶变换以将其从时域转换为频域，然后对雷达回波信号进行带通滤波和逆傅里叶变换以将其从频域转换为时域，最后将雷达回波信号中的反射波信号成分进行放大以获取预处理后的数据。

4.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，所述目标数据包括雷达信号的幅度因子、雷达发射电磁波的波长和雷达回波信号的延迟。

5.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S2中，所述回波信号数学模型的表达式包括：

其中，表示地面一散射点的发射脉冲，/>为接收信号的幅度因子，/>为光速，/>表示加速度，/>表示任意时刻，j为复数，/>为雷达发射电磁波的波长，/>为地面一散射点到天线相位中心的距离，/>为发射信号脉冲宽度，exp表示指数函数，/>表示相位，N为天线相位中心总个数，n为地面目标总个数。

6.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S3还包括对参数优化后的目标数据进行去噪处理以去除干扰信号。

7.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S4中，所述模型的构建参数包括雷达发射信号的发射频率、工作波长、发射信号带宽、发射信号时宽、发射脉冲重复周期、发射脉冲重复频率、采样频率、噪声功率、雷达检测范围内存在的目标总个数、每个目标的距离、每个目标的速度、每个目标的反射系数和每个目标的回波脉冲数。

8.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S4中，所述回波信号模型的表达式为：

其中，表示雷达发射脉冲，/>为场景中点目标的个数，/>为第/>个目标回波的幅度因子，/>表示加速度，/>为光速，/>表示任意时刻，j表示复数，/>为雷达发射电磁波的波长，/>为第/>个目标到天线相位中心的距离，/>为发射信号脉冲宽度，exp表示指数函数，/>表示相位，N为天线相位中心总个数，n为地面目标总个数。

9.如权利要求1所述的一种基于雷达回波信号的目标模拟方法，其特征在于，步骤S5中，还包括对重构的每个时刻下的雷达回波信号采用高斯滤波器进行滤波处理。