基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法与流程

本发明涉及系统建模与仿真，尤其涉及一种基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法。

背景技术：

1、近年来，随着基于模型的系统工程(mbse)在复杂工程领域，如航空、航天和太空系统中的广泛应用，子系统模型的准确性以及其与实际系统的一致性已成为成功设计复杂系统工程的关键因素。然而，目前在飞行器等系统的电子设备系统仿真方面仍然存在一定的局限，主要原因是电子信息设备本身的复杂性。电子设备的各个组成部分通常需要精细的专业划分，导致在分析和设计过程中使用不同的方法，缺乏全系统仿真模型。因此，基于模型的系统工程中，电子系统效能模型缺乏准确的描述。

2、传统的电子辐射信号探测系统效能仿真通常采用功能性模型，这导致模型过于简单，难以模拟电子辐射信号在实际环境中被探测和接收的整个过程，以及不同环境对接收器响应的影响，严重影响了对其实际工作效能的分析。

技术实现思路

1、为解决上述现有技术中存在的技术问题，本发明的目的在于提供一种的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，能够大幅度提高电子设备在实际环境中的探测效能的仿真计算精度。

2、为实现上述发明目的，本发明提供一种基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，包括以下步骤：

3、步骤s1、基于环境信息建模，计算各个传输路径的路径损耗、路径长度、反射点；

4、步骤s2、对辐射源辐射能量的空间分布和辐射信号的时域波形进行建模；

5、步骤s3、利用辐射方程计算辐射源信号经过各个传输路径传输到接收机处的信号衰减；

6、步骤s4、根据辐射信号的时域波形与功率，对辐射信号序列进行建模，利用蒙特卡洛方法计算信号的辐射源信号探测效能。

7、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s1中，具体包括：

8、步骤s11、获取环境信息，所述环境信息至少包括地形信息、建筑物信息和植被信息；

9、步骤s12、基于环境信息建立三维几何模型，并确定实际环境中各个几何体的电磁参数；

10、步骤s13、根据菲涅尔方程建立几何体表面反射系数计算模型，并完成反射系数计算，在传输路径计算中，根据每个反射点电磁材料参数以及频率信息，计算每个反射点损耗以及相位信息；

11、步骤s14、辐射信号传输损耗与极化计算模型；

12、步骤s15、辐射源位置用ps表示，接收机当前的位置用pr表示，利用弹跳射线方法，计算辐射信号的可能传播路径，建立传输路径集合，所述路径集合中包括路径损耗、路径长度、反射点。

13、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s2中，具体包括：

14、步骤s21、完成接收机与辐射源天线三维方向图建模计算；

15、步骤s22、生成时域信号波形。

16、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s21中，具体包括：

17、步骤s211、根据辐射源的已知性能参数，确定单元天线作为辐射发射天线的类型；

18、步骤s212、根据天线的口径大小，对辐射源的天线进行建模，仿真计算辐射源的天线空间辐射情况；

19、步骤s213、根据辐射源与接收机的工作参数，计算仿真方向图空间变化的周期参数。

20、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s22中，具体包括：

21、步骤s221、根据接收机的采样频率以及处理周期，确定缓存大小，为时域信号序列的生成做准备；

22、步骤s222、确定辐射源信号辐射信号的类型以及对应的信号参数，生成基带信号之后，调制到载波上，完成时域信号的生成。

23、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s3中，具体包括：

24、步骤s31、根据辐射源与接收机天线的增益分布，建立辐射源扫描过程中，各个信道角度对应增益的概率分布模型；

25、步骤s32、根据辐射源天线与接收机天线的扫描周期以及独立性，计算实际工作中各个信道对应的天线平均增益；

26、步骤s33、修正辐射信号传播功率衰减模型，计算发射机接收端口各个信道的损耗与时延参数。

27、根据本发明的一个技术方案，所述步骤s4中，具体包括：

28、步骤s41、根据接收机的工作参数以及工作环境，计算接收机所处位置的噪声功率；

29、步骤s42、根据修正的电磁波损耗计算公式，计算各个信道信号的信号功率，生成实际环境下的接收信号序列；

30、步骤s43、利用时频检测技术和恒虚警检测技术对信号进行检测，获得检测概率。

31、本发明与现有技术相比，具有以下有益效果：

32、本发明提出了一种基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，通过弹跳射线方法解决辐射源信号在实际环境中的多径传播计算问题，根据辐射源和接收机的天线参数，利用阵列综合的方式，获得辐射源在空间范围的能量分布，利用辐射传播方程和菲涅尔方程计算辐射信号各个传播路径中造成的损耗和时延。最后利用蒙特卡洛方法，模拟实际辐射信号被接收机处理的过程以及多径和环境噪声对整个探测效能的影响，将辐射信号进行全流程的建模分析，能够极大的提高整个仿真的精度，支持基于模型的系统仿真设计。

33、进一步地，根据辐射源运动变化考虑天线有效增益的计算方法，通过计算运动过程中，辐射源与接收机之间增益变化的统计分布，计算整个运动过程中所有满足信号检测的增益联合分布情况，通过计算其联合分布，计算得到整个过程中天线增益的平均值，对射线追踪的辐射源信号传输损耗进行修正，最终得到接收天线端口的平均接收功率。

技术特征：

1.一种基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，所述步骤s1中，具体包括：

3.根据权利要求2所述的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，所述步骤s2中，具体包括：

4.根据权利要求3所述的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，所述步骤s21中，具体包括：

5.根据权利要求3所述的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，所述步骤s22中，具体包括：

6.根据权利要求2所述的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，所述步骤s3中，具体包括：

7.根据权利要求4所述的基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，其特征在于，所述步骤s4中，具体包括：

技术总结
本发明涉及一种基于环境信息的辐射源信号探测效能高精度仿真计算方法，该方法包括：步骤S1、基于环境信息建模，计算各个传输路径的路径损耗、路径长度、反射点；步骤S2、对辐射源辐射能量的空间分布和辐射信号的时域波形进行建模；步骤S3、利用辐射方程计算辐射源信号经过各个传输路径传输到接收机处的信号衰减；步骤S4、根据辐射信号的时域波形与功率，对辐射信号序列进行建模，利用蒙特卡洛方法计算信号的辐射源信号探测效能。本发明，将辐射信号进行全流程的建模分析，能够极大的提高整个仿真的精度，支持基于模型的系统仿真设计。

技术研发人员：高扬,冯国旭,王倩,王宇,曲炜,刘建勋,殷建丰
受保护的技术使用者：中国空间技术研究院
技术研发日：
技术公布日：2024/4/7