雷达扩展目标特性模拟技术

1、 作 者签名： 荔籼本 学位 论 文 作 者 完 全了 解 学校 有 关 保 留 、 使 用学位 论 文 的规 定， 同 意 学校 保留并 向 国 家 有 关 部 门或 机构送 交 论文 的复印 件 和 电 子 版， 允 许论 文 被查 阅和 借阅。本 人授 权湖 南 大学可 以将本 学位 论 文 的全部 或 部 分 内 容编入 有 关 数据库 进行 检索 ， 可 以采 用影印 、 缩 印 或 扫描 等复制 手 段 保 存和 汇 编本 学位 论 文 。本 学位 论 文 属 于 朐谝 陨舷嘤娇 蚰 诖 颉 啊獭 像 特性 等方面的比较 分 析， 初 步验 证 了 该 模拟 器 不仅 能 够 精

2、确模拟 目标的距离 、控 制 信 号 的一 一 对 应关 系 。关 键词： 扩 展 目标； 目标特性 模拟 ； 三维散 射中 心 ； 信 号 生成； 猟 ： 琣 ； 目第 吕 鼓勘 晏匦 阅 夥 椒 的配置 信 号 生成 一 地址 译 码 图 散 射中 心 与雷达 的空间关 系 较 蚪巧 了 赶咂 钣 、 问 关 系 图 蠓较 蚪巧 了 赶咂 钣 、 妒 间关 系 图 线 性 调 频信 号 频率 步进示意 图 图 板 卡 结构框 图 图 板 卡 实物图 一 图 的内 部 结构框 图 图 串 行 接 口 写 时序 图 串 行 接 口 读时序 图 评估板 软 件 配置 截 图 图 信 号 生成框

3、图 图 扩 展 目标模拟 回 波的验 证 方法 框 图 图 生成的几 种 雷达 中 频信 号 示例 图 海面舰 船目标的三维模型 图 目标三维散 射中 心 位 置 重 构结果 图 导 弹驱 逐 舰 三维散 射中 心 的有 效 可 见 范 围 图 表 通信 参 数定义 表 寄 存器 配置 信 息 ， 包 括 雷达 散 射截 面积 甋 ， 及其起 伏 统 计 模型 、 目标多 雷达 信 号 模拟 器 不能 满 足高分 辨率 雷达 系 统 的测 试要 求。 琁 相 应的雷达 回 波。 腞 靠 梢晕 獂 、 波段 的射频制 导 导 弹提 供 可 杓 频腅 ， 一 种 基 于合成孔 径 雷达 从 各国

4、对 信 号 模拟 器 功能 来 看 ， 绝大多 数仅 通过 目标信 号 的幅 度 、 多 普勒 频 。 目标散 射中 心 是 。 论文 的组织 结构如下： 为 复杂 ， 本 章还 给 出 了 其配置 方法 和 具 体 参 数。 本 章还 重 点介绍 了 信 号 生成模块， 详 细 描 述了 地址 译 码、 藕派 伞 呒 刂啤 数据接 口部 分 的具 体 实现方法 。 雷达 目标特性 的含 义早期的雷达 ， 由 于分 辨率 较 低， 只 能 将探测 目标看 做 点目标来 处 理 ， 但随 着高分 辨率 雷达 即宽 带 、 超 宽 带 雷达 的出 现， 已 将目标当做 体 目标来 处 理 。 利

5、用高分 辨率 雷达 进行 目标探测 ， 不但可 以知 道 目标的位 置 和 运动状 态， 还 可 以知 道 目标的具 体 类型 ， 即综 合利 用雷达 目标的尺 度信 息 和 特征 信 息 来 判 别 目标类型 。尺 度 信 息 主要 包 括 目标的三维坐 标、 距离 、 速 度 、 加 速 度 、 运动轨 迹等参 数： 点目标和 扩 展 目标 。 加 而成 引。 因此， 散 射中 心 模型 能 够 简 洁 地描 述雷达 目标在 光 学区的电 磁 散 射现象。 咴 瞪 渲 行 摹 唤妆咴 怠 妆咴 一 阶导 数连 续 ， 二 阶导 数不连 扩 展 目标三维散 射中 心 模型 ，妒，： 妒 ，

6、迫 妒 如， 省 呼瑈。图 目标与雷达 视 线 关 系 示意 图型 散 射结构对 应关 系 。表 类型 参 数与典 型 散 射结构对 应关 系边 缘 绕 射 。 也就 是 说， 对 于固 定散 射中 心 耄 ， 它在 碈 鵶 乙 湟 徽 徽 每 ， ， ， 给 出 了 在 平 面内 的这 种 投 影关 系 。 爻图 固 定散 射中 心 平 面内 的投 影点在 圆上 阋 錒 变 换 若 图 像 由 曲 线 族组成吼 固 ： 叫 确舳叫 蚓 蚴 霍 夫变 换获得散 射中 心粗 估计懿系数估计图 所示。 测 量带 宽 ， 频率 采 样间隔 德 什 裳 点； 目标銎图 暗 室测 量目标 ， 超 分 辨

7、方法 对 各视 角下的散 射中 心 位 置 进行 估计 ， 对 每 一 个方位 角下的宽 带 测 量数据， 估计 出 一 一维散 射中 心 的复幅 度为以， 则它在 图 中 ， 对 应着球 坐 标为 ， 的 图 中 的投 影点是 数据然 后根 据不同 极化 下的散 射中 心 空间位 置 ， 来 对 散 射中 心 进行 位 置 调 整 ， 得图 无 缝锥 球 体 对 数幅 度 图 波信 号 生成图 雷达 与目标的空间关 系 蟆 雜 痵 。 图 散 射中 心 与雷达 的空间关 系 ， 并 定义 巍 方向 的角闪烁 偏差分 别 为 ， ， ， ， 。 图 中 品 是 扩 展 目标 瓶趍 。 。对 雷

8、达 回 波相 位 函 数中 求偏导 可 得叫一九丸 一竺 彬兰 兰 口 谚 一咖 啤芶 恢 鋝 痗 一烁 偏差。 其散 射中 心 具 体 坐 标信 息 如表 所示。表 嫉 惭 蠼 錾 渲 校 琤 较 蚪巧 了 赶咂 钣 、 妒 问 关 系图 蠓较 蚪巧 了 赶咂钣 、 妒 间关 系烁 线 偏差计 算 方法 的正确性 。 粁 矫 嫔 系 耐 队 跋 哂肴 粗 岬 募 薪 牵 ！ 舻 趍 个散 射中 心 在 阵 面直 竎 隴 一 砂 ， 散 射中 心 的俯 仰角度 吒 以及方位 角度 ； 对 于多 散 射中 心 情 况 ， 接 收机的和 差通多 普勒 效 应是 指 当发射源 和 接 受者 之间有

9、相 对 径 向 运动时， 导 致接 收到 的信 号 频率 发生变 化 的现象。 这 一 物理 现象是 由 物理 学家 克里斯 顿多 普勒 于 年本 章研 究 了 雷达 扩 展 目标特性 模拟 的基 本 理 论 和 方法 。 首 先 介绍 了 目标特性 、 扩 展 目标三维散 射中 心 模型 的处 理 后的误差范 围 在 一 之间； ， 厶 ， 灰 】 厂， 妒 ， 琭 彳 够 。 唬琺 尼 系 统 实现的总 体 设 计 图 扩 展 目标特性 模拟 实现框 图在 不同 方位 俯 仰下的幅 相 信 息 、 荩 客 绱虬 路 。 一 文 中 首 次提 出 来 的概 念 。 通常 将此视 为 第 三代

10、频率 合成技 术 。 它突 破 了 之前的 芯 片 送 入 控 制 字 ， 便 可 以得 到 所需 带 宽 、 脉宽 、 频率 信 苯 邮 制 德 屎铣 及优势 图 目标航 迹投 影图 每 个重 频脉冲 按 时间间隔 顺 序读取 弹道 坐 标图 扩 展 目标运动轨 迹存储 格 式瓣 ； ； 囊黉图 散 射中 心 坐 标存储 格 式 利 用 内 置 的 松 上咝 缘 髌敌 藕牛 薉 本 身 需 要 的频率 控制 字 、 初 始相 位 控 制 字 以外 ， 还 需 要 频率 步进量。 若 要 生成目标回 波信 号 ， 还 需要 知 道 目标的距离 延 时， 信 号 幅 度控 制 系 数。 生成目标

11、回 波信 号 所需 的各种 参 数，图 线 性 调 频信 号 频翠 步进示意 图 憾 尽 若 考 虑 多 普勒 频率 调 制 ， 则 石 桃痪 。 即假 设 径 向 速 度 为 巧 ， 重 频频率 为 石 仄 抵芷 谖 D穗 驹蛩 俣妊 邮辈 浇 縝， 印由 于该 值 太 小 ， 对 于其有 符 号 位 二 进制 数， 先 左移 位 再下发。每 个脉冲 的初 始相 位 的变 化 应该 能 够 反 应速 度 的变 化 ， 该 值 代表 标多 普勒 德 士 刂谱謅进行 位 二 进制 转 换， 则 ， ， ， ， ， ， ， 。假 设 目标距离 珼 工作 时钟 频率 ， 目标延 时为 幻 ， 则 仄

12、 德 龀 澹 系 统 硬 件 电 路 的描 述 图 板 卡 结构框 图图 板 卡 实物图 工艺 的产 品 ， 其功耗 和 成本 分 别 比上一 代产 品 计 ， 集成了 传 输 速率 高达 辗骱湍 谥 檬絇 肴 蕴 鳰等模块。 具 体 性 能 如下【 】 ： 的功能 资源 情 况 拿扛龆 丝 诳 梢愿 菔 导 是 榭 隽榛 钆渲 谩 砍 弧 图 的内 部 结构框 图 表 通信 参 数定义 硕 士 学位 论 文坐 标系 中 的距离 乇、 方位 及俯 仰角度 、 ， 根 据公式 的配置 的串 行 接 口 使 用非 常 灵活 ， 满 足微 处 理 器 、 微 控 制 器 的工业 标准 。它满 足大部

13、 分 的同 步传 输 格 式， 并 且 具 有 可 控 选 择的 拧 引脚 接 口 传 输 模 为 串 行 输 入 数据， 数据在 时钟 上升 沿 锁 存。图 串 行 接 口 写 时序 评估板 软 件 配置 截 图 ， 图 J淙攵 伺渲 茫 为 数字 域 配置 ，表 寄 存器 配置 枷峨 舢 ！ 篿 ； ” 唬 ： ： ： ： 等： 蛩 硕 士 学位 论 文 珼 须 淹堋 !猐， 狤 ， 窝 窨刂谱諧 猻 ： 、 各散 射中 ： 、 速度延 时步进累 积 量 ： 和 。 其中 距 篛 】 、 唧一匝 盈 夏盛 羹圈： 卜 “ ： 卜“”墨丑卜 啊 叫 删匮 五 丑 羹 匾 蠢 江 圈一 几 几

14、 几 几 数据传 输 格 式 ： 、 一 ： 俊 【 ： 拼成 位 数作 氖 淙胧 荩 瑂 】 验 证 方法 信 号 生成验 证 号 生成模块的正确性 ， 可 以用于生成扩 展 目标回 波信 号 。图 生成的几 种 雷达 中 频信 号 示例图 海面舰 船目标的三维模型 一。蘑晕车逐 舰 三维散 射中 心 的有 效 可 见 范 个散 射中 心 ! 一一。： 。 籮 ：甋时间店 图 和 图 分 别 给 出 了 原始数据和 模拟 的回 波数据在 不同 俯 仰角下的全方位 撸 峁 砻 鳎 诰 蟛 糠 智 榭 鱿拢 饣 夭藕诺腞 数据与实测 数据量级一 致， 并 且 能 较 为 准 确地恢 复目标散 射

15、强 度 随 方位 角的变 化 关 系 ， 特别 是 在 散 射强 度 的峰 值 大小 和 位 置 这 些特征 上， 模拟 数据能 够 很好的对 其进行 重构。 需 要 指 出 的是 ， 部 分 散 射中 心 只 在 很小 的视 角范 围 内 存在 ， 其稳定性 或 散 射 鼋 鼋 图 嫉 惭 蠼 渲 行 哪 偷 腞 重 构性 能 弹驱 逐 舰 和 嫉 惭 蠼 哪 夂贤臣屏咳 绫 荆 渲 蠷 一哪 反 导 弹驱 逐 舰 三维散 射中 心 模型 的宽 带 重 构性 能 ， 方位 轿 。 ， 方位 ， 方位 馐 俯 仰 本 章首 先 提 出 了 模拟 信 号 的目标特性 逼真 度的验 证 方案， 然 后针 对 典