一种优化的地面雷达探测范围指标模拟检飞验证方法与流程

本发明涉及雷达，特别是一种优化的地面雷达探测范围指标模拟检飞验证方法。

背景技术：

1、雷达装备，主要用于执行对空、对海警戒，弹道导弹目标、临近空间目标及空间目标监视与预警，目标指示、引导、跟踪、测量，空中交通管制、港口船舶管制，战场侦察、校射、炮瞄(火力控制)，气象探测等任务。雷达是防空预警探测体系的主要装备，在信息获取、情报侦察、精确引导等方面发挥着举足轻重的作用。目前，对于雷达装备的战术指标试验和验收方法已经形成了一套相对成熟的技术标准，依据有关国家军用标准，通过专门安排飞机检飞，一直以来都是检验雷达装备探测威力和测量精度等主要战术性能指标的重要手段。

2、但是，随着雷达技术发展，传统的基于实装飞机检飞的方法已经逐渐不能满足雷达装备战术性能检验鉴定的需求，具体体现在：1、新型雷达装备探测对象更加丰富、功能多样化，导致合作目标缺乏，且试验资源需求大幅增加，协调难度大；2、雷达装备探测性能边界能力难以用实装飞机检飞方法全面深入考核；3、现有的纯粹基于仿真的数字化验证方法还处于摸索起步阶段，其真实性和准确性存在一定差距。

3、基于此，本公司基于多年的雷达研发经验，设计出一种优化的底面雷达探测范围指标模拟检飞验证方法。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术的缺点，提供一种降低试验技术难度、缩短试验时长的优化的雷达探测范围指标模拟检飞验证方法。

2、具体地，对现有技术的缺点进行说明：

3、一、对现有雷达装备探测威力性能检验技术和方法进行说明；

4、依据gjb 74a-1998《军用雷达通用规范》，对于雷达的探测威力性能，主要采用真实飞机作为目标机进行实装验证试验(如图1、图2所示)；在搭建试验环境时，需要满足以下要求：

5、(1)试验航线设置：目标机应在四种以上不同高度做径向、等高度、向背站飞行，其中包括最低试验高度和最高试验高度；

6、(2)最低试验高度一般应是战术指标中规定的最低探测高度。如果目标机无法在规定的最低探测高度飞行时，则按以下规定安排最低试验高度：

7、a)平原：目标机最低飞行高度一般高出地面最高点100m～300m；

8、b)山区：目标机最低飞行高度一般高出地面最高点300m～600m；

9、(3)最高试验高度应是战术技术指标中规定的最大探测高度。如果目标机不能按要求在最大探测高度上作等高飞行时，可采用功率缩比方法，让目标机适当降低飞行高度，试验后推算出雷达的实际探测高度和距离，并在试验报告中加以具体说明；如果在最大试验高度上试验的结果表明雷达的最大探测高度不能满足要求时，则应降低目标机的飞行高度进行试验，以确保得到受试雷达的实际最大探测高度和距离；

10、综上，现有的采用真实飞机作为目标机的试验方法，是一种基于一定置信度的抽样试验方法，对真实飞机的装备性能提出了较高的技术要求，而由于新一代雷达装备的探测性能要求较以往有较大程度地提升，其最远探测距离、最大探测高度等都远远超出了真实飞机的实际性能，部分新体制雷达甚至需要探测导弹目标和临近空间目标等对象，试验的组织、协调难度极大。因此，采用真实装备作为目标机的传统实装检飞方法既无法达到摸清新一代雷达装备性能底数的目的，也不适应新形势下装备试验验证需求；

11、二、对雷达装备探测威力性能的常规模拟检验技术和方法进行说明；

12、针对上面的现有雷达装备探测威力性能检验技术方法的不足，目前市面上出现了采用模拟检验方法，借助模拟仿真和数字仿真技术手段，采用半实物模拟手段或设备，模拟目标、干扰及复杂电磁环境背景信号，以代替采用实装飞机，或尽最大限度减少实装飞机配试架次需求，实现对雷达装备探测威力性能指标的检验和试验；

13、这种方法相比于相比现有传统的实装飞机检飞试验验证方法，该模拟验证方法具有支持目标类型多、试验成本低、保密性高、样本量大、边界明显、可多次重复、利于问题分析等突出优点，通过试验想定设置，可迅速搭建试验环境，全面掌握雷达装备装备的探测范围性能底数，极大地提升试验的可控性、资源友好性；

14、在具体实施的过程中，采用铁塔、无人机等作为升空平台，搭载模拟系统构建试验环境，并根据被试雷达的仰角覆盖范围指标，提前计算得到仰角-升空平台高度对应关系数组。在试验时，首先将升空平台固定在某一仰角对应的高度上，按照与实装检飞相同的飞行架次数，完成该仰角对应高度的模拟测试后，再调整升空平台高度对其他仰角下的目标回波进行模拟；通过不同仰角的测试绘制完成的威力曲线；

15、这模拟方法与现有传统的实装飞机检飞试验验证方法相比，是一种全数试验方法，能够更加完整、更加精确地绘制多条满足不同发现概率要求的雷达探测威力曲线，可以获取雷达从发现概率1％到发现概率100％的全部探测威力性能；但是，这样导致该模拟验证方法的试验样本量过于庞大，对升空平台特别是无人机升空平台的滞空时间、悬停稳定度等均提出了极高的要求(通俗地说，由于需要测量的样本量大，若要将这些样本全部测量完，目前的无人机无法在空中滞留这么久的时间)，实际操作存在较大的技术难度(据分析统计，对于市面上新一代多功能多模式雷达装备，采用该试验方法，其试验时长、试验数据样本量均是实装飞机检飞试验验证方法的数十倍甚至数百倍)。

16、为此，本技术为了克服现有模拟方法的不足，在现有模拟方法的基础上，设计出一种优化的地面雷达探测范围指标模拟检飞验证方法，以降低实际操作的技术难度，并极大地缩短试验时长。

17、为了实现上述发明目的，本发明提供了以下技术方案：

18、一种优化的地面雷达探测范围指标模拟检飞验证方法，包括：

19、s1、根据雷达出厂参数，获得出厂时威力曲线，从而确定每个高度层所对应的出厂时能够满足发现概率的最远距离；

20、s2、进行飞行测量；

21、s21、选择一高度层，确定该高度层出厂时能够满足发现概率的最远水平距离；以高度层为纵坐标、所对应的出厂时满足发现概率的最远水平距离作为横坐标，找到起始点；

22、s22、构建第一段航线区间，计算第一仰角；

23、以起始点为初始位置，在高度层靠近雷达飞行x距离，该x距离所对应的路段为第一段航线区间；以起始点为初始位置，在高度层靠近雷达飞行x/2距离后所处点的为第一辅助点，计算第一辅助点到雷达的仰角-简称第一仰角；

24、s23、模拟系统上升至一定高度；

25、在距离雷达一定距离处具有升空平台，升空平台包括无人机，无人机上装有模拟系统；无人机带动模拟系统一起上升并悬停，上升悬停后无人机相对于雷达的仰角、与第一仰角的大小一致；

26、s24、在模拟系统中，设定好模拟目标rcs、目标航向、飞行速度；

27、结合第一仰角、第一辅助点相对于雷达的水平距离，在模拟系统中设定好模拟目标rcs、目标航向、飞行速度；其中，模拟目标rcs的大小根据第一辅助点至雷达的水平距离而人为设定的，目标航向是以第一辅助点为起始点在高度层进行径向或者背站飞行，飞行速度根据第一仰角、第一辅助点相对于雷达的水平距离而人为设定的；

28、s25、雷达产生发射和接收信号，模拟系统产生多个模拟目标信号；

29、在第一段航线区间，有多个不同位置的观测点；通过模拟系统产生多个模拟目标信号，模拟目标信号为模拟飞机飞行到相应观测点处的信号，并通过雷达检测是否能够发现这些信号，发现的信号数量/观测点的数量＝第一段航线区间的发现概率；

30、s26、构建第二段航线区间，然后再完成检测；

31、规定以第一辅助点沿高度层靠近雷达飞行x距离，该x距离所对应的路段为第二段航线区间；规定以第一辅助点沿高度层靠近雷达飞行x/2后所处的点为第二辅助点，计算第二辅助点相对于雷达的仰角-即第二仰角；

32、第二段航线区间、第一段航线区间之间有重叠区域；

33、以第二仰角作为无人机上升高度的标准，以第二仰角、第二辅助点相对于雷达的水平距离设置相应的模拟目标rcs、目标航向、飞行速度，参照s23～s25的方式，完成第二段航线区间的检测；

34、s27、按照s26的方式，完成多个航线区间的检测，直至相应的辅助点的仰角达到35°的指标要求值为止；

35、s28、当高度层对应的所有航线区间均检测完毕后，以各辅助点相对于雷达水平距离为横坐标，以相应航线区间被发现概率为纵坐标，绘制发现概率与水平距离的关系曲线图，并根据该图重新找到符合符合技术要求的发现概率，并重新找出该高度层下雷达的最大探测距离；

36、s29、再选择另一新的高度层，按照s21～s29的方式，完成相应航线区间的检测，找到该高度层下，雷达的最大探测距离；

37、如此能够获得各个高度层下，雷达的最大探测距离；

38、s3、按照s2中获得的各个高度层下，雷达的最大探测距离，重新绘制雷达的威力曲线图，完成对雷达出厂时威力曲线图的验证、校准。

39、作为本技术优选的技术方案，所述的s2中，无人机一次上升悬停期间时，能够对一个航线区间的一个或多个观测点进行检测。

40、作为本技术优选的技术方案，所述的模拟系统，模拟各观测点的模拟目标的回波特征信息，包括模拟目标到雷达的距离、模拟目标到雷达的回波强度、模拟目标到雷达的回波速度。

41、作为本技术优选的技术方案，所述的模拟目标到雷达的距离，通过调整模拟系统的延迟来实现，延时的时间计算公式为

42、

43、其中，r为模拟目标到雷达距离，r为模拟系统到雷达的距离，tm为目标模拟系统接收雷达信号后的处理转发时间，c为光在真空中的传播速度，δt目标为雷达波信号发射后直至接收到模拟目标反馈信号的时间差，δt模拟为雷达波信号发射后直至收到模拟系统所搭载的无人机反馈信号的时间差，δt为模拟系统延时的时间。

44、作为本技术优选的技术方案，所述的模拟目标到雷达的回波强度，通过调整模拟系统的输出功率ptsim来实现，调整后的输出功率ptsim的计算公式为

45、

46、式中，pt为雷达发射功率，gt为主瓣天线增益，r为模拟系统到雷达的距离，r为模拟目标到雷达距离，gtsim为目标模拟系统天线增益，l1为目标到雷达的距离相关的衰减；l2为模拟器到雷达的距离相关的衰减。

47、作为本技术优选的技术方案，所述的回波速度，通过调整模拟系统的频率偏移来实现，频率偏移的计算公式为

48、

49、式中，v为模拟飞机目标运动速度；λ为雷达信号波长；β为模拟目标运动方向相对于目标与雷达径向方向的夹角。

50、作为本技术优选的技术方案，所述的回波特征信息，还包括雷达目标反射截面积及距离引起的能量变化，通过调整目标模拟系统的功率实现；其中，雷达目标反射截面积用rcs表示。

51、本发明具有以下优点：

52、(1)在已有的“雷达装备探测威力性能的常规模拟检验技术和方法”的基础上，进行改进优化；利用出厂时已知雷达威力曲线的基础上，再次进行验证、校正威力曲线，参考实装检飞方法设计模拟目标飞行航线，在每个仰角点截取一段距离段作为模拟目标观测距离区间(即航线区间)实施试验；

53、a.好处是，本发明具有更好的试验可重复性，能根据样本量需求多次重复开展试验，提高效费比；

54、具体地说，目前地面雷达装备采用真实飞机目标开展检飞试验，不仅需要花费大量的精力去协调飞机、航线、备降点、搭载陪试品等，还要考虑各种安全风险和环境因素，因此试验都可能受到不同因素的影响而导致试验对象、试验条件、试验过程、试验数据采集，甚至试验结果不可避免会出现不同程度的偏差，无法做到“千篇一律”；

55、本发明模拟试验方法，能够保持试验对象、试验条件和试验过程的一致性，能够根据样本量需求多次重复开展相同的试验，在相同的试验次数条件下，试验结果的一致性和可重复性大大提高；

56、b.好处是，本发明能，精确获得雷达探测性能效果；

57、具体来说，本发明同时充分考虑了无人机升空平台的滞空时间、悬停稳定度等因素，当无人机从高塔向上飞行并悬停一次便能完成一个航线区间的所有的观测点的测量(一般的需要无人机多次往上飞并悬停，才能完成相应观测点的测量，无人机每次往上飞行并悬停的位置可能有偏差)，减少了外部环境条件影响程度，可“一步一动”实施，以精确获得雷达探测性能效果；

58、(2)试验时长和试验数据样本量仅为常规模拟检验方法的数十分之一；

59、常规模拟检验技术方法是一种完全枚举法，是为了得到雷达在某个仰角点、不同距离段(0～600km)的所有发现概率结果(从0～100％)，确定了“仰角-发距离-现概率结果”的试验参数集合；

60、而本发明是在同一个仰角点，只需围绕80％(技术要求的发现概率)发现概率结果，在该结果附近，从0～600km距离范围内选取某个10km(或20km)的距离段进行试验；其试验样本量大幅减少(至少可降到1/60或1/30)，试验时长也相应地大幅减少。