一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法与流程

本发明涉及航天模拟技术领域，特别涉及一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法。

背景技术：

在高动态目标测控系统的研制和使用过程中，高动态目标的研制和使用具有成本高，难度大，容错率低等问题；在实际进行高动态目标测控任务前，需要通过某种方式完成高动态目标与地面测控系统的联合调试并检验设备的工作状态；现有的常规方法为通过计算机直连的方式为测控系统提供模拟高动态目标的信号，验证系统是否正常工作。

《通用性超高精度动态模拟器》(专利号cn102759730b，发明人兰宏志)提出了一种通用型超高精度动态模拟器，通过fpga控制存储器读写地址及对缓存器读写时钟进行数字移相来实现粗细时延的控制，再根据输入的速度及加速度参数推算出读钟上应加的多普勒频率及其变化率。

这种方法可以验证测控系统的基本功能，但并不能完全模拟实际工作中测控系统的工作状态；因此需要设计一种新的方法，能够以较为低廉的成本，代替高动态目标与测控系统联合测试，模拟测控系统的工作状态，实现测控系统的整体功能验证。

技术实现要素：

为了克服现有技术中的不足，本发明提供一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法，该方法使地面测控站真实还原了完成高动态目标测控任务时的工作状态，并对地面测控站完成高动态目标测控任务中需要的测速元素和测距元素进行了模拟。

为了达到上述发明目的，解决其技术问题所采用的技术方案如下：

一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法，利用无人机及机载应答机模拟高动态目标，验证地面测控站跟踪及测量功能，联合地面测控站完成测控试验验证及训练测试，包括以下步骤：

步骤1：利用无人机模拟飞行轨迹完成对高动态目标相对地面测控站飞行轨迹的等效；

步骤2：根据高动态目标飞行轨迹和无人机模拟飞行轨迹，在无人机机载应答机中完成地面测控站对高动态目标的测速元素和测距元素模拟。

进一步的，在步骤1的模拟过程中：

通过对无人机飞行参数的控制使无人机在每一时刻处于被模拟的高动态目标飞行轨迹在该时刻的位置与地面测控站天线相连的直线上；

无人机在其平飞速度、加速度、升降速度、转弯半径的性能指标范围之内进行飞行轨迹的模拟；

当需要的飞行轨迹参数超出无人机性能范围时，可通过分段模拟后拼接处理的方式形成完整的飞行动态模拟曲线，规避无人机飞行轨迹中的运动状态突变及超出飞行参数极限的情况。

进一步的，步骤2中，根据高动态目标和无人机模拟飞行轨迹，通过实时调整无人机上机载应答机的收发频率转发比，使地面测控站接收到的无人机机载应答机下行信号与正常工作中接收到的高动态目标上应答机下行信号频率相等且与地面测控站发射的上行信号相参，在无人机机载应答机中完成地面测控站对高动态目标的测速元素模拟；

在每个时刻，无人机机载应答机转发比满足以下关系：

ρ＝ρ0·[(1-vrl/c)/(1-vpl/c)]²

其中，ρ为无人机应答机转发比，ρ0为高动态目标应答机的固定转发比，vr1为高动态目标相对地面测控站天线的径向速度，vp1为无人机相对地面测控站天线的径向速度，c为光速。

进一步的，步骤2中，根据高动态目标和无人机模拟飞行轨迹，通过实时调整无人机上机载应答机的收发信号延迟时间，将高动态目标和无人机相对地面测控站天线的双程距离差对应的传播延时补偿到应答机固定延时上，使地面测控站接收到无人机机载应答机下行信号的时间与正常工作中接收到高动态目标上应答机下行信号的时间相等，在无人机机载应答机中完成地面测控站对高动态目标的测距元素模拟；

在每个时刻，无人机机载应答机延时时间满足以下关系：

td＝td0+2(lr-lp)/c

其中，td为无人机上机载应答机补偿传播时延后的延时，td0为高动态目标应答机收发信号固定延时，lr为高动态目标与地面测控站天线的距离，lp为无人机与地面测控站天线的距离，c为光速。

本发明由于采用以上技术方案，使之与现有技术相比，具有以下的优点和积极效果：

1、模拟高动态目标运动状态：在进行无人机的模拟飞行轨迹设计时，使无人机时刻处于高动态目标飞行轨迹在该时刻的位置与地面测控站天线相连的直线上。高度还原了高动态目标与地面测控站之间基于无线电的测控信号传输，相比于现有技术跳过物理层面的无线电传输过程，直接模拟地面测控站接收到的动态信号形式，本发明的方法可以更为真实还原工作状态，为寻找测控系统工作中存在的不足提供更为有力的帮助；

2、成本低、耗费资源少：相对于高动态目标与地面测控站的联合测试，通过无人机实现与地面测控站的联合测试成本大大降低；同时，在进行测试条件的变更时，本发明也更为灵活；

3、通用性好：相对于利用模拟计算机通过接口与测控系统进行数据传输，本发明无需进行与测控系统的调试接口设计，真实还原测控系统工作状态，能够普遍适用于大多数基于测控雷达的测控系统。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单的介绍。显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域技术人员来讲，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的附图。附图中：

图1是本发明一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法中无人机模拟高动态目标飞行示意图；

图2是本发明一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法中无人机模拟高动态目标的飞行轨迹图；

图3是本发明一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法中无人机在性能约束下分段模拟高动态目标的飞行轨迹图；

图4是本发明一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法中测量元素模拟示意图。

具体实施方式

以下将结合本发明的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述和讨论，显然，这里所描述的仅仅是本发明的一部分实例，并不是全部的实例，基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明的保护范围。

本发明公开了一种机载应答机对高动态目标特性的模拟方法，参阅图1，利用无人机及机载应答机模拟高动态目标，验证地面测控站跟踪及测量功能，联合地面测控站完成测控试验验证及训练测试，包括以下步骤：

步骤1：利用无人机模拟飞行轨迹完成对高动态目标相对地面测控站飞行轨迹的等效；

步骤2：根据高动态目标飞行轨迹和无人机模拟飞行轨迹，在无人机机载应答机中完成地面测控站对高动态目标的测速元素和测距元素模拟。

本实施例中，为达到无人机模拟飞行轨迹完成对高动态目标相对地面测控站飞行轨迹的等效，在步骤1的模拟过程中：

参阅图2，通过对无人机飞行参数的控制使无人机在每一时刻处于被模拟的高动态目标飞行轨迹在该时刻的位置与地面测控站天线相连的直线上，实现地面测控站状态与其配合高动态目标完成测控任务时的工作状态相符合；

参阅图3，无人机在其平飞速度、加速度、升降速度、转弯半径等性能指标范围之内进行飞行轨迹的模拟；当高动态目标在过顶时雷达俯仰角、方位角快速变化，对应的无人机模拟飞行轨迹、速度均需要相应快速变化且可能存在拐点，导致无人机无法连续实现，无人机模拟飞行轨迹的首段和末端也可能存在升降速度超限等问题。

当需要的飞行轨迹参数超出无人机性能范围时，可通过分段模拟后拼接处理的方式形成完整的飞行动态模拟曲线，规避无人机飞行轨迹中的运动状态突变及超出飞行参数极限的情况。

参阅图4，其中r为高动态目标，lr为高动态目标距地面测控站天线距离，vr为高动态目标相对地面测控站天线的速度，vr1为高动态目标相对地面测控站天线的径向速度，frr为高动态目标应答机接收的地面测控站发射的上行信号频率，ftr为高动态目标应答机下行信号频率，ρ0为高动态目标应答机的固定转发比；p为无人机，lp为无人机相对地面测控站天线的距离，vp为无人机相对地面测控站天线的速度，vp1为无人机相对地面测控站天线的径向速度，frp为无人机应答机接收到的地面测控站发射的上行信号频率，ftp为无人机应答机下行信号频率，ρ为无人机应答机转发比；b为地面测控站，ftb为地面测控站发射的上行信号频率，frbr为地面测控站正常工作中接收到的高动态目标应答机下行信号频率，frbp为地面测控站接收到的无人机机载应答机下行信号频率，c为光速。

进一步的，步骤2中，高动态目标的测速元素主要为连续波测量体制中的双程多普勒频率；地面测控站接收到的无人机机载应答机发射的下行信号频率frbp＝ftp-fdtp，其中无人机机载应答机发射的下行信号频率ftp＝ρ·frp，无人机机载应答机发射的下行信号频率相对于地面测控站的多普勒频率fdtp＝ftp·vpl/c，故地面测控站接收到的无人机机载应答机发射的下行信号频率frbp＝ftp-fdtp＝ρ·frp(1-vpl/c)＝ρ·ftb(1-vpl/c)²；地面测控站接收到的高动态目标下行信号频率frbr＝ftr-fdtr，其中高动态目标应答机发射的下行信号频率ftr＝ρ·frr，高动态目标应答机发射的下行信号频率相对于地面测控站的多普勒频率fdtr＝ftr·vrl/c，故地面测控站接收到的高动态目标应答机发射的下行信号频率frbr＝ftr-fdtr＝ρ0·frr(1-vrl/c)＝ρ0·ftb(1-vrl/c)²；通过使地面测控站接收到的无人机机载应答机下行信号频率与正常工作中接收到的高动态目标上应答机下行信号频率相等frbp＝frbr，即，在每个时刻，无人机机载应答机转发比满足以下关系：ρ＝ρ0·[(1-vrl/c)/(1-vpl/c)]²；通过实时调整无人机上机载应答机的收发频率转发比，使地面测控站接收到的无人机机载应答机下行信号与正常工作中接收到的高动态目标上应答机下行信号频率相等且与地面测控站发射的上行频率相参，在无人机机载应答机中完成地面测控站对高动态目标测速元素的模拟。

进一步的，步骤2中，高动态目标的测距元素主要为脉冲相参测距体制中的脉冲转发延时，通过实时调整无人机上机载应答机的收发信号延迟时间，将高动态目标和无人机相对地面测控站天线的双程距离差对应的传播延时δt＝2(lr-lp)/c补偿到高动态目标应答机收发信号固定延时td0上，使无人机上机载应答机补偿传播时延后的时延td＝td0+2(lr-lp)/c，使地面测控站接收到无人机机载应答机下行信号的时间与正常工作中接收到高动态目标上应答机下行信号的时间相等，在无人机机载应答机中完成地面测控站对高动态目标测距元素的模拟。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。