雷达动态探测目标的仿真建模

雷达动态探测目标的仿真建模

谢卫，陈怀新

（中国电子科技集团公司第十研究所,成都 610036)

摘要：通过对雷达动态探测目标过程分析，提出了雷达探测目标仿真模型的方法，实现了雷达目标检测、多目标滤波跟踪、资源调度管理等数字模型。实际表明这些模型满足数据融合中雷达探测目标数据的需求，并且建模方法对数据融合传感器模型建立具有实际指导意义。关键词：雷达；建模；仿真；数据融合

Radar detection of targets dynamic simulation modeling

XIE Wei，CHEN Huai-xin

(CETC No.10th Research Institute, Chengdu, China; )

Abstract:With the analysis of the process of radar dynamic detecting targets, a method of the simulation model based on of radar detect targets is presented, some mathematic models (such as target indication by radar, variable number of targets tracking, resource management based on Scheduling algorithm) are realized. An actual experiment that the simulation data provided by radar detecting model can supply for the study of data fusion was made, simultaneity modeling method has a certain actual instructing meaning at the aspect of sensor detecting model of data fusion.

Key words: radar; modeling; simulation; data fusion

1 引言

现代战场上各种目标的出现，要求利用多种传感器组网来采集信息并加以融合，充分利用不同目标各个方向、不同频段的反射特性，最大限度地提取信息，满足战场需要。对于数据融合来说真实的战场目标和传感器探测数据，是检验其有效性的最好条件。然而这样的真实数据很少，而且成本也较高，在融合算法的前期研究和实验阶段，就需要我们较真实的模拟多中传感器的探测数据。雷达是战争中至关重要的侦察手段，本文以雷达为列，分析其数据处理流程，并进行仿真建模。

2 雷达探测仿真建模

雷达探测功能仿真是通过仿真目标回波、接收机噪声、干扰、杂波等信号的幅度信息来复现雷达的检测过程。一般采用基于Monte Carlo的方法来实现，其流程如下图所示：

Yes No

随机数d

P

图1 基于Monte Carlo 方法的雷达功能仿真流程图

从图中可以看出，雷达探测采用功能仿真时，主要是根据目标与雷达的交会几何关系计算信号及干扰的功率。因此，需要对目标与雷达交会的几何关系、目标与环境、雷达检测过程、雷达测量精度等建立数学模型。

2.1交会几何模型

交会几何模型是根据雷达的工作状态，判断目标是否落入雷达的视线和威力范围之内，并获得目标相对于雷达的位置及角度信息。为了描述雷达与目标的交会几何关系，需考虑四维选通模型：利用距离波门、俯仰和方位波束及速度波门信息来判断目标是否被雷达捕获。

2.2目标及环境模型

目标及环境模型是对目标及目标所处的杂波环境进行建模，获得目标和杂波的特性参

数。由于是功能级别仿真，所以建模时候只考虑了目标的功率，杂波没有考虑。

2.3检测模型

检测模型是在计算综合信干比的基础上，结合门限电平和雷达的检测曲线来判断雷达是否发现目标。在检测模型中，既要考虑雷达信号处理方法对综合信干比的改善，还要考虑各种损耗带来的影响，本文采用回波仿真模型。

回波仿真模型主要包括目标回波仿真数学模型、接收机噪声仿真数学模型、干扰仿真数学模型及杂波仿真数学模型。

(1) 目标回波仿真数学模型

目标回波功能仿真模型描述的是雷达接收到的目标回波信号功率，用数学公式可表示为：

234(4)t t r t r s s s PG G F F P D R L λσπ=⋅

式中，P t —雷达发射机峰值功率(W)；G t —雷达发射天线增益；G r —雷达接收天线增益；F t ,F r —雷达天线方向图传输因子；R —目标到雷达的距离(m)；λ—雷达工作波长(m)；σ—目标散射截面积(RCS)；D s —综合改善因子；L s —综合损耗

(2) 接收机噪声仿真数学模型

接收机输出噪声包括外部天线噪声和接收机工作时产生的内部噪声。接收机噪声模型

可以表示为一个服从均值为0，方差为2n σ的正态分布的随机过程。

(3) 干扰仿真数学模型

干扰按干扰能量分为有源干扰和无源干扰。干扰按干扰信号的作用原理分为遮盖性干扰和欺骗性干扰，其干扰功率可通过干扰雷达方程得到。

(4) 综合信干比

雷达检测信干比是由多方面因素综合决定的，其中包括目标回波功率、接收机噪声功率、干扰信号功率及杂波功率等。则综合信干比用公式可表示为：

/10*log(/())s n j c S N P P P P =++

其中，,,,s n j c P P P P 分别为雷达检测端的信号功率、接收机噪声功率、干扰功率和杂波功率。

3 雷达探测仿真软件实现

3．1系统框架

仿真软件按组成结构分为战场虚拟目标及状态仿真软件和雷达动态探测仿真软件两大部分。其中，战场目标仿真软件用于制作想定，对目标进行布站以及提供目标速度、位置、航迹、型号以及目标所搭载的辐射源信息等。雷达探测仿真软件接收目标仿真软件产生的目标原始数据，并进行相关雷达数据处理，如计算信噪比、交汇计算等，模拟雷达对目标的探测处理，产生雷达探测目标的相关数据，成为后端融合处理系统的输入，软件结构及相互关系如图所示：

图2 系统体系结构

3．2雷达检测模块

雷达检测模块主要功能就是获取目标的点迹和检测信息，主要完成坐标系转换、交会计算、检测计算等任务。