一种雷达仿真模型校验方法及系统

本发明涉及雷达仿真模型校验，特别涉及一种雷达仿真模型校验方法及系统。

背景技术：

1、模型校验，一种是基于“因果关系”的模型，一种是基于“数据相关性”的模型。“因果关系”型模型不仅要重现系统内结构，还要解释系统行为的产生与运行，以及改变系统行为方法的可能性。“数据相关”模型忽视了系统结构内部的因果关系，关注于模型的输出结果与显示数据的一致性。相较而言，“因果关系”型模型的检验更为复杂，系统动力学模型就属于“因果关系”型模型。模型的六种检验方式，分别为极值测试、敏感性测试、边界充分性检验、量纲一致性检验、参数评估检验、心智模型测试和真实性检验。其中前五种检验方式属于模型结构检验，其目的是检验模型结构的准确性；历史检验属于模型行为检验，其目的是检验模型输出结果与现实数据的一致性。极值测试是检验模型参数在极端情况下是否与真实系统在极端条件下行为一致，也是对模型“鲁棒性”的测试，但对整体误差不做详细分析；敏感性测试是检验模型中一个参数发生变化，其他变量的变化是否合理的一种模型检验方式。敏感性测试用来分析估计准确程度不高的模型参数，检测当这些参数数值发生变化时，模型模拟结果的变化情况；边界充分性检验是检验与所研究问题重要联系的各种参变量是否都已经包含在模型内，模型是否有未考虑的重要变量，以及模型是否需要进一步扩展包含更多的内容。模型应当具有适当的边界，边界太小则无法涵盖研究问题所涉及的重要变量，边界太大则使模型失去了一般性，降低了通用性；量纲一致性检验保证模型符合物质和逻辑规律，同时修正模型量纲的过程，也是对模型结构和方程表达式进行检验的过程；参数评估是通过模型中的参数与真实系统中对应的变量的数值进行理论上或者经验上的比较，从而检验模型参数设置的有效性；心智模型测试是检验模型的仿真结果与实际情况是否相符合的一种检验方式。但心智模型测试并不是对模型正确与否的充分性检验；真实性检验用来判断信息的真假。现有技术中极值测试、敏感性测试、边界充分性检验和量纲一致性检验对模型整体误差精度分析比较少，而且某型雷达的真实数据很难获取，参数评估、心智模型和真实性检验无法使用。

2、传统仿真模型vv&a所指的校验，是包括校核(validation)和验证(verification)两部分。校核(validation)主要是通过对模型实现过程的检查，确定是否正确的实现了模型，验证(verification)主要是通过对仿真模型输出和实际系统输出的处理，确定是否实现了正确的模型。现有的雷达仿真技术中，缺乏一种高效的、能够快速收敛的校核和验证方法，以快速确定仿真模型是否能够实现所要仿真的雷达型号。

技术实现思路

1、本发明提出一种雷达仿真模型校验方法及系统，用于解决对雷达仿真模型进行调整和校验的技术问题。

2、本发明提出一种雷达仿真模型校验方法，其包括：

3、基于目标型号雷达的性能参数，构建目标型号雷达的高分辨率模型；

4、建立雷达仿真模型，雷达仿真模型包括信噪比模型、探测距离模型、发现概率模型、跟踪精度模型；

5、设所述信噪比模型的信噪比数据集{ti}和所述高分辨率模型的信噪比数据集{qi}，分别计算信噪比模型的信噪比标准差st和高分辨率模型的信噪比标准差sq；进而建立信噪比误差函数δ＝|sq-st|；

6、设控制因子为θi，控制因子函数为g(θi)＝aiθi，i＝1,2,...,n，其中ai是控制因子θi的权重，所有权重之和为1，每个权重ai是所有权重和的平均值；

7、以所述信噪比误差函数δ最小为目标建立目标函数，约束条件为信噪比模型中信噪比的标准差st，高分辨率模型的信噪比标准差sq，设置控制因子θi的取值范围；基于上述条件，将g(θi)乘以所述噪比模型以建立优化模型，求解出控制因子θi的值，将该值乘以所述信噪比模型计算得出信噪比值以进行述雷达仿真模型验证；

8、所述验证过程为，如果该信噪比值满足误差要求范围，则基于该信噪比值以及雷达仿真模型的探测距离模型、发现概率模型、跟踪精度模型计算所述雷达仿真模型的探测距离、发现概率、跟踪精度，如果探测距离、发现概率、跟踪精度满足误差要求范围则所述雷达仿真模型被验证合格；

9、否则所述雷达仿真模型被验证不合格，则依据所述控制因子的权重之和为1且每个权重ai是所有权重和的平均值的限制条件，继续引入新的控制因子并保留原控制因子的值，基于所述优化模型继续求解新的控制因子的值，继续进行所述验证，直到验证成功。

10、进一步的，当控制因子为θ1时，控制因子函数为g(θ1)＝a1θ1，a1＝1，所述优化模型的解析形式为：

11、minδ＝|st-sq|

12、

13、其中，ti为信噪比模型的信噪比数据，t为信噪比模型的信噪比数据集{ti}的均值，qi为高分辨率模型的信噪比数据，q为高分辨率模型的信噪比数据集{qi}的均值，脚标i为数据的编号，n为自然数，pt为雷达发射功率，gt为该方向的发射天线增益，gr为该方向的接收天线增益，λ为回波信号波长，k为玻尔兹曼常数，r为雷达与目标探测的距离，t0为雷达系统温度，b为雷达接收机瞬时带宽，l为雷达射频前端损耗，nf为噪声系数，snrθ为控制因子θ1所对应的雷达信噪比，控制因子θ1的取值范围[c1,c2]，[c1,c2]根据具体问题而定；通过优化模型的解析计算确定θ1的取值b1。

14、进一步的，如果θ1的取值b1不能使所述雷达仿真模型的信噪比值、探测距离、发现概率、跟踪精度满足要求，则利用θ1的值b1改造控制因子函数为g(θ1，θ2)＝0.5b1+0.5θ2，基于优化模型继续计算新的控制因子θ2，并利用控制因子θ2进行述雷达仿真模型验证，如果所述雷达仿真模型验证成功，则验证结束；否则，继续引入新的控制因子，利用控制因子进行所述雷达仿真模型验证，直到雷达仿真模型验证成功。

15、进一步的，所述雷达仿真模型的信噪比模型snr为：

16、

17、式中，pt：雷达发射功率；

18、gt：该方向的发射天线增益；

19、gr：该方向的接收天线增益；

20、λ:回波信号波长；

21、r：雷达与目标探测的距离；

22、k:玻尔兹曼常数；

23、t0：雷达系统温度；

24、b:接收机瞬时带宽；

25、l：雷达射频前端损耗；

26、nf：噪声系数；

27、snr:雷达信噪比；

28、所述雷达仿真模型的探测距离模型r为：

29、

30、式中，pt：发射功率；

31、g：该方向的天线增益；

32、λ:回波信号波长；

33、σ：雷达散射截面积，

34、k:玻尔兹曼常数；

35、b:接收机瞬时带宽；

36、l：雷达射频前端损耗；

37、snr:雷达信噪比；

38、t0：雷达系统温度；

39、所述雷达仿真模型的发现概率模型pd为：

40、

41、式中，erfc()为互补误差函数，

42、pf：虚警概率；

43、所述雷达仿真模型的跟踪精度模型为：

44、

45、式中，sj：单个脉冲的信噪比；

46、c：光速；

47、τ0：脉冲宽度；

48、n：脉冲串个数。

49、本发明还提出一种雷达仿真模型校验系统，其包括：

50、高分辨率模型构建模块，基于目标型号雷达的性能参数，构建目标型号雷达的高分辨率模型；

51、雷达仿真模型构建模块，建立雷达仿真模型，雷达仿真模型包括信噪比模型、探测距离模型、发现概率模型、跟踪精度模型；

52、仿真模型校验模块执行以下处理，设所述信噪比模型的信噪比数据集{ti}和所述高分辨率模型的信噪比数据集{qi}，分别计算信噪比模型的信噪比标准差st和高分辨率模型的信噪比标准差sq；进而建立信噪比误差函数δ＝|sq-st|；

53、设控制因子为θi，控制因子函数为g(θi)＝aiθi，i＝1,2,...,n，其中ai是控制因子θi的权重，所有权重之和为1，每个权重ai是所有权重和的平均值；

54、以所述信噪比误差函数δ最小为目标建立目标函数，约束条件为信噪比模型中信噪比的标准差st，高分辨率模型的信噪比标准差sq，设置控制因子θi的取值范围；基于上述条件，将g(θi)乘以所述噪比模型以建立优化模型，求解出控制因子θi的值，将该值乘以所述信噪比模型计算得出信噪比值以进行述雷达仿真模型验证；

55、所述验证过程为，如果该信噪比值满足误差要求范围，则基于该信噪比值以及雷达仿真模型的探测距离模型、发现概率模型、跟踪精度模型计算所述雷达仿真模型的探测距离、发现概率、跟踪精度，如果探测距离、发现概率、跟踪精度满足误差要求范围则所述雷达仿真模型被验证合格；

56、否则所述雷达仿真模型被验证不合格，则依据所述控制因子的权重之和为1且每个权重ai是所有权重和的平均值的限制条件，继续引入新的控制因子并保留原控制因子的值，基于所述优化模型继续求解新的控制因子的值，继续进行所述验证，直到验证成功。

57、进一步的，仿真模型校验模块进一步执行以下处理：当控制因子为θ1时，控制因子函数为g(θ1)＝a1θ1，a1＝1，所述优化模型的解析形式为：

58、

59、其中，ti为信噪比模型的信噪比数据，t为信噪比模型的信噪比数据集{ti}的均值，qi为高分辨率模型的信噪比数据，q为高分辨率模型的信噪比数据集{qi}的均值，脚标i为数据的编号，n为自然数，pt为雷达发射功率，gt为该方向的发射天线增益，gr为该方向的接收天线增益，λ为回波信号波长，k为玻尔兹曼常数，r为雷达与目标探测的距离，t0为雷达系统温度，b为雷达接收机瞬时带宽，l为雷达射频前端损耗，nf为噪声系数，snrθ为控制因子θ1所对应的雷达信噪比，控制因子θ1的取值范围[c1,c2]，[c1,c2]根据具体问题而定；通过优化模型的解析计算确定θ1的取值b1。

60、进一步的，仿真模型校验模块进一步执行以下处理：如果θ1的取值b1不能使所述雷达仿真模型的信噪比值、探测距离、发现概率、跟踪精度满足要求，则利用θ1的值b1改造控制因子函数为g(θ1，θ2)＝0.5b1+0.5θ2，基于优化模型继续计算新的控制因子θ2，并利用控制因子θ2进行述雷达仿真模型验证，如果所述雷达仿真模型验证成功，则验证结束；否则，继续引入新的控制因子，利用控制因子进行所述雷达仿真模型验证，直到雷达仿真模型验证成功。

61、进一步的，所述雷达仿真模型的信噪比模型snr为：

62、

63、式中，pt：雷达发射功率；

64、gt：该方向的发射天线增益；

65、gr：该方向的接收天线增益；

66、λ:回波信号波长；

67、r：雷达与目标探测的距离；

68、k:玻尔兹曼常数；

69、t0：雷达系统温度；

70、b:接收机瞬时带宽；

71、l：雷达射频前端损耗；

72、nf：噪声系数，

73、snr:雷达信噪比；

74、所述雷达仿真模型的探测距离模型r为：

75、

76、式中，pt：发射功率；

77、g：该方向的天线增益；

78、λ:回波信号波长；

79、σ：雷达散射截面积，

80、k:玻尔兹曼常数；

81、b:接收机瞬时带宽；

82、l：雷达射频前端损耗；

83、snr:雷达信噪比；

84、t0：雷达系统温度；

85、所述雷达仿真模型的发现概率模型pd为：

86、

87、式中，erfc()为互补误差函数，

88、pf：虚警概率；

89、所述雷达仿真模型的跟踪精度模型为：

90、

91、式中，sj：单个脉冲的信噪比；

92、c：光速；

93、τ0：脉冲宽度；

94、n：脉冲串个数。

95、本发明依托某型雷达仿真模型，用来进行空中干扰实验，建立雷达功能级模型，假定在误差合理范围内，利用仿真数据校验雷达功能级模型，通过优化模型计算得到合理的参数值。