本发明涉及近程探测技术，特别是一种基于分形理论的调频探测目标回波模拟方法。
背景技术：
目前，传统的雷达仿真技术在低分辨率雷达系统中有比较好的应用。但是，随着雷达信号带宽的不断增加，以及多数雷达平台自身具有运动特征，宽带雷达回波的特性变得越来越复杂，点回波模型已经不再适用，取而代之的则是面/体回波模型。因此，研究起伏地形下的回波建模与仿真，产生更加真实的雷达回波数据，不仅可以为雷达系统中的算法研究提供数据，而且可以在一定程度上代替实测数据，对雷达系统的工作性能进行测试，具有重要的理论意义和实用价值。
周易等人在《机载雷达回波信号仿真数学模型研究》将雷达方程、目标起伏模拟应用到了回波模拟建模中。但是这种方法考虑的目标起伏原理是基于swerlin模型的，没有考虑真实的地形模型，在一定程度上不能代替实测数据。
技术实现要素：
为了产生更加真实的雷达回波数据，本发明提供一种基于分形理论的调频探测目标回波模拟方法。
实现本发明目的的技术方案为：一种基于分形理论的调频探测目标回波模拟方法，包括如下步骤：
步骤1，产生三角波线性调频信号；
步骤2，采用分形理论中的中点位移法，进行三维地形建模，得到地形dem数据；
步骤3，通过等多普勒环-等距离法，以dem数据作为地形数据建立散射单元模型，根据dem数据计算出地面法向量、天线波束与地形网络的夹角，从而模拟出散射单元的回波；
步骤4，将雷达天线波束照射区内所有散射单元的回波进行叠加，实现对地面回波的模拟。
与现有技术相比，本发明的显著优点为：
(1)雷达回波数据更真实：本发明针对现有雷达回波模拟方法不考虑地形起伏所导致的不准确性，开辟了一种模拟地形场景中回波的新思路，使得雷达回波数据更真实；(2)具有实时性、可控性：本发明相较于实际测量法缩短了测量周期，节省了人力财力，不容易受到环境因素的影响，提升了执行效率。
附图说明
图1为本发明基于分形理论的调频探测目标回波模拟方法流程图。
图2为本发明中点位移法实现步骤图。
图3为本发明三维建模地形图。
图4为本发明基于dem的散射单元模型图。
图5为回波信号波形图。
图6为回波信号波形局部放大图。
具体实施方式
结合图1，一种基于分形理论的调频探测目标回波模拟方法，包括如下步骤：
步骤1，产生三角波线性调频信号；具体步骤为：
三角波线性调频信号上下扫频段的发射信号分别为：
其中a和
假设目标初始距离为r0，径向速度为v，则瞬时回波延时为
其中
步骤2，如图2所示，采用分形理论中的中点位移法，进行三维地形建模，得到地形dem数据；步骤2产生地形数据的具体步骤为：
(21)对给定区域进行网格划分，在x-y平面上划分正方形网格n×n，对原始正方形的四个顶点a、b、c、d在z方向上设置初始高度值，分别为ha、hb、hc、hd。
(22)根据这四个初始高度值计算正方形abcd的中心e的高度值he＝(ha+hb+hc+hd)/4+△，其中△是一个随机量；
(23)根据a、b、e这三个点的高度值，再加上网格外与e点对称高度值为he的虚拟点，计算ab边中点g的高度值；根据b、c、e这3点和网格外与e点对称高度值为he的虚拟点，计算bc边中点h的高度值，同理可计算得到ad边中点f、dc边中点i的高度值；
hf＝(hd+ha+he+he)/4+△
hg＝(ha+hb+he+he)/4+△
hh＝(hb+hc+he+he)/4+△
hi＝(hc+hd+he+he)/4+△
(24)完成一个完整的diamond-square步骤，由初始的4个已知点增加到9个已知点；再递归步骤(22)、(23)就可使正方形网格不断细化，最终得到要求的地形。
步骤3，通过等多普勒环-等距离法，以dem数据作为地形数据建立散射单元模型，根据dem数据计算出地面法向量、天线波束与地形网络的夹角，从而模拟出散射单元的回波；步骤具体为：
(31)计算地面法向量
设正方形网格单元的四个顶点分别为a1(x1,y1,z1)、a2(x2,y2,z2)、a3(x3,y3,z3)、a4(x4,y4,z4)，取a1a2的中点
其中，
地面网格单元与水平面的夹角
(32)计算雷达天线波束与地形网格的夹角
其中，
(33)雷达散射截面积的计算
计算出每个网格单元的雷达照射面积s2后，再根据该网格单元的擦地角，结合后向散射系数公式，可得到该单元的雷达散射截面积
步骤4，将雷达天线波束照射区内所有散射单元的回波进行叠加，实现对地面回波的模拟；步骤为：
采用网格映象法对地面进行划分，将雷达天线波束照射区域内所有的点复合散射体的回波进行叠加，从而实现对地面回波的模拟。
下面结合附图和实施例对本发明进行更进一步详细描述。
实施例
本实施例采用以下系统参数：三角波线性调频体制，中心频率为f＝1ghz，调制周期tm＝0.32ms，频偏△f＝12.8mhz，弹丸运动高度20m～2m,弹丸落角为60°，垂直落速为300m/s，差频采样率fs＝5ghz。
如图1所示，本发明包括以下步骤：
(10)产生信号：根据系统参数产生三角波线性调频信号，并且根据弹丸运动参数模拟出其运动轨道；
(20)产生地形数据：采用分形理论中的中点位移法，进行三维地形建模，得到地形dem数据；
(30)构建散射单元模型：通过等多普勒环-等距离法，以dem数据作为地形数据建立散射单元模型，模拟出散射单元的回波；
(40)模拟回波信号：将雷达天线波束照射区内所有散射单元的回波进行叠加，从而实现对地面回波的模拟。
如图3所示，步骤(20)采用分形理论中的中点位移法，进行三维地形建模，得到最终的地形图，该地形图中包含地形的位置、高度、起伏度等信息，可以通过这些信息构建散射单元模型。
如图4所示，根据步骤(20)所得到的地形数据，计算地面法向量、雷达天线波束与地形网格的夹角、雷达散射截面积。
1)计算地面法向量
设正方形网格单元的四个顶点分别为a1(x1,y1,z1)、a2(x2,y2,z2)、a3(x3,y3,z3)、a4(x4,y4,z4)，取a1a2的中点
其中，
地面网格单元与水平面的夹角
2)计算雷达天线波束与地形网格的夹角
其中，
3)雷达散射截面积的计算
计算出每个网格单元的雷达照射面积s2后，再根据该网格单元的擦地角，结合后向散射系数
结合图5、图6，根据计算所得到地面法向量、雷达天线波束与地形网格的夹角、雷达散射截面积，可以得到散射单元的回波信号，而天线照射区域内的散射单元回波信号叠加可得到地面回波信号。整个地面回波呈现增幅趋势，符合不论弹丸下降速度如何，回波中频信号振幅与弹丸高度有一一对应关系的规律。