一种雷达机动目标三维航迹模拟方法
【专利摘要】本发明公开了一种雷达目标三维航迹模拟方法，根据目标的运动特性，将整个航迹分段考虑为直线机动段、水平面内的圆弧机动段和垂直面内的圆弧机动段，再将各段端点进行切线连接，形成光滑的航迹，对各段可以赋予匀速、变速的运动规律。此方法的优点是可以根据训练及想定要求灵活的模拟组成任意航迹，在不考虑气流扰动等随机因素影响的情况下，能够实现对目标空间理想三维航迹方便逼真的模拟。
【专利说明】
一种雷达机动目标三维航迹模拟方法
技术领域
[0001 ]本发明涉及一种雷达目标三维航迹模拟方法。尤其涉及同时多个机动目标空间三 维航迹的模拟方法。
【背景技术】
[0002] 在雷达训练仿真以及雷达数据处理仿真中，雷达目标航迹模拟是十分重要和关键 的部分。雷达目标航迹模拟为雷达操作员提供虚拟条件下接近真实环境，需要有效和逼真 地模拟雷达接收的点迹数据，实现虚拟目标航迹变化情况，模拟全方位、多批次目标的航 迹，并考虑到实际使用的方便，满足雷达训练仿真以及雷达数据处理仿真要求。目前，对航 迹模拟的研究比较多，一般针对飞机直线运动、水平圆周运动、俯冲机动和上仰机动几种典 型机动航迹进行研究，仅对这些典型的航迹进行建模，这些模型在某些环境中，不能很好地 同时表达更多种模型，存在诸如模型集不完全，很难达到最优结果等缺点。还有根据飞机运 动动力学的方法对飞机航迹进行研究，该方法的仿真精度比较高，缺点是计算量大，建模复 杂。因此现阶段航迹模拟主要存在以下不足:一是典型的机动模型在某些环境下不能很好 地同时表达多种模型，无法形成任意的航迹;二是模型大多数较为复杂，不适于硬件实现， 且受客观条件限制。
[0003] 本发明针对以上问题，提出一种雷达目标三维航迹模拟方法，建立了三种基本的 机动模型，所建立的模型既符合机动实际，又便于数学处理，模型简单，计算量小，有利于硬 件实现，根据三种数学模型，可形成任意机动目标的三维航迹，同时可以模拟全方位、多批 次目标的航迹。
【发明内容】
[0004] 本发明的目的在于提供一种全方位、多批次雷达目标三维航迹模拟方法。
[0005] 实现本发明目的的技术解决方案为:首先，建立雷达目标运动的数学模型，目标的 运动可以认为是直线运动、俯冲、拉起、转弯等运动中的一种或几种的组合。我们用直线运 动模拟目标直线飞行，用水平恒向心加速度运动模拟目标水平机动，用垂直恒向心加速度 运动模拟垂直机动。然后根据目标的运动特性，将目标整个航迹分段考虑为直线机动段、水 平面内的圆弧机动段和垂直面内的圆弧机动段，再将各段端点进行切线连接，形成光滑的 航迹，对各段可以赋予匀速、匀加速、变加速的运动规律。本方法的优点是可以根据训练及 想定要求灵活的模拟组成任意航迹，在不考虑气流扰动等随机因素影响的情况下，能够实 现对目标空间理想三维航迹方便逼真的模拟。
【附图说明】
[0006] 图1目标三维航迹分段示意图。
[0007] 图2目标直线机动数学模型。
[0008] 图3目标水平圆弧机动数学模型。
[0009] 图4目标垂直圆弧机动数学模型。
[0010] 图5本目标航迹模拟流程图。
【具体实施方式】
[0011] 本发明主要用于雷达训练仿真以及雷达数据处理仿真过程中雷达目标三维航迹 的产生，根据目标的运动特性，将整个航迹分段考虑为直线机动段、水平圆弧机动段和垂直 圆周机动段，再将各段端点进行切线连接，形成光滑的航迹，对各段可以赋予匀速、匀加速、 变加速的运动规律。如图1所示，整个目标机动的航迹分为a-b段、b-c段、c-d段、d-e段、 e-f段。其中a-b段、e-f段为直线运动，运动模型如图2所示;b-c段为水平圆弧机动段， 运动模型如图3所示;c-d段、d-e段为垂直圆弧机动段，运动模型如图4所示。
[0012] 1、直线机动模型：
[0013]当目标的飞行航迹为直线时，如图2所示，假设目标进入观测区域的起始时刻为 to，相应的空间坐标为(xo，yo，zo)。则从to时刻到任意时刻t，这样目标坐标的增量可以表示 为：
[0019] 2、水平圆弧机动模型：
[0020]水平圆周型航迹指的是目标在水平面里做恒向心加速度圆周运动。在直角坐标系 内，xoy平面为水平面，目标运动示意图如图3所示，目标以速度V，加速度a做匀速圆周运动， 供为某一时刻的方位；目标进入观测区域的起始时刻为to，相应的空间坐标为(xo，yo，z〇 )，从 to时刻到任意时刻t，A t时间内，目标切线距离变化为A St，法向距离变化为A Sn，有如下关 系：
[0026] 3、垂直圆周机动模型：
[0027] 垂直圆周型航迹指的是目标在与水平面垂直的平面里做恒向心加速度圆周运动。 在直角坐标系内，目标以速度 v，加速度a做匀速圆周运动，0为某一时刻的俯仰角；目标进入 观测区域的起始时刻为10，相应的空间坐标为（x 0，y 0，z 0)，从10时刻到任意时刻t，A t时间 内，目标切线距离变化为A St，法向距离变化为A Sn，有如下关系：
[0029]目标由to时刻点到时刻t的运动距离为S，则S在z轴上的投影为A z，在XOy平面上 的投影为A L，如图4所示。与水平圆周航迹同理可以得到如下关系：
[0037] 4、运动目标的雷达坐标：
[0038]在雷达应用中，测定目标坐标常用极坐标系，空间任一目标的位置可用斜距R，方 位角^，俯仰角0来表示。前述公式中是单位时间增量A t内的坐标增量，但是在实际运动 中，应该使用实时坐标值。假设目标在直角坐标系中的位置为(x，y，z)，则有：
[0040]式中H表示目标的高度，D表示目标到原点的距离，有：
[0042] 5、工作流程：
[0043] 本模拟方法主要由一片PowerPC-MPC8640D来实现，其工作流程图如图5所示。首 先，将要模拟的航迹按以上三种模型分成多个段;其次从外部输入目标的批次号和雷达坐 标系下的目标起始位置信息，即目标的方位、仰角、距离、航速、航向，并设定每个航迹段的 运动加速度、运动模式、目标的机动时间；然后根据各机动段的运动模式信息分配到不同航 迹产生模块;接着各航迹产生模块将输入的雷达坐标系下的目标参数转化为直角坐标系参 数，并根据上述模型的公式计算目标各机动段的航迹数据;最后根据各机动段的运行起始 时间将各模块生产的航迹数据连接在一起，形成一个完整的航迹路线并输出。
【主权项】
1. 一种雷达目标三维航迹模拟方法，其特征在于： 步骤1:将要模拟的航迹分为多个不同的机动段，根据不同的机动段建立雷达目标运动 的数学模型； 步骤2:从外部输入目标的批次号和雷达坐标系下的目标起始位置信息，即目标的方 位、仰角、距离、航速、航向，并设定每个航迹段的运动加速度、运动模式、目标的机动时间； 步骤3:根据各机动段的运动模式信息分配到不同航迹产生模块； 步骤4:各航迹产生模块将输入的雷达坐标系下的目标参数转化为直角坐标系参数，并 根据模型公式计算目标各机动段的航迹数据； 步骤5:根据各机动段的运行起始时间将各模块生产的航迹数据连接在一起，形成一个 完整的航迹路线并输出。2. -种根据权利要求1所述的雷达目标三维航迹模拟方法，其特征在于:所述数学模型 可以是直线机动模型、水平圆弧机动模型、垂直圆周机动模型中的一种或几种组合。3. -种根据权利要求2所述的雷达目标三维航迹模拟方法，其特征在于:所述直线机动 模型为目标的飞行航迹为直线时的模型，其计算方法为：当目标的飞行航迹为直线时，假设 目标进入观测区域的起始时刻为to,相应的空间坐标为( XQ，yQ，Z())，从to时刻到任意时刻t， 目标坐标的增量可以表示为：4. 一种根据权利要求2或3所述的雷达目标三维航迹模拟方法，其特征在于:所述水平 圆弧机动模型为目标在水平面里做恒向心加速度圆周运动时的模型，其计算方法为:在直 角坐标系内，xoy平面为水平面，目标以速度V，加速度a做匀速圆周运动，P为某一时刻的方 位；目标进入观测区域的起始时刻为to,相应的空间坐标为( XQ，yQ，Z())，从to时刻到任意时刻t，A t时间内，目标切线距离变化为A St，法向距离变化为A Sn，有如下关系： ；目 标坐标的变化情况为：5. -种根据权利要求2或3所述的雷达目标三维航迹模拟方法，其特征在于:所述垂直 圆周机动模型为目标在与水平面垂直的平面里做恒向心加速度圆周运动的模型，其计算方 法为:在直角坐标系内，目标以速度V，加速度a做匀速圆周运动，0为某一时刻的俯仰角；目 标进入观测区域的起始时刻为to,相应的空间坐标为(xo，yo，Z())，从to时刻到任意时刻t，A t 时间内，目标切线距离变化为A St，法向距离变化为A Sn，有如下关系，目标由 to时刻点到时刻t的运动距离为S，则S在z轴上的投影为A z，在xoy平面上的投影为A L，得 到如下关系：；由Ax和Ay的表达式
【文档编号】G01S7/40GK106054149SQ201610587023
【公开日】2016年10月26日
【申请日】2016年7月22日 公开号201610587023.6, CN 106054149 A, CN 106054149A, CN 201610587023, CN-A-106054149, CN106054149 A, CN106054149A, CN201610587023, CN201610587023.6
【发明人】姜小祥, 宋青青
【申请人】中国船舶重工集团公司第七二四研究所