船载高频地波雷达回波信号模拟器

摘要

船载高频地波雷达回波信号模拟器，包括参数设定模块和回波数据计算单元，回波信号计算单元包括回波信号幅度计算模块、回波信号相位计算模块、接收天线接收模式计算模块、流场计算模块、海表面融合通信计算模块和回波信号模拟模块。该模拟器可以根据设定的流场、船只几何参数、船只运动参数生成高频地波雷达回波，适用于船载高频地波雷达信号处理机的系统测试，以及海流反演算法的性能测试。

主权项

船载高频地波雷达回波信号模拟器，其特征在于：包括参数设定模块和回波数据计算单元，所述回波信号计算单元包括回波信号幅度计算模块、回波信号相位计算模块、接收天线接收模式计算模块、流场计算模块、海表面融合通信计算模块和回波信号模拟模块；所述回波信号幅度计算模块用于计算船体运动情况下回波信号的幅度，a(t)＝a₀(t)cos(Δψ(t))cos(Δφ(t))；所述回波信号相位计算模块用于计算船体运动情况下回波信号的相位，所述接收天线接收模式模块用于计算船体运动情况下接收天线的方向，g(θ_s,t)＝g_x(θ_s,t)g_y(θ_s,t)，其中：$g_y({\theta }_s,t)=\frac{cos\left(k_c{l}_{a}sin\right(\arctan \left(tan\left(\Delta \phi \right){\mathrm{sin\theta }}_s\right)\left)\right)-cos\left(k_c{l}_a\right)}{\cos \left(\arctan \right(\Delta \phi \left){\mathrm{sin\theta }}_s\right)},$$g_x({\theta }_s,t)=\frac{cos\left(k_c{l}_{a}sin\right(\arctan \left(tan\left(\Delta \psi \right){\mathrm{cos\theta }}_s\right)\left)\right)-cos\left(k_c{l}_a\right)}{\cos \left(\arctan \right(\Delta \psi \left){\mathrm{cos\theta }}_s\right)};$以上三式中，ψ为船体横摇角度，φ为船体纵摇角度，为船体艏摇角度，θ_s为雷达扫描单位海元对应的角度，a为接收天线距船体甲板纵向中心线的距离，d为两个接收天线之间的间距，λ为发射电磁波波长，x为船体纵荡的幅度，y为船体横荡的幅度，M为接收天线的数量，k_c为无线电波的波数，l_a为接收天线的长度，g_x(θ_s,t)为横摇下接收天线的接收模式，g_y(θ_s,t)为纵摇下接收天线的接收模式；所述海表面融合通信计算模块用于计算海表面反射的一阶融合通信，其中，f_B为Bragg频率，A_±为Bragg散射的幅度，f_c(R_r,θ_s)为由海流引起的径向多普勒频移，f_v(θ_s)为由船的运动引起的径向多普勒频移；具体为：其中v(R_r,θ_s)为单元格(R_r,θ_s)上的海流方向矢量，v_p为船体前进的速度，u(θ_s)为方位θ_s上的单位矢量；所述流场计算模块采用Pierson‑Moskowitz海浪谱模型计算海流流场，其中k_w＝4π/λ为海浪的波数，U₁₀为海面10米高度处的风速，θ_w为流场方向与参考方向之间的夹角；则：A_±＝(a+jb)S(k_w,θ_s)，其中，a和b为均值为零，方差为1的高斯随机变量；所述参考方向为：假设静止海域中，船艏方向为X轴方向，沿平行海平面与X轴方向垂直的为Y轴方向，Y轴方向即为参考方向；所述回波信号模拟模块获取回波信号幅度计算模块、回波信号相位计算模块、接收天线方位计算模块和海表面融合通信计算模块的数据并模拟计算回波信号：其中：X(R,t)∈C^M×1为M根接收天线接收的信号矢量；r和s为距离和方位单元格索引，a(t)为回波信号幅度，p(θ_s,t)∈C^M×1为回波信号相位；所述参数设定模块用于设定回波信号幅度计算模块、回波信号相位计算模块、接收天线方位计算模块、海表面融合通信计算模块和回波信号模拟模块所需的数据。