相控阵雷达空间碎片探测能力建模仿真研究

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基于无源侦察幅度的相控阵雷达工作模式仿真

电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering电子技术Electronic Technology基于无源侦察幅度的相控阵雷达工作模式仿真蔺诚毅徐伟(西安电子工程研究所陕西省西安市710100)摘要：本文通过对相控阵雷达典型工作模式及天线扫描方式的分析，构建了一套运动场景下机载电子侦察设备对单部相控阵雷达信号幅度的截获模型，并通过仿真得出不同工作模式下的相控阵雷达截获幅度变化规律，为雷达工作模式识别提供了一种新思路。

关键词：无源侦察；相控阵雷达；工作模式；幅度分析1引言电子战在现代信息化战争中扮演着极其主要的角色，已经成为了决定战争胜败的关键因素。

电子侦察作为电子战的重要组成部分，对战场电磁态势感知、信息融合、作战部署起着重要作用。

一方面随着赋予雷达观测任务的不断增加，另一方面也随着电子技术的不断发展，传统的的机扫雷达己经在功能和性能上很难满足当代战争需求，而相控阵雷达以其天线波束快速扫描、波形快速截变、空间功率合成、多波束形成灵活以及多目标处理等优势，在现代战争中得到了广泛应用，在未来战场的应用前景也十分广阔。

根据不同的工作任务，相控阵雷达具有不同的工作模式。

各种工作模式在时域和空域上具有不同的天线扫描方式，对侦测目标而言，其威胁等级也不同。

为了在提高在战场上的生存能力以及电磁态势感知的能力，对相控阵雷达的工作模式识别己成为电子侦察领域的亟待解决的热点问题。

相控阵雷达的工作模式识别是指通过无源侦察的手段获取雷达信号的特性，生成辐射源报告，再根据报告的信息去分辨相控阵雷达的工作样式。

无论是频域或时域中，相控阵雷达的每一种工作模式下，天线波束的扫描方式不尽相同。

对于电子侦察方而言，这种变化直接导致其侦收雷达信号幅度产生特定的变化。

雷达工作模式识别的前提是要熟悉其基本工作原理、特点、性能要求，并对其进行建模仿真。

目前，雷达工作模式的建模仿真大都是站在雷达系统本身的角度进行的，目的是为了给雷达系统的设计提供参考，模型的设计准则更多的是考虑目标特性和应用场景的变化，并没有站在电子侦察方的角度去考虑。

低截获概率相控阵雷达系统建模与仿真的开题报告

低截获概率相控阵雷达系统建模与仿真的开题报告一、选题背景及意义相控阵雷达是目前广泛应用于军事和民用的一种主流雷达系统，其在空中目标监测、空中预警、导弹防御等领域具有广泛的应用。

在相控阵雷达系统中，为了提高目标的截获概率，一项关键的任务是设计出低截获概率的信号处理算法。

因此，对于低截获概率相控阵雷达系统的建模与仿真研究具有重要的现实意义和科学价值。

二、研究目标和内容本文主要研究的是低截获概率相控阵雷达系统的建模与仿真，主要目标和内容包括：1.建立低截获概率相控阵雷达系统的信号处理模型，包括波束形成、距离确定、速度测量和方位角测量等几个部分。

2.基于建立的信号处理模型，仿真相控阵雷达系统的工作过程，包括发射信号、接收信号、数字信号处理等各个环节，并对仿真结果进行分析和评估。

3.建立低截获概率处理算法的仿真模型，包括匹配滤波、空间滤波、谱分析、目标跟踪等算法，并对模型的仿真性能进行测试和验证。

4.分析低截获概率相控阵雷达系统的实际应用场景，在不同应用场景下比较和评价不同处理算法的性能和效果。

三、研究方法和技术路线为了完成本文所述的研究目标和内容，本文采用如下研究方法和技术路线：1.资料收集：收集与相控阵雷达系统相关的文献资料，深入理解相控阵雷达系统的性能和工作原理，为后续研究奠定基础。

2.信号处理模型建立：结合文献资料和系统性能要求，建立低截获概率相控阵雷达系统的信号处理模型，并对信号处理模块进行仿真验证。

3.系统仿真：基于信号处理模型，搭建相控阵雷达系统的仿真平台，使用Matlab等软件对系统进行仿真和分析。

4.算法仿真：对常用的低截获概率处理算法进行仿真，分析算法的性能和优劣，并挑选最优算法进行综合仿真。

5.实验验证：在相应的实验环境下，对仿真结果进行与实验结果进行比较和验证，分析仿真结果在实际应用中的可行性和效果。

四、预期成果和意义通过本文的研究，预期可以得到如下成果：1.建立低截获概率相控阵雷达系统的信号处理模型，深入理解相控阵雷达系统的工作原理和性能要求。

相控阵雷达系统仿真模型研究_李钦富

2 主要模型
本文结合相控阵雷达系统功能仿真
流程, 主要对相控阵雷达系统的天线模型、接收机噪声功率计算模型、干扰功率计算模型、杂波功率计算模型、目标回波功率计算模型、误差模型、航迹管理模型、跟踪滤波模型进行介绍 ;另外 , 在所描述的模型中 , 相关变量的单位均为国际标准单位。
对于杂波功率的具体计算模型 , 详见参考文献
[ 8, 11] 。
在进行相控阵雷达系统功能仿真时 , 应结合实际的仿真应用背景 , 来考虑如何在仿真模型中体现杂波功率对整个系统仿真效果的影响。 2. 3. 4 干扰功率计算模型
目前最常见的干扰为压制式干扰 , 根据雷达方程[ 8] 知 , 压制式干扰到达雷达接收机的干扰功率的
(6)随机对一服从 [ 0, 1] 均匀分布的变量取值 P0 , 通过比较 P 0 与探测概率的大小关系来判断雷达能否发现此目标 ;
(7)对于雷达已发现的目标 , 根据雷达相关参数计算雷达距离和角度测量标准差 , 并进一步产生观测误差 , 叠加到真实值上形成雷达测量值 ;
(8)经过上述过程后 , 对目标进行确认、跟踪、稳定跟踪等航迹管理过程。
Pr
=P
tGtG r λ2 σDN (4π)3R 4LLt
γ
(3)
式中 , P r 为雷达接收机接收到的目标回波功率 ;P av
为雷达的平均发射功率 ;G t 为雷达发射天线增益 ;
Gr 为雷达接收天线增益 ;σ为目标的雷达散射截面
积 ;λ为雷达工作波长 ;D 为雷达脉压系数 ;N 为雷
达脉冲积累因子 ;L 为雷达综合损耗 ;L r 为雷达电磁波传输损耗 (双程损耗 );γ为雷达抗干扰改善因子 ;

一种改进的相控阵雷达信号级建模与仿真方法

一种改进的相控阵雷达信号级建模与仿真方法
王象;赵锋;闵涛;杨建华;王国玉
【期刊名称】《系统仿真学报》
【年(卷),期】2013(25)2
【摘要】传统的相控阵雷达信号级建模方法算法复杂,仿真模型计算量大、运行效率低,严重制约了信号级仿真的广泛应用,针对此问题,提出了一种改进的相控阵雷达信号级建模仿真方法,给出了改进后的信号级仿真模型,并据此构建了仿真系统,仿真验证结果表明,改进后的仿真系统计算效率明显提高,验证了建模方法和仿真模型的有效性、正确性,为相控阵雷达信号级仿真的广泛应用提供了支撑。

【总页数】5页(P241-245)
【作者】王象;赵锋;闵涛;杨建华;王国玉
【作者单位】国防科学技术大学电子科学与工程学院
【正文语种】中文
【中图分类】TP391.9
【相关文献】
1.改进的相控阵雷达信号检测方法
2.高精度相控阵预警雷达信号建模与干扰方法研究
3.一种被动相控阵雷达全脉冲信号生成仿真技术
4.舰载相控阵雷达信号处理的建模与仿真
5.相控阵雷达相干视频信号建模与仿真方法研究
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基于SystemVue的相控阵雷达系统性能评估仿真技术

收稿日期：2018年10月17日，修回日期：2018年11月7日作者简介：姚国国，男，硕士，高级工程师，研究方向：雷达导引技术。

∗1引言近年来，随着建模仿真技术的进步，其在军用和民用领域中的应用更是不断向深度和广度拓展，同时对于仿真系统的要求也越来越高［1~2］。

在雷达领域，数字化装备、相控阵技术的应用与普及，雷达系统复杂度不断提高。

数字化仿真手段作为雷达系统设计提供分析、研究、评判和决策的重要手段，提前预知、发现系统设计中可能存在的问题具有重要意义。

当前雷达装备系统越来越复杂，雷达数字仿真要求其仿真精细程度越来越细化和深入，在仿真某一属性的同时要兼顾到多种属性，对仿真平台和仿真工具的要求也越来越高，现有大多的仿真软件很难做到同时兼顾。

现有的支持雷达系统仿真软件有SPW （Signal Processing Work System ）软件、Simu⁃link 软件包等。

SPW 软件是基于Unix 、Linux 等系统，普及程度不高，应用范围有限。

而Simulink 软件包是Matlab 平台下的一个仿真子平台，适用于动态系统模型的建模和仿真，但它不具备雷达专业模型库，需要结合其它软件才能实现端口控制和实时控制等［3~5］。

SystemVue 是KeySight 公司开发的用于电子系统级（ESL ）设计的专用电子设计自动化（EDA ）环境，可支持系统架构师和算法开发人员在无线、航空航天、国防和通信系统的物理层上进行创新设计，为射频、DSP 和FPGA/ASIC 的设计人员提供独特的仿真平台。

SystemVue 作为ESL 设计和信号处理的专用平台，可替代通用的数字、模拟和数学环基于SystemVue 的相控阵雷达系统性能评估仿真技术∗姚国国（中国空空导弹研究院洛阳471009）摘要针对传统武器装备雷达系统数字仿真手段的不足，阐述了使用SystemVue 进行雷达系统仿真的优越性。

结合某相控阵雷达系统实例，利用SystemVue 仿真软件完成了系统接收链路的模型构建与设计，介绍了主要仿真模块，并给出了理论计算和仿真结果，验证了利用SystemVue 实现相控阵雷达系统设计和仿真的可行性，同时也体现出SystemVue 在复杂雷达系统设计与仿真方面的独特性和优越性，对相控阵雷达系统设计与数字系统仿真具有一定的参考价值。

相控阵雷达系统并行仿真技术分析45

相控阵雷达系统并行仿真技术分析摘要：相控阵雷达仿真技术是在集群环境下衍生出来的，以实现雷达的有效设计为主要基础，将整个雷达技术及相应的分析方式进行分析，突出雷达技术的合理性，进而在雷达仿真技术的基础上，将相干视频仿真、信号的幅度信息及相应的相干视频信号进行分析，使得其整个系统的运行速度不断的提升。

本文结合现有的雷达仿真技术，从相控雷达仿真技术发展背景及原理上作为理论分析的基础，进而分析了雷达系统并行结构及并行的算法分析，从而对其雷达仿真技术过程中应用到的相关公式进行有效总结，对计算结果进行分析，突出体现了相控阵雷达仿真系统的有效性。

关键词：相控阵雷达；相干仿真技术；算法；公式0引言从概念上分析，雷达仿真指的是在数字化技术应用的前提条件下，结合现有的雷达技术，形成的一套完整的雷达系统设计和分析方法。

从功能上分析，雷达仿真技术能够根据雷达运行周期及频率，将相应的发射目标信息及相应的干扰信号进行相应幅度的信息调节，逼真的将实际的相干视频信号进行有效复现，从而实现雷达信号能够在多种硬件设备相互协调配合的基础上对雷达信号处理情况进行有效分析。

其研究结果及结论可大量应用于天气预报、石油勘探、海洋工程、航天工程等世界主要发展的几大影响力。

1 相控阵雷达仿真技术发展背景及原理1.1相控阵雷达仿真技术优势对于整个相控阵雷达仿真技术的系统化、高效化进行设计，可以将雷达技术对整个计算机仿真设计的相关内容进行分析，以期利用最短的周期实现最高效的效率，从而使雷达系统的仿真设计及相应内容分配合理，缩短相应的设计周期，降低相应的设计成本成为现阶段相控阵雷达仿真技术应用的最大优势。

使得雷达系统在使用及应用过程中效率更高、设计更加方便、进而实现对整个相控阵雷达仿真系统技术的高效率应用。

1.2点扫描法应用从扫描方式上分析，其是雷达系统工作有效运转的主要方式，也可实现相应波束的扫描。

其在运行过程中，通过计算机控制相应的相移量，进而改变各个振元的激励相位，实现整体算法的需求。

舰载相控阵雷达建模与仿真

模方法；最后通过软件仿真验证理（起始、关联、维持、终结）、跟踪滤波。
２８
方位角锥伸舟海明窗瘁列天蛙方向圉
了天象方向图和滤波误差。
Ｊ由于Ｋａｌｍａｎ滤波算法的增益系数是动态得到，
可实时估计目标的滤波信息和预测信息，将此结果输出。
５ｏ七 ’ 。
ｌ
．．．
．
假设阵元数４０＊４０，方位和俯仰维扫描范
围均是（一２Ｏ。，２０。），天线中心指向为（０。，０。）。载频ｆｃ＝ｌｅ９Ｈｚ。如图ｌ，分别加了矩形窗和海明窗，看出
ｆｐｕｂｌｉｃ：／／基本函数
嚣＆
上进行雷达模块建模和仿真则是对实际系统进
行部分理论研究的有效手段。本文使用ＶｉｓｕａｌＳｔｕｄｉｏ２００５平台则能生成模块的动态链接库
ＭＯＤＥＬ（）；／／构造函数，对模块进
行初始化ｖｏｉｄｉｎｉｔｉａｌ（）；／／初始化函数，读取初始化参数ｖｏｉｄ八ｌｎ（）；／／运行函数，完成组件的运行工作
ＤＬＬ文件，仿真速度快、兼容性好。
２舰载相控阵模型
．
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Ｉｌ＿．１ｔ跚ｆＩ『ｌ１ｎ＿＿
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相控阵雷达数据处理仿真研究

认。航迹的终结规则类似于新航迹的确认规则，
采用“Ｋ／Ｍ”准则。另外，当终结一条航迹时，必须调用失跟处理，即：在该航迹最新的滤波位置附
近，安排搜索任务，捕获已丢失的目标。３．１．２最近邻域法
对于干扰环境下的目标跟踪算法，主要有两种典型方法：最近邻域法（ＮＮＦ）和概率数据关联
法（ＰＤＡＦ）［１｜。本系统的数据关联部分采用简单
万方数据
相控阵雷达数据处理仿真研究
９
（斜距）上进行，具体处理流程如图２所示。执行跟踪、确认事件时，角度信息和距离信息都可以利用，因此进行坐标转换后，可以从三维空间距离上进行更为准确的航迹关联，处理流程如图３所示。
３数据处理基本算法
数据处理模块的关键技术包括数据关联算法和跟踪滤波算法。３．１数据关联
数据关联是相控阵雷达实现多目标跟踪的核心算法。航迹关联的过程是将信号处理模块检测的新点迹与已知目标航迹相比较，并给出点迹一航迹的配对结果，用于后续的跟踪、确认处理或产生新航迹。３．１．１航迹管理
数据关联还包括对目标航迹的管理，对每个目标建立航迹，相当于建立了该目标的一个档案，便于有效地进行统一管理，最大程度地节约雷达资源，同时保证对多目标进行高精度跟踪的能力。
性，因此，雷达对目标的跟踪采用扩展Ｋａｌｍａｎ滤
波算法口］。通过对目标状态方程离散化之后，可
得到状态外推方程
ｘ＾＋１／女＝ｘ女／＾＋，（ｘ叭，￡＾）△￡＋△￡２Ｆ，／２（１３）其中，△￡为采样间隔，且
Ｆ（‰）＿裴Ｌ。
（１４）
而状态修正方程为ｘ＾“／女＋１＝ｘ＾¨，＾＋Ｋ女＋１［ｚ＾＋１一＾（ｘ女＋ｌ／＾，￡女）］（１５）其中Ｋａｌｍａｎ增益为Ｋ＋ｌ＝Ｐ＾＋ｌ／＾Ｈ手＋１［Ｈ＾＋ｌＰ＾＋ｌ，女Ｈ０１＋Ｒ＾＋１］叫（１６）式中Ｈ＾＋１为Ｊａｃｏｂｉａｎ矩阵，且

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（１．清华大学电子工程系，北京１０００８４；２．西南电子电信技术研究所，四川成都６１００４１）
摘要：研究空间碎片探测能力问题，由于相控阵雷达（ＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＲａｄａｒ，ＰＡＲ）的空间碎片探测能力不会随着最大作用距离
ａｎｄｔｈｅｎｔｈｅｑｕａｎｔｉｔａｔｉｖｅｉｎｄｉｃａｔｏｒｆｏｒｔｉｍｅｒｅｓｏｕｒｃｅｏｃｃｕｐａｔｉｏｎｗａｓｇｉｖｅｎｂｙｓｅｔｔｉｎｇｔｈｒｅｓｈｏｌｄｔｏｔｈｅｃｕｍｕｌａｔｉｖｅｐｒｏｂａ — ｂｉｌｉｔｙｆｕｎｃｔｉｏｎｏｆＲＣＲＳ，ｗｈｉｃｈｂｅｃｏｍｅｓｔｈｅｌｉｍｉｔｔｏｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙ．Ｆｉｎａｌｌｙ，ｔｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｔｈｅｐｈａｓｅｄａｒｒａｙｒａｄａｒｍｏｄｅｌｗａｓｓｉｍｕｌａｔｅｄａｎｄａｎａｌｙｚｅｄ，ｕｓｉｎｇｏｒｂｉｔｅｌｅｍｅｎｔｓａｎｄＲＣＳｏｆａｃｔｕａｌｓｐａｃｅｄｅｂｉｓｒ．Ｔｈｅｒｅ — ｓｕｉｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｔｉｍｅｒｅｓｏｕｒｃｅｃａｎｂｅａｎｉｍｐｏｒｔａｎｔｆａｃｔｏｒｔｏｌｉｍｉｔｈｅｔｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐｂｉａｌｉｔｙｏｆｐｈａｓｅｄａｒｒａｙｒａｄａｒ，ｗｈｅｎｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｒａｄａｒｒａｎｇｅｉｓｆａｒ．
关键词：相控阵雷达；探测能力；空间碎片；时间资源
中图分类号：ＴＰ３９１．９文献标识码：Ｂ
ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄＳｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆＳｐａｃｅＤｅｂｒｉｓＭａｎａｇｅｍｅｎｔ
的增加而无限增加，还将受到雷达时间资源的限制。可将时间资源限制引入到相控阵雷达探测能力进行分析，为了体现雷
达时间资源的影响，提出了资源占用率统计量（ＲｅｓｏｕｒｃｅＣｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎＲａｔｅＳｔａｔｉｓｔｉｃｓ，ＲＣＲＳ）的概念和计算分析方法，通过对
ＣａｐａｂｉｌｉｔｙｂｙＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＲａｄａｒ
ＳＵＮＴａｏ，ＺＨＡＯＰｅｉ —ｙａｎ，ＳＨＡＮＸｉｕ —ｍｉｎｇ
（１．ＤｅｐａｒｔｍｅｎｔｏｆＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃＥｎｇｉｎｅｅｉｒｎｇ，ＴｓｉｎｇｈｕａＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｂｅｉｊｉｎｇ，１０００８４，Ｃｈｉｎａ；２．ＳｏｕｔｈｗｅｓｔＥｌｅｃｔｒｏｎｉｃｓａｎｄＦｅｌｅｃｏｍｍｕｎｉｃａｔｉｏｎＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙＲｅｓｅａｒｃｈＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＳｉｃｈｕａｎＣｈｅｎｇｄｕ６１００４１，Ｃｈｉｎａ）
ＡＢＳＴＲＡＣＴ：ＴｈｅｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｏｆｓｐａｃｅｄｅｂｉｒｓｂｙＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＲａｄａｒ（ＰＡＲ）ｃａｎｎｏｔｉｎｃｒｅａｓｅｉｎｉｆｎｉｔｅｌｙｗｉｔｈ
统计量的累加概率函数设置门限提出评价时间资源占用的量化指标，并以上述指标作为雷达探测能力的限制条件。最后，
利用实际运行的空间碎片轨道根数和ＲＣＲＳ数据，对相控阵雷达探测能力进行仿真。结果表明，当雷达探测距离最大时，时间资源会限制相控阵雷达探测能力。
ｓｏｕｒｃｅ，ｔｈｅｃｏｎｃｅｐｔａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｍｅｔｈｏｄｏｆｒｅｓｏｕｒｃｅｃｏｎｓｕｍｐｔｉｏｎｒａｔｅｓｔａｔｉｓｔｉｃｓ（ＲＣＲＳ）ｗｅｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，
第３０卷第１期
文章编号：１００６ — ９３４８（２０１３）０１－００９１ — ０４
计
算
பைடு நூலகம்
机
仿
真
２０１３年１月
相控阵雷达空间碎片探测能力建模仿真研究
孙涛，赵培焱，山秀明
ｔｈｅｍａｘｉｍｕｍｒａｎｇｅｏｆｒａｄａｒｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｂｕｔｉｓｌｉｍｉｔｅｄｂｙｒａｄａｒｔｉｍｅｒｅｓｏｕｒｃｅ．ＴｉｍｅｒｅｓｏｕｒｃｅｌｉｍｉｔｗａｓｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｔｏｔｈｅｓｉｍｕｌａｔｉｏｎａｎｄａｎａｌｙｓｉｓｏｆｄｅｔｅｃｔｉｏｎｃａｐａｂｉｌｉｔｙｂｙＰｈａｓｅｄＡｒｒａｙＲａｄａｒ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｒｅｌｆｅｃｔｔｈｅｉｎｌｕｆｅｎｃｅｏｆｔｉｍｅｒｅ－