雷达扩展目标中频回波模拟关键技术

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雷达作为一种实现目标定位与追踪的主流手段,近年来在各类军事活动中占据着越来越重要的战略地位,这也促使雷达向更高分辨率,更大宽带方向发展。它带来了一系列关于雷达开发的新课题,其中,目标特性是一个不可回避的问题。为了给日常军事模拟训练,模拟作战演习和高分辨雷达(High Resolution Radar Processor,HRRP)研制提供各种目标环境场景,雷达仿真系统应运而生,然而随着高分辨宽带雷达问世,传统意义上的雷达仿真系统并不能很好的模拟高分辨体制下扩展目标的特性。论文以导引头雷达回波仿真系统的构建为索引,以扩展目标多散射中心理论为指导思想,从原理推导和实现方法角度详细分析了扩展目标回波模拟关键技术。论文的主要工作和创新点如下:(1)将传统点目标雷达信号仿真系统的构建方法加以延伸至扩展目标雷达信号仿真(Radar Extended Target Echo Simulation,RETES)实现方法。目标多散射中心理论体系认为,在高分辨率雷达系统环境下,一些大目标如飞机、舰船、坦克可分类为扩展目标,扩展目标的雷达反射回波可等效为与目标自身相关的“大量散射单元”的回波矢量和[1],每个散射单元可等效为一个相对独立的点目标。因而扩展目标雷达信号仿真系统的构建可以沿用传统点目标雷达信号仿真系统的基本实现方式,即用直接数字式频率合成器(Direct Digital Synthesizer,DDS)模拟点目标回波,如此引申,扩展目标的多个散射单元可用多个DDS来模拟。论文从这种方法出发,进行了雷达信号仿真场景要素分析、DSP+FPGA+DAC硬件构架下信号产生流程实践及常见问题解释、仿真系统回波展示与验证分析等工作。(2)提出了基于多散射中心冲激响应卷积的回波快速生成方法。从线性系统的角度结合多散射中心理论,得出扩展目标的每个散射中心反射雷达发射波的过程可认定为是一个线性系统,系统只改变了雷达发射波的相位和幅度这一思路,并提出针对每个散射中心构建线性系统所特有的冲激响应函数,继而构建从发射信号到回波信号整个雷达回波系统,实现雷达回波模拟的方法。论文中系统论述了冲激响应卷积法的理论依据,列出了方案实践过程中各模块的详细工作和流程,并验证了方案的可行性和正确性。(3)从工程实践角度分析基于DDS和基于冲激响应卷积两种方案构建扩展目标雷达信号仿真系统的优劣。首先分析了两种实现方法硬件资源的耗费情况,基于DDS的实现方法需要大量的硬件IP核而基于冲激响应卷积的方法则从算法上避免了DDS的使用,因而很容易得出在数字信号处理芯片性能足够的情况下,基于冲激响应卷积的方法硬件资源耗费更少,更经济的结论。然后从算法复杂度角度比较了两种方法,详细分析了两种算法的运算量,并从工程中的绝对运算时间角度验证分析,结论表明在目标散射点数少时,基于DDS的雷达信号合成方法效率高,当目标散射点数较多,且不需要长时间积累时基于冲激响应卷积的方法效率更佳。
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