分布式机会阵雷达非合作目标动态回波的高精度计算方法与流程

本发明涉及雷达信号处理领域，特别涉及一种分布式机会阵雷达非合作目标动态回波的高精度计算方法。

背景技术：

分布式机会阵雷达系统的目标电磁散射特性和目标回波模型是分布式机会阵雷达系统的核心技术之一，分布式机会阵雷达由于雷达平台和目标之间的高速运动和姿态变化等使雷达目标回波信号随时间、空间和视线变化等因素具有瞬时动态变化大、不确定性高等特点，准确描述动态回波特性难度大。目前利用复杂目标的静态rcs(雷达散射截面积)计算是当前比较成熟的方法，但静态目标的rcs不能够精准的反映雷达动态目标的电磁散射。

技术实现要素：

发明目的：为了能够准确的描述动态回波特性，本发明提供一种分布式机会阵雷达非合作目标动态回波的高精度计算方法。

技术方案：本发明提供一种分布式机会阵雷达非合作目标动态回波的高精度计算方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据飞行器的几何模型，建立飞行器全空域静态rcs序列数据库；

步骤2：根据飞行器的飞行航迹和在飞行过程中的姿态扰动影响，计算飞行器在雷达坐标系中的航迹和姿态变化，得到雷达视线在飞行器坐标系上的时变姿态角，根据时变姿态角在飞行器全空域静态rcs序列数据库中对应的rcs值，得到特定航迹下的非合作目标动态rcs序列；

步骤3:基于上述非合作目标动态rcs序列，根据雷达收、发平台位置和波束参数，确定收发波束的重叠区域，从而提取各散射点对应的rcs值和各散射点的距离，并根据各散射点的距离，得到散射点的回波相位和各散射点所在的距离门，叠加同一距离门内所有散射点的散射特性，得到该距离门的等效散射中心的频域散射特性，从而得该距离门的等效散射中心的时域散射特性；

步骤4：根据步骤3所述的距离门的等效散射中心的时域散射特性与雷达发射信号的多距离门载频信号，获得每个等效散射中心的时域回波信号；

步骤5：对每个等效散射中心的时域回波信号进行多普勒频率调制，延迟叠加之后得到宽带雷达目标的动态回波信号。

进一步的，所述步骤1采用greco(图形电磁)算法，根据飞行器与雷达之间的距离、散射场的强度和入射场的强度，利用greco算法得到飞行器全空域静态rcs序列数据库。

进一步的，所述步骤3中距离门的等效散射中心的时域散射特性的具体计算步骤为：

步骤3.1:将回波信号分成若干个小平面单元，根据复杂目标小平面单元模型，得到各小平面单元的中心坐标；

步骤3.2：根据kirchhoff近似模型，得到各小平面单元的后向散射系数；

步骤3.3：在距离向上根据天线、各小平面单元的几何关系、雷达收、发平台的位置、双基角，确定双基角平分线方向上的距离门所属的小平面单元；

步骤3.4：根据双基角平分线方向上的距离门所属的小平面单元的后向散射系数和叠加的同一距离门内所有散射点的散射特性，得到该距离门的等效散射中心的频域散射特性；

步骤3.5：对上述距离门的等效散射中心的频域散射特性进行逆傅里叶变换计算，得到该距离门的等效散射中心的时域散射特性。

进一步的，所述距离门的等效散射中心的时域散射特性与雷达发射信号的多距离门载频信号做卷积运算，得到每个等效散射中心对应的目标回波信号sbr(t)；

其中hbn(t)为第n个距离门的等效散射中心的时域散射特性,sc(t)为雷达发射信号的多距离门载频信号：

其中an为第n个距离门的等效散射中心对应的雷达天线增益和空间衰减总和；st(t)为雷达线性调频信号，b为雷达发射信号的带宽；n＝1,2,3,…,n，n为回波信号中距离门的个数；

根据st(t)＝rect(t/tp)exp[j2πf0+jπμt²]，其中tp为雷达发射信号的带宽的脉宽；μ为调频斜率μ＝b/tp，f0为雷达发射信号的起始频率，得到：

其中hbn(f)为第n个距离门的等效散射中心的散射频域特性，pt为雷达发射功率；和分别为第n个距离门的等效散射中心在发射平台与目标视线方向接收平台与目标视线方向的发射、接收天线增益；θtn、为第n个距离门的等效散射中心在发射平台的仰俯角和方位角；θrn、为第n个距离门的等效散射中心在接收平台的仰俯角和方位角；rtn(ttn)和rrn(trn)分别为发射、接收平台到第n个距离门的散射中心的距离，ttn与trn分别为到达发射、接受平台的时间延迟；c为光速；j为复数。

进一步的，所述多普勒频率调制的具体方法为：设第n个距离门的等效散射中心的多普勒频率为fdn，则：

srn(t)＝in(t)·cos[2πfdnt]-qn(t)·sin[2πfdnt]

其中，in(t)和qn(t)分别为第n个距离门的等效散射中心的的回波i分量和q分量，srn(t)为fdn调制后的第n个距离门的等效散射中心回波信号。

有益效果：本发明是在静态目标rcs计算的基础上，通过全空间的静态目标rcs数据序列来构建动态目标的rcs数据序列。在目标动态rcs的基础上，进一步计算目标的回波信号，本发明能够准确描述分布式机会阵雷达非合作目标的动态回波信号，是实现雷达系统资源管理(调度)、目标检测和目标跟踪的重要理论和技术基础。

附图说明

图1为本发明的目标动态rcs仿真流程图；

图2为本发明的飞行器的目标几何建模；

图3为本发明的计算等效散射中心的时域散射特性的方法。

具体实施方式

构成本发明的一部分的附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。

如图1-3所示，本发明提供一种分布式机会阵雷达非合作目标动态回波的高精度计算方法，具体包括如下步骤：

步骤1：根据飞行器的几何模型，建立飞行器全空域静态rcs序列数据库；

飞机外形重建应该遵守原有几何设计准则，以保证飞机的理论外形，像有些曲面之间是切矢，曲率连续，不能简单用点连续来代替，这样构造出来的曲面就会产生明显的分界线，造成不必要的误差。同时，构造曲面时应严格按所绘制的轮廓线去定义划分区域，不能简单的以整张曲面去替换所在区域的全部曲面，这样会造成曲面过渡问题，使几何图形失真。

飞机外形的各个部件的特点都不相同，像机身是由纵向轮廓线，横向截面定义构成，进气道在纵向上为按一定规律的横向变截面的曲面组成，在构造曲面时，应抓住部件的具体特点，进行分块构建。为确保分块建模精确形成，必须先绘制纵向控制线和截面线构成曲面的轮廓线，再定义曲面。

利用图形电磁(greco)计算法，得到飞行器目标rcs：

其中r为飞机与雷达之间的距离；e^s为散射场；eⁱ为入射场。

步骤2：根据飞行器的飞行航迹和在飞行过程中的姿态扰动影响，计算飞行器在雷达坐标系中的航迹和姿态变化，得到雷达视线在飞行器坐标系上的时变姿态角，根据时变姿态角在飞行器全空域静态rcs序列数据库中对应的rcs值，得到特定航迹下的非合作目标动态rcs序列；

步骤3:基于上述非合作目标动态rcs序列，将每个距离门的rcs值分解成二维或三维的等效散射中心，根据雷达收、发平台位置和波束参数，确定收发波束的重叠区域，从而提取各散射点对应的rcs值和各散射点的距离，根据rcs值获得散射点的电磁散射特性，并根据各散射点的距离，得到散射点的回波相位和各散射点所在的距离门，叠加同一距离门内所有散射点的散射特性，得到该距离门的等效散射中心的频域散射特性，从而得到该距离门的等效散射中心的时域散射特性；

步骤4：根据步骤3所述的距离门的等效散射中心的时域散射特性与雷达发射信号的多距离门载频信号，获得每个等效散射中心对应的目标时域回波信号；

步骤5：对每个等效散射中心对应的目标时域回波信号进行多普勒频率调制，延迟叠加之后得到宽带雷达目标的动态回波信号。

所述步骤3中距离门的等效散射中心的时域散射特性的具体计算步骤为：

步骤3.1:将回波信号分成若干个小平面单元，根据复杂目标小平面单元模型，得到各小平面单元的中心坐标；

步骤3.2：根据基尔霍夫(kirchhoff)近似模型，得到各小平面单元的后向散射系数；

步骤3.3：在距离向上根据天线、各小平面单元的几何关系、雷达收、发平台的位置、双基角，确定双基角平分线方向上的距离门所属的小平面单元，所述双基角等效为单机地雷达的仰俯角、方位角；

根据双基角平分线方向上的距离门所属的小平面单元的后向散射系数和叠加的同一距离门内所有散射点的散射特性，得到该距离门的等效散射中心的频域散射特性；

步骤3.5：对上述距离门的等效散射中心的频域散射特性进行逆傅里叶变换计算，得到该距离门的等效散射中心的时域散射特性；

hbn(t)＝ft^-1[hbn(f)]

其中ft^-1为逆傅里叶变换，hbn(t)为第n个距离门的等效散射中心的时域散射特性，其中hbn(f)为第n个距离门的等效散射中心的频域散射特性。

步骤4中，所述距离门的等效散射中心的时域散射特性与雷达发射信号的多距离门载频信号做卷积运算，得到每个等效散射中心对应的目标回波信号sbr(t)；

sc(t)为雷达发射信号的多距离门载频信号：

其中an为第n个距离门的等效散射中心对应的雷达天线增益和空间衰减总和；st(t)为雷达线性调频信号，b为雷达发射信号的带宽；n为回波信号中距离门的个数；

根据其中tp为雷达发射信号的带宽的脉宽；μ为调频斜率μ＝b/tp，f0为雷达发射信号的起始频率得到：

其中hbn(f)为第n个距离门的等效散射中心的散射频域特性，pt为雷达发射功率；和分别为第n个距离门的等效散射中心在发射平台与目标视线方向接收平台与目标视线方向的发射、接收天线增益；θtn、为第n个距离门的等效散射中心在发射平台的仰俯角和方位；θrn、为第n个距离门的等效散射中心在接受平台的仰俯角和方位，ttn与trn分别为到达发射、接受平台的时间延迟；c为光速；j为复数，ft^-1为逆傅里叶变换。

所述多普勒频率调制的具体方法为：设第n个距离门的等效散射中心的多普勒频率为fdn，则：

srn(t)＝in(t)·cos[2πfdnt]-qn(t)·sin[2πfdnt]

其中，in(t)和qn(t)分别为第n个距离门的等效散射中心的的回波i分量和q分量，srn(t)为fdn调制后的第n个距离门的等效散射中心回波信号。

另外需要说明的是，在上述具体实施方式中所描述的各个具体技术特征，在不矛盾的情况下，可以通过任何合适的方式进行组合。为了避免不必要的重复，本发明对各种可能的组合方式不再另行说明。