一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法。本方法它包括以下步驟：天地波雷達(dá)目標(biāo)定位計算；傳播衰減計算；噪聲背景下雷達(dá)回波譜仿真；海雜波背景下雷達(dá)回波譜仿真。本發(fā)明從目標(biāo)定位模型出發(fā)，完整地表示出了天地波混合雷達(dá)完整過程：自天波雷達(dá)發(fā)射高頻電磁波直至地波接收站接收海面回波以及在這個過程中所遇到的上述噪聲、衰減、雜波，最后的回波譜則表明了該新型體制雷達(dá)真的能夠檢測出某一海面上給定的目標(biāo)；分析了該類型雷達(dá)的探測性能，為以后研究新的處理算法，指導(dǎo)陣地建設(shè)提供一定的參考。
【專利說明】一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法

【技術(shù)領(lǐng)域】：
[0001] 本發(fā)明涉及的是一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法。

【背景技術(shù)】：
[0002] 高頻超視距雷達(dá)（HF-0THR)按其電波傳播模式可劃分為天波超視距雷達(dá)和地波 超視距雷達(dá)。天波超視距雷達(dá)（簡稱天波雷達(dá)）雖然可實現(xiàn)1000?4000公里的探測，但 受到了發(fā)射天線仰角以及電離層電子濃度的限制，天波雷達(dá)會存在700?1000公里內(nèi)的近 距盲區(qū)以及電離層擾動影響。地波超視距雷達(dá)（簡稱地波雷達(dá)）對空中/海面目標(biāo)的作用 距離可達(dá)100?300公里，且傳播路徑比較穩(wěn)定，但受到其工作機(jī)理的限制，發(fā)射機(jī)通常部 署在沿海地區(qū)，其安全性大大降低，抗摧毀能力也較差。為此，雷達(dá)研究者們提出了一種天 地波混合雷達(dá)，這種雷達(dá)將天波電離層反射傳播模式和地波繞射傳播模式相結(jié)合，兼有兩 種體制雷達(dá)的優(yōu)點。但其目標(biāo)定位相對復(fù)雜，且傳播模式多樣，增加了其信號處理算法和處 理步驟的復(fù)雜程度。因此，需要通過計算機(jī)仿真雷達(dá)回波譜，以解決上述問題。


【發(fā)明內(nèi)容】
：
[0003] 本發(fā)明的目的在于克服現(xiàn)有技術(shù)的不足，提供一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方 法。根據(jù)仿真的回波譜，研究如何提高新體制雷達(dá)的性能和適應(yīng)該雷達(dá)的信號處理算法。
[0004] 為了解決【背景技術(shù)】所存在的問題，本發(fā)明采用以下技術(shù)方案：
[0005] -種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法，包括以下步驟：
[0006] 步驟一：天地波雷達(dá)目標(biāo)定位計算；
[0007] 步驟二：傳播衰減計算；
[0008] 步驟三：噪聲背景下雷達(dá)回波譜仿真；
[0009] 步驟四：海雜波背景下雷達(dá)回波譜仿真。
[0010] 進(jìn)一步的，在步驟一中，雷達(dá)目標(biāo)定位計算采用的公式是：
[0011] P3 = P/ -2P!
[0012] 其中，匕為目標(biāo)到雷達(dá)接收機(jī)的距離；P'為雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)反射后被雷 達(dá)接收機(jī)接收時所傳播的距離，其為可測量A為雷達(dá)發(fā)射機(jī)到電離層等效反射點的距離， 其值不可直接測得，但可由下面方程聯(lián)立得出：
[0013] P/ = h2+(D/2)2
[0014] D2 = P32+D〇2-2P3D〇cos θ
[0015] 其中各個參數(shù)的含義：h為電離層等效的反射點，可以實際測得；D為雷達(dá)發(fā)射機(jī) 與目標(biāo)連線距離，此量未知，但其滿足式D 2 = P^+D/lPp^os Θ為雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī) 之間連線距離，為已知量；Θ為目標(biāo)和雷達(dá)接收機(jī)連線與直線％之間的夾角，此量為已知 量，這樣就可以根據(jù)式上述三個公式完成目標(biāo)距離P 3的測量，實現(xiàn)目標(biāo)的定位。
[0016] 進(jìn)一步的，在步驟二中，傳播衰減計算包括電離層吸收衰減和海浪附加衰減；
[0017] 對于電離層吸收衰減的計算采用的公式是：
[0018]

【權(quán)利要求】
1. 一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法，其特征在于，它包括以下步驟： 步驟一：天地波雷達(dá)目標(biāo)定位計算； 步驟二：傳播衰減計算； 步驟三：噪聲背景下雷達(dá)回波譜仿真； 步驟四：海雜波背景下雷達(dá)回波譜仿真。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法，其特征在于，在步驟 一中，雷達(dá)目標(biāo)定位計算采用的公式是： P3 = P/ -2P! 其中，P3為目標(biāo)到雷達(dá)接收機(jī)的距離^為雷達(dá)發(fā)射的電磁波經(jīng)目標(biāo)反射后被雷達(dá)接 收機(jī)接收時所傳播的距離，其為可測量A為雷達(dá)發(fā)射機(jī)到電離層等效反射點的距離，其值 不可直接測得，但可由下面方程聯(lián)立得出： P/ = h2+(D/2)2 D2 = P32+D02-2P3D 0cos θ 其中各個參數(shù)的含義：h為電離層等效的反射點，可以實際測得；D為雷達(dá)發(fā)射機(jī)與目 標(biāo)連線距離，此量未知，但其滿足式D2 = P^+D/lPp^os Θ為雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)之間 連線距離，為已知量；Θ為目標(biāo)和雷達(dá)接收機(jī)連線與直線％之間的夾角，此量為已知量，這 樣就可以根據(jù)式上述三個公式完成目標(biāo)距離P 3的測量，實現(xiàn)目標(biāo)的定位。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法，其特征在于，在步驟 二中，傳播衰減計算包括電離層吸收衰減和海浪附加衰減； 對于電離層吸收衰減的計算采用的公式是：
其中各個參數(shù)的含義：
為在l〇〇Km高處的入射角；f為工作頻率（MHz) ;fH為在 高為100km處的磁旋頻率（MHz) ;1為吸收指數(shù)，其值可由下式求出：I = (1+0. 0037R) (cosO. 881 X ) i3,其中R為太陽黑子數(shù)在12個月的流動平均值；X為100km吸收處所對應(yīng) 太陽天頂角；考慮到電離層存在的法拉第旋轉(zhuǎn)效應(yīng)，根據(jù)電離層吸收衰減的計算公式計算 的結(jié)果還有加上3dB ; 對于海浪附加衰減的計算方法是：由于海浪附加衰減公式比較復(fù)雜，往往采用利 用已有數(shù)據(jù)讀值和線性插值計算的方式近似得出，若想得到工作頻率4，海況為^的 附加衰減1^，首先根據(jù)讀圖確定工作頻率4海況為 S(l的附加衰減Lwl以及工作頻 率4海況為S(l的附加衰減L w2，使得& e (4￡2)，則所求頻率的海浪附加衰減值為
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法，其特征在于，在步驟 三中噪聲背景下雷達(dá)回波譜仿真包括目標(biāo)信噪比計算以及回波譜生成； 目標(biāo)信噪比計算公式為： SNR = PtGtGr λ 2 σ Ta/ [ (4 π ) 3P2P32kT〇FaL aLwLs] 其中Pt為天波發(fā)射站發(fā)射功率；P為天波路徑P = 2Pi = ;Gt為發(fā)射機(jī)天線增益；La為 電離層吸收損耗；σ的目標(biāo)后向散射面積；P3為地波傳播路徑；Lw為地波傳播損耗因子；4 為地波接收站天線增益；λ為雷達(dá)工作波長；LS為系統(tǒng)損耗因子；k為波爾茲曼常數(shù)；Fa為 環(huán)境噪聲系數(shù)；?；為噪聲溫度溫度；T a為相干積累時間； 目標(biāo)回波譜生成要得到目標(biāo)的時域信號，第η個天線陣元接收到的目標(biāo)相對于第m個 發(fā)射脈沖的回波信號為表達(dá)式為：
其中，
τ為回波信號相對于發(fā)射信號的時延；fT為運動目標(biāo)的 Doppler頻率；λ為電波波長；d為天線陣元間距；R為目標(biāo)距離雷達(dá)接收機(jī)距離；Θ為目標(biāo) 初始位置相對于接收天線陣列的法線方向的夾角為目標(biāo)徑向速度；noise^a)為均值 為〇方差為1的高斯白噪聲；a為目標(biāo)信號幅度a = SNRABXMXN) ;B、M和N分別為做方 位變換、距離變換和速度變換的點數(shù)，對于式（8)的信號在方位維做傅里葉變換，之后再進(jìn) 行距離-速度的二維快速傅里葉變換，就可以得到某個方向某個距離單元上的回波數(shù)據(jù)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種天地波混合雷達(dá)回波譜仿真方法，其特征在于，在步驟 四中主要計算海雜波回波譜，包括一階海雜波和二階海雜波； 對于一階海雜波，其所在位置的計算公式：
，其中土號表 示朝向及背離雷達(dá)波束的諧振海浪所產(chǎn)生的正負(fù)一階海雜波，為雷達(dá)工作頻率，單位為 MHz，fB的單位為Ηζ，β為雷達(dá)波束與水平面的夾角； 一階海雜波中能量較大的一階回波可以等效為散射面積為幾萬平米的目標(biāo)，而兩個一 階海雜波峰能量比r是雷達(dá)波束方向與海面風(fēng)向夾角Θ的函數(shù)，其理論公式如下：
，式中s為經(jīng)驗值，取值范圍為2?6,-般取s = 4 ; 對于二階海雜波的仿真較為復(fù)雜，首先根據(jù)理論公式得到理想的一二階海雜波譜，為 了節(jié)省計算量，設(shè)置能量閾值來去除能量較小的二階海雜波；為了獲得連續(xù)的二階譜區(qū)域， 舍棄間隔不大于頻率分辨率的譜線，最后利用極值點的頻率和幅度得到仿真出的回波譜。
【文檔編號】G01S7/40GK104215946SQ201410390643
【公開日】2014年12月17日 申請日期:2014年8月8日 優(yōu)先權(quán)日:2014年8月8日
【發(fā)明者】侯成宇, 陳迪夏, 添李達(dá) 申請人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)