一种目标回波模拟方法、系统、存储介质及终端设备与流程

本发明涉及雷达信号和数据处理领域，特别地涉及一种考虑天线方向图调制和脉冲压缩距离副瓣调制的目标回波模拟方法、系统、存储介质及终端设备。

背景技术：

在雷达信号和数据处理领域，需要对目标回波进行模拟，产生模拟回波数据，用来验证各种信号处理和数据处理算法的有效性。

目前目标回波的模拟多采用单个距离门内回波数据的模拟。实际上目标回波在距离上会覆盖多个距离门，并且在方位上强度受到天线方向图主瓣的调制。如果目标回波强度过强，还会受到天线方向图旁瓣的调制。图1为采集到的真实目标回波数据，其中横坐标为方位角，纵坐标为距离。图2为单个脉冲重复周期目标在距离上的回波。图3为受到天线方向图主瓣调制的真实目标回波。可见，单个距离门内回波数据的模拟方法存在在多个距离门和天线方向图调制信息缺失问题。

雷达回波模拟有两种基本方法：功能模拟和相干视频信号模拟。功能模拟是雷达回波模拟的最简单的方法，它没有利用信号的相位信息，只能描述雷达回波的幅度，因而这类模拟的用途很有限。

相干视频信号模拟利用了信号的相位信息，它的基本定义，就是要逼真地复现既包含幅度又包含相位的相干视频信号，复现电磁波信号的发射、空间传播、经散射体反射、以及在接收机内进行处理的全过程。只要所提供的目标模型和环境模型足够好，就可以使相干视频信号模拟的精度很高。相干视频信号模拟的逼真度主要是受雷达模型、目标模型环境模型的限制。

发明人在研发过程发现，上述的两种模拟方法存在以下不足：只对目标所在的单个距离门信号进行了模拟，既没有考虑到强目标在距离上可能覆盖多个距离门，更没有考虑到单个扫描周期里面的多个回波脉冲串被天线方向图的调制。

技术实现要素：

有鉴于此，本发明提供一种考虑天线方向图调制和距离副瓣调制的目标回波模拟方法、系统、存储介质及终端设备，在多个距离门和天线方向图调制下产生目标回波模拟数据。

第一方面，本发明提供的一种目标回波模拟方法的技术方案是：

一种目标回波模拟方法，该方法包括以下步骤：

根据发射功率、天线增益、目标反射截面积和雷达探测目标电磁波传播距离，计算回波信号的中心强度；

脉冲压缩后，在多个距离门对目标回波中心强度进行距离调制，得到压缩后的目标回波信号；

通过天线方向图对距离调制生成的目标回波信号强度进行二次调制，得到调制后的距离-方位两维目标回波信号。

第二方面，本发明提供的一种目标回波模拟系统的技术方案是：

一种目标回波模拟系统，该系统包括：

中心强度计算模块，用于根据发射功率、天线增益、目标反射截面积和雷达探测目标电磁波传播距离，计算回波信号的中心强度；

压缩调制模块，用于脉冲压缩后，在多个距离门对目标回波中心强度进行距离调制，得到压缩后的目标回波信号；

天线方向图调制模块，用于通过天线方向图对距离调制生成的目标回波信号强度进行二次调制，得到调制后的距离-方位两维目标回波信号。

第三方面，本发明提供的一种计算机可读存储介质的技术方案是：

一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如上所述的目标回波模拟方法中的步骤。

第四方面，本发明提供的一种终端设备的技术方案是：

一种终端设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如上所述的目标回波模拟方法中的步骤。

本发明即考虑到强目标在距离上可能覆盖多个距离门，也考虑到单个扫描周期里面的多个回波脉冲串被天线方向图进行了调制，分析雷达每个扫描周期中多个脉冲回波，在多个距离门和天线方向图调制下产生目标回波模拟数据。

附图说明

附图用于更好地理解本发明，不构成对本发明的不当限定。其中：

图1是真实目标回波采集数据的示意图；

图2是单个脉冲回波在距离上的分布示意图；

图3是天线方向图调制下的目标回波的示意图；

图4是实施例一目标回波模拟方法的流程图；

图5是实施例一脉冲压缩信号距离分布的示意图；

图6是实施例一角度关系示意图；

图7(a)和图7(b)是实施例一天线方向图示例；

图8是实施例一模拟的目标回波的示意图；

图9是实施例二目标回波模拟系统的结构框图。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步说明。

实施例一

与真实目标回波相比，当前模拟数据欠缺主要在多个距离门幅度分布和天线方向图调制上，为了解决该技术问题，本实施例提供一种考虑天线方向图调整和距离副瓣的目标回波模拟方法。

请参阅附图4，所述目标回波模拟方法包括以下步骤：

s101，根据发射功率、天线增益、目标反射截面积和雷达探测目标电磁波传播距离，计算回波信号的中心强度。

具体地，回波信号的中心强度的计算方法为：

其中，pr为接收到回波信号的功率；pt为发射功率；gt为天线增益；σ为目标的反射截面积；ar为接收天线的孔径面积；r为目标到雷达的距离。

s102，脉冲压缩后，在多个距离门对目标回波中心强度进行调制，得到压缩后的目标回波信号。

为了解决距离门上目标分布问题，现代雷达几乎全部采用了脉冲压缩体制，这使得回波数据在距离门上的分布为辛克函数的形式。当采用线性调频脉冲压缩时，压缩后的信号输出为：

其中，b为信号带宽，τ为脉冲宽度，td为回波相对于发射脉冲时刻的时延。当取b＝10mhz，τ＝100us，td＝750us回波在距离门上的分布如图5所示。

本实施例分析雷达每个扫描周期中多个脉冲回波，采用线性调频脉冲压缩时，在多个距离门上的分布数据，解决了距离门上目标分布问题。

s103，通过天线方向图对目标回波中心强度进行二次调制，得到调制后的距离-方位两维目标回波信号。

当雷达天线扫过目标时，会有多个发射脉冲照射到目标，雷达接收到回波脉冲串的强度会收到天线方向图主瓣的调制，当目标回波过强时回波脉冲串的强度还会受到天线副瓣的调制，如图3所示。

在本实施例中，采用修正的sinc()函数来表示天线对回波脉冲串强度的调制情况。雷达天线波束宽度用θ3db表示，第1旁瓣电平用g1(单位：db)表示，第2旁瓣电平用g2(单位：db)表示，第n旁瓣电平用gn(单位：db)表示，天线扫描过目标时某时刻目标所在方位的夹角为θ，如图6所示。角度单位为弧度(rad)。根据函数sinc()的性质，满足上述条件的天线方向图可以表示为：

其中，g(θ)为分段函数，利用分段函数g(θ)来表示天线方向图的各旁瓣电平，其表达式如下式：

若取θ3db＝2°，g1＝-35db，g2＝-45db，那么，雷达天线方向图如图7(a)和7(b)所示。

本实施例考虑到单个扫描周期里面的多个回波脉冲串被天线方向图进行了调制的问题，采用修正的sinc()函数来表示天线对回波脉冲串强度的调制情况，克服了目标回波过强时回波脉冲串的强度还会受到天线副瓣的调制的不足。

调制后的距离-方位两维目标回波信号可由下式给出：

其中，s0(t)为目标回波在多个距离门上的电压分布函数；f(θ)为天线方向图函数。

根据公式(4)得到的目标回波信号的示例如图8所示，可以看出与图1的真实回波非常相似。

本实施例提出的目标回波模拟系统即考虑到强目标在距离上可能覆盖多个距离门，也考虑到单个扫描周期里面的多个回波脉冲串被天线方向图进行了调制，分析雷达每个扫描周期中多个脉冲回波，在多个距离门和天线方向图调制下产生目标回波模拟数据。

实施例二

与真实目标回波相比，当前模拟数据欠缺主要在多个距离门幅度分布和天线方向图调制上，为了解决该技术问题，本实施例提供一种考虑天线方向图调整和距离副瓣的目标回波模拟系统。

请参阅附图9，所述目标回波模拟系统包括：

中心强度计算模块201，用于根据发射功率、天线增益、目标反射截面积和雷达探测目标电磁波传播距离，计算回波信号的中心强度；

压缩调制模块202，用于脉冲压缩后，在多个距离门对目标回波中心强度进行调制，得到压缩后的目标回波信号；

天线方向图调制模块203，用于通过天线方向图对距离调制生成的回波强度进行二次调制，得到调制后的距离-方位两维目标回波信号。

在本实施例中，所述压缩调制模块具有用于：

采用线性调频脉冲压缩时，压缩后的目标回波在多个距离门上的分布为：

其中，b为信号带宽，τ为脉冲宽度，td为回波相对于发射脉冲时刻的时延。

在本实施例中，所述天线方向图调制模块具体用于：

采用修正的sinc函数来表示天线对回波脉冲串强度的调制情况。根据函数sinc的性质，构建满足以下条件的天线方向图，为：

雷达天线波束宽度用θ3db表示，第1旁瓣电平用g1(单位：db)表示，第2旁瓣电平用g2(单位：db)表示，第n旁瓣电平用gn(单位：db)表示，天线扫描过目标时某时刻目标所在方位的夹角为θ。

利用分段函数g(θ)来表示天线方向图的各旁瓣电平，其表达式如下式：

调制后的距离-方位两维目标回波信号可由下式给出：

其中，s0(t)为目标回波在多个距离门上的分布数据；f(θ)为天线方向图的数据。

实施例三

本实施例提供了一种计算机可读存储介质，其上存储有计算机程序，该程序被处理器执行时实现如图4所示的目标回波模拟方法中的步骤。

实施例四

本实施例提供了一种计算机设备，包括存储器、处理器及存储在存储器上并可在处理器上运行的计算机程序，所述处理器执行所述程序时实现如图4所示的目标回波模拟方法中的步骤。

本领域内的技术人员应明白，本公开的实施例可提供为方法、系统、或计算机程序产品。因此，本公开可采用硬件实施例、软件实施例、或结合软件和硬件方面的实施例的形式。而且，本公开可采用在一个或多个其中包含有计算机可用程序代码的计算机可用存储介质(包括但不限于磁盘存储器和光学存储器等)上实施的计算机程序产品的形式。

本公开是参照根据本发明实施例的方法、设备(系统)、和计算机程序产品的流程图和/或方框图来描述的。应理解可由计算机程序指令实现流程图和/或方框图中的每一流程和/或方框、以及流程图和/或方框图中的流程和/或方框的结合。可提供这些计算机程序指令到通用计算机、专用计算机、嵌入式处理机或其他可编程数据处理设备的处理器以产生一个机器，使得通过计算机或其他可编程数据处理设备的处理器执行的指令产生用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的装置。

这些计算机程序指令也可存储在能引导计算机或其他可编程数据处理设备以特定方式工作的计算机可读存储器中，使得存储在该计算机可读存储器中的指令产生包括指令装置的制造品，该指令装置实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能。

这些计算机程序指令也可装载到计算机或其他可编程数据处理设备上，使得在计算机或其他可编程设备上执行一系列操作步骤以产生计算机实现的处理，从而在计算机或其他可编程设备上执行的指令提供用于实现在流程图一个流程或多个流程和/或方框图一个方框或多个方框中指定的功能的步骤。

本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例方法中的全部或部分流程，是可以通过计算机程序来指令相关的硬件来完成，所述的程序可存储于一计算机可读取存储介质中，该程序在执行时，可包括如上述各方法的实施例的流程。其中，所述的存储介质可为磁碟、光盘、只读存储记忆体(read-onlymemory，rom)或随机存储记忆体(randomaccessmemory，ram)等。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本公开保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本公开的保护范围以内。