一种用于连续波雷达的回波信号模拟方法

摘要

本发明涉及一种连续波雷达的回波信号模拟方法，该方法根据雷达与目标的相对位置和距离、雷达运动速度，计算出雷达发射信号的多普勒频率和回波时延，再根据雷达方程和雷达系统参数，得到雷达天线接收到的回波有用信号；然后，根据雷达晶振输出信号的静态相噪谱，以及晶振在载体的力学响应计算出晶振输出信号的动态相噪谱，结合系统的隔离度值得到泄漏信号的动态功率谱，并转化为雷达泄露动态信号的时域数据；最后将回波有用信号与泄漏动态信号相加，得到含动态泄漏信号的雷达回波信号，该方法能够模拟接近真实环境的连续波雷达回波信号，可用于连续波雷达直流对消电路进行测试，适用于飞行着陆雷达的测试系统。

主权项

一种用于连续波雷达的回波信号模拟方法，其特征在于包括步骤如下：(1)对系统参数进行初始化，所述系统参数包括雷达系统参数和雷达频率综合器的晶振参数，其中所述雷达系统参数包括雷达天线中心坐标值(x,y,z)、地面目标坐标值、雷达天线波束宽度φ、雷达运动方向矢量、雷达相对目标的运动速度v、雷达发射信号波长λ、雷达发射信号功率P_t、雷达天线方向图G(β)、雷达天线中心轴矢量、单位面积上后向散射系数σ₀、雷达隔离度D、不考虑相位噪声条件下雷达发射信号的功率谱P(f)；所述雷达频率综合器的晶振参数，包括所述晶振的静态相位噪声数据、振动功率谱密度H(f)(f＝0～f_max)、振动加速度灵敏度Γ、振动峰值加速度A，以及无加速度时晶振频率f₀；(2)计算雷达天线接收到的基带回波有用信号s(t)，具体步骤如下：(a)根据雷达天线中心坐标值、雷达天线中心轴线矢量、地面目标坐标值和雷达天线波束宽度φ，计算雷达天线在地面目标附近形成的照射区域范围，方法如下：以雷达天线中心轴线为中心轴，以过雷达天线中心且与所述雷达天线中心轴线夹角为φ/2的直线绕着雷达天线中心轴线转动形成圆锥1，将圆锥1的底面圆周向目标所在地表平面投影得到椭圆平面1，所述椭圆平面1即为雷达天线在地面目标附近形成的照射区域范围；(b)用N‑1条间距为d1且平行于椭圆平面1短轴的平行线，以及M‑1条间距为d2且平行于椭圆平面1长轴的平行线，将椭圆平面1划分为MN个小单元，依次标号为1～MN，其中，M、N均为大于等于1的正整数，计算得到各小单元i几何中心坐标(x_i,y_i,z_i)；根据雷达天线中心坐标值和上述MN个小单元的几何中心坐标值计算雷达天线中心指向各小单元i几何中心的雷达波束矢量即雷达天线中心坐标值为(x,y,z),小单元i的几何中心坐标值为(x_i,y_i,z_i)，则雷达天线中心指向小单元i几何中心的雷达波束矢量：根据下式计算到达小单元i上的雷达发射信号的多普勒频率：其中，为雷达运动方向矢量，v为雷达相对目标的运动速度，λ为雷达发射信号波长，’·’代表矢量点积运算，||||代表矢量取模计算；根据下式计算雷达天线中心轴矢量和雷达波束矢量的夹角β_i：再根据所述夹角β_i和雷达天线方向图G(β)，得到雷达天线接收小单元i反射信号的增益G_i＝G(β_i)；(c)根据步骤(b)计算得到的到达小单元i上的雷达发射信号的多普勒频率f_i和雷达天线接收小单元i反射信号的增益G_i＝G(β_i)，计算雷达天线接收到经过小单元i反射的基带有用信号为：其中，P_t为雷达发射信号功率，σ₀为单位面积上后向散射系数，A_i为小单元i的面积，R_i为雷达中心到小单元i几何中心的距离，为小单元i反射的有用信号的随机相位，在[0,2π)内服从均匀分布；(d)将步骤(c)得到的MN个小单元反射的基带有用信号累加，得到雷达接收的基带回波有用信号(3)计算雷达天线接收到的基带动态泄漏信号，具体步骤如下：(e)根据雷达频率综合器中晶振的静态相位噪声数据，通过线性插值方法得到晶振输出信号的静态相位噪声谱；(f)根据所述晶振的振动功率谱密度H(f)、振动加速度灵敏度Γ、振动峰值加速度A，无加速度时晶振频率f₀，计算调制指数β＝(Γ·A)f₀/f，其中f为振动频率，在调制指数β<0.1时，晶振输出信号的动态相位噪声谱由下式计算得到：L(f)＝(|Γ|f₀)²H(f)/(2f²)其中，H(f)频率覆盖范围为0～f_max，当f>f_max时，L(f)等于步骤(e)中的晶振输出信号静态相噪谱；(g)计算雷达发射信号的动态相位噪声谱T(f)：T(f)＝L(f)+20log(f_c/f₀)其中，f_c为雷达发射频率，f₀为无加速度时晶振频率，L(f)为步骤(f)得到晶振输出信号的动态相位噪声谱；(h)计算雷达泄漏信号的动态功率谱X(f)：X(f)＝P(f)/D·T(f)，其中D为雷达隔离度，P(f)为在不考虑相位噪声条件下雷达发射信号的功率谱，T(f)为步骤(g)计算得到的雷达发射信号的动态相位噪声谱；(i)将所述步骤(h)得到的雷达泄漏信号的动态功率谱X(f)，对应的频率向左平移f_c，得到雷达泄漏信号的基带动态功率谱X₀(f)，所述X₀(f)经过开方运算得到雷达基带泄漏信号的动态幅度谱，并进行逆傅立叶变换，得到基带动态泄露信号d(t)；(4)将步骤(2)得到的基带回波有用信号s(t)与步骤(3)得到的基带动态泄露信号d(t)相加，得到雷达天线接收到的基带回波信号r(t)＝s(t)+d(t)。