基于SystemVue的雷達模擬仿真技術(shù)

劉婧逸++邸雪娜

摘 要作為一種模塊化的大型仿真軟件，SystemVue具有直觀性高、兼容性強、擴展性強的特點。本文闡述了一種基于SystemVue軟件平臺的雷達模擬仿真技術(shù)，詳細(xì)介紹了雷達仿真系統(tǒng)構(gòu)成，雷達仿真場景，目標(biāo)、雜波和干擾仿真模型以及雷達主要分系統(tǒng)的建模仿真方法，并給出了仿真結(jié)果圖。

【關(guān)鍵詞】SystemVue 雷達系統(tǒng) 仿真建模

SystemVue是一種模塊化的大型仿真軟件，具備強大的系統(tǒng)級建模仿真能力，同時提供靈活多樣的應(yīng)用編程接口（API）和豐富的雷達模型庫，以及友好的仿真測試界面，適用于雷達系統(tǒng)動態(tài)系統(tǒng)仿真。

利用SystemVue仿真平臺構(gòu)建雷達仿真系統(tǒng)，可精確評估雷達探測性能、優(yōu)化雷達系統(tǒng)參數(shù)設(shè)計和算法設(shè)計，最終達到支持雷達方案論證、產(chǎn)品設(shè)計優(yōu)化、減少研制成本、降低技術(shù)風(fēng)險的目標(biāo)。

1 雷達系統(tǒng)框圖

雷達系統(tǒng)仿真流程圖如圖1所示，圖2為在SystemVue平臺下搭建的機載雷達系統(tǒng)仿真模型。

圖2中1為場景與雷控模塊，2為雷達發(fā)射模塊，3為雷達接收通道模塊，4為DBF模塊，5為信號處理模塊，6為數(shù)據(jù)處理和顯示模塊。雷達系統(tǒng)仿真模型運行時以數(shù)據(jù)流驅(qū)動，每一幀雷達數(shù)據(jù)作為一次仿真節(jié)拍。在進行一次仿真時，場景與雷控模塊接收來自于場景軟件的載機、目標(biāo)機等位置信息，通過解算，產(chǎn)生雷達數(shù)據(jù)包頭，并對雷達各分系統(tǒng)進行調(diào)度。發(fā)射模塊用于產(chǎn)生雷達發(fā)射信號。雷達接收通道模塊共由16路接收通道構(gòu)成，其輸入端為雷達回波信號，輸出端送DBF模塊，產(chǎn)生雷達和路、方位差、俯仰差路數(shù)字接收信號。這三路數(shù)字信號送信號處理模塊依次進行主雜波對消、脈沖壓縮、相參積累、恒虛警檢測、聚心等信號處理模塊，生成信號處理報告送給數(shù)據(jù)處理模塊。數(shù)據(jù)處理模塊根據(jù)信號處理送來的cfar報告依次進行解模糊、航跡解算等處理，最終形成雷達航跡，送給雷達顯控模塊。

2 雷達場景仿真

SystemVue本身不具備雷達場景仿真的能力，但可以通過其API接口獲得由場景軟件提供的雷達載機、目標(biāo)、干擾等的距離、方位信息以及雜波背景等信息，文獻[1]中詳細(xì)介紹了SystemVue與STK軟件結(jié)合用于進行虛擬飛行測試、驗證雷達性能的方法，本文以某國產(chǎn)場景軟件為例進行說明。

如圖3所示，雷達場景仿真包含雷達、載機、目標(biāo)、地形等元素。場景仿真對這些元素進行想定編輯和三維顯示，并為雷達仿真提供其環(huán)境信息。

在該場景中設(shè)置出雷達、載機、目標(biāo)機的航線信息（包括經(jīng)緯高、航向角、速度等）以及環(huán)境背景信息，使用網(wǎng)絡(luò)通訊協(xié)議，將場景中的信息傳送給位于SystemVue平臺中的雷達控制模塊，雷達控制模塊將對上述參數(shù)進行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換以及解算，得到雷達坐標(biāo)系下的波控參數(shù)。

3 主要仿真模塊說明

3.1 雷達控制模塊

雷達控制模塊模擬實際雷達的控制系統(tǒng)，將各分系統(tǒng)涉及到雷達系統(tǒng)參數(shù)統(tǒng)一到雷控模塊，仿真時只需要修改雷控參數(shù)，即可以改變整個雷達工作流程或功能。它負(fù)責(zé)整個雷達系統(tǒng)運行時間基準(zhǔn)、系統(tǒng)參數(shù)產(chǎn)生、天線波束控制、接收P顯的控制指令進行解釋后以數(shù)據(jù)輸出的形式下發(fā)，各分系統(tǒng)模塊可以根據(jù)自身的需要在下發(fā)的雷控參數(shù)中接收所需要的參數(shù)，供分系統(tǒng)模塊、三維態(tài)勢及回波仿真用。

3.2 目標(biāo)、雜波和干擾模型

3.2.1 目標(biāo)模型

目標(biāo)通?？紤]采用四種Swerling模型進行仿真。其中，Swerling I型適用于慢起伏、瑞利分布的目標(biāo)；Swerling II型適用于快起伏、瑞利分布的目標(biāo)；Swerling III型適用于慢起伏目標(biāo)；Swerling IV型適用于快起伏目標(biāo)，具體計算方法可參加文獻[2]。

設(shè)雷達發(fā)射信號形式為，其中x（t）為歸一化波形調(diào)制函數(shù)，w0為載波頻率，為初始相位，根據(jù)雷達方程計算到達雷達天線陣面上的目標(biāo)回波信號功率，可得到點目標(biāo)回波Sr（t）；

（1）

3.2.2 雜波仿真

雜波仿真采取功率模型，計算方法如下：

（1）根據(jù)載機高度、雷達距離單元寬度、雷達多普勒單元寬度，網(wǎng)格定義雜波單元dA；

（2）計算各雜波單元dA在與雷達視線垂直面方向上的投影dA；

（3）計算各雜波單元的雜波功率：

（2）

式中Pav為雷達平均輻射功率，為雷達發(fā)射天線在指定雜波單元上的增益，為雷達接收天線在指定雜波單元上的增益，λ為雷達波長，γ為雜波后向散射系數(shù)；

（4）對相同距離-多普勒單元的雜波進行功率求和ΣPc；

（5）計算各距離-多普勒單元的平均雜波幅度：（k為接收通道增益，R為A/D輸入阻抗）；

（6）按雜波幅度分布規(guī)律計算各距離-多普勒單元的雜波幅度。

3.2.3 干擾模型

可根據(jù)系統(tǒng)仿真需求建立噪聲干擾、距離欺騙干擾、速度欺騙干擾，距離—速度門拖引等干擾。

3.3 分系統(tǒng)建模仿真

雷達系統(tǒng)仿真的各分系統(tǒng)模型應(yīng)該具備滿足如下需求：

（1）各分系統(tǒng)模型可獨立運行，具備該分系統(tǒng)關(guān)鍵技術(shù)和重要指標(biāo)仿真分析和論證功能。

（2）可與雷達整機其它分系統(tǒng)互聯(lián)，構(gòu)成雷達整機系統(tǒng)仿真。

（3）通過分系統(tǒng)建模仿真可實現(xiàn)對現(xiàn)行研發(fā)過程的優(yōu)化，如流程提前、流程精簡、流程控制點管控等。

天線分系統(tǒng)模型應(yīng)能夠體現(xiàn)并滿足天線分系統(tǒng)的主要技術(shù)指標(biāo)。天線分系統(tǒng)模塊應(yīng)考慮到各子陣天線增益、（不同頻點）子陣天線方向圖等要素，輸出天線子陣的發(fā)射/接收信號。仿真模型為數(shù)據(jù)流驅(qū)動，仿真節(jié)拍為雷達工作幀。通常，天線方向圖可通過在仿真平臺預(yù)存來自天線分系統(tǒng)天線方向圖數(shù)據(jù)獲得，也可以通過程序仿真實現(xiàn)。endprint