專(zhuān)利名稱(chēng)：星載雙基地雷達(dá)的雜波基帶模擬信號(hào)產(chǎn)生方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及雷達(dá)雜波信號(hào)的產(chǎn)生方法，特別是涉及星載雙基地雷達(dá)雜波信號(hào)的產(chǎn)生方法。
背景技術(shù)：
星載雙基地雷達(dá)(bistatic space based radar，BSBR)是最近國(guó)際上提出的一種新的雷達(dá)系統(tǒng)概念，它主要用于地面或空中軍事運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的檢測(cè)。該雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)射機(jī)和接收機(jī)分別放置在兩顆不同的衛(wèi)星上，由于衛(wèi)星高度很高，該雷達(dá)系統(tǒng)的覆蓋范圍很大，能夠不受?chē)?guó)界的約束提供更大范圍和更及時(shí)的預(yù)警，在國(guó)防中起到非常重要的作用。
星載雷達(dá)是從衛(wèi)星向地面照射的，發(fā)射機(jī)發(fā)射脈沖串，接收機(jī)除了接收到有用的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)，還將接收到大量來(lái)自地球表面反射的回波，稱(chēng)為地雜波。星載雙基地雷達(dá)進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的難點(diǎn)在于，該雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)的干擾信號(hào)不僅僅是噪聲，還存在大量幅度很強(qiáng)的雜波信號(hào)，使得目標(biāo)可能淹沒(méi)在雜波信號(hào)中而無(wú)法被檢測(cè)到。通常，我們必須首先采用合理的算法去除雜波信號(hào)，才能進(jìn)行后續(xù)的目標(biāo)信號(hào)的檢測(cè)。而雜波環(huán)境又通常隨雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)和收發(fā)機(jī)相對(duì)位置關(guān)系的改變而改變，因此在不同的情況下還應(yīng)采用不同的雜波抑制算法，動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)結(jié)果的好壞很大程度上取決于雜波抑制算法的選擇。在星載雷達(dá)的信號(hào)處理系統(tǒng)中，合理的雜波抑制算法的選擇和雜波抑制算法的改進(jìn)對(duì)提高雷達(dá)最終檢測(cè)性能是至關(guān)重要的。本文針對(duì)這一問(wèn)題提出雜波基帶模擬數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法，使之用于后續(xù)星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的雜波抑制算法的驗(yàn)證、選擇或改進(jìn)。
用于動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)的星載雷達(dá)系統(tǒng)是一個(gè)新的概念，現(xiàn)在各國(guó)都剛剛開(kāi)始研究，因此尚未在公開(kāi)資料上看見(jiàn)針對(duì)該雷達(dá)系統(tǒng)的雜波模擬數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法。J.Ward(參見(jiàn)文獻(xiàn)[1]J.Ward，“space-time adaptive processing for airborne radar”，London，1994)敘述了機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)(雷達(dá)放置在飛機(jī)上)下的雜波模擬信號(hào)的產(chǎn)生方法，但它與星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)下的雜波信號(hào)的產(chǎn)生方法在某些關(guān)鍵地方有很大不同，區(qū)別有兩點(diǎn)。第一，機(jī)載情況下，地面可以近似認(rèn)為是平面，而在星載情況下，地球表面必須認(rèn)為是球面的。第二，星載情況下，地球自轉(zhuǎn)的因素不能忽略，使得地面表面產(chǎn)生一個(gè)新的運(yùn)動(dòng)速度，而在機(jī)載情況下，地面可以認(rèn)為是靜止的。因此，應(yīng)用已有的機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)的雜波模擬信號(hào)的產(chǎn)生方法將無(wú)法獲得星載雷達(dá)系統(tǒng)的雜波特性。
雜波模擬信號(hào)產(chǎn)生方法的主要思想是先產(chǎn)生雜波協(xié)方差陣，然后將該陣開(kāi)方后乘以高斯白噪聲。協(xié)方差陣的計(jì)算關(guān)鍵是三個(gè)參數(shù)的求解雜波等距離環(huán)，雜波單元時(shí)間頻率和空間頻率的計(jì)算。雜波等距離環(huán)是指在一個(gè)雷達(dá)雙基地距離門(mén)內(nèi)雜波反射單元在地面的軌跡，該環(huán)可以劃分為若干小的雜波單元，且每個(gè)雜波單元到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的距離之和相等，因此接收機(jī)在某一時(shí)刻接收到雜波信號(hào)為該環(huán)上所有雜波單元的反射信號(hào)之和。雜波等距離環(huán)的形狀在不同的雷達(dá)系統(tǒng)模式下是不同的。機(jī)載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的雜波等距離環(huán)為平面內(nèi)的一個(gè)橢圓，并且機(jī)載雷達(dá)一般進(jìn)行遠(yuǎn)程檢測(cè)，很多物理?xiàng)l件可以近似，使得橢圓的焦點(diǎn)可以直接認(rèn)為是發(fā)射機(jī)和接收機(jī)在地面的投影(參見(jiàn)文獻(xiàn)[2]王成，胡衛(wèi)東，空基雙基地雷達(dá)地雜波建模及特性分析現(xiàn)代雷達(dá)，Vol.26，No.9，PP.33-37，2004)，大大簡(jiǎn)化了求取橢圓方程的復(fù)雜度。星載情況下的地球表面必須認(rèn)為是球面而不能再近似認(rèn)為是平面，這使得雜波等距離環(huán)就需要在曲面上而不是在平面內(nèi)求解，因此機(jī)載雷達(dá)雜波信號(hào)產(chǎn)生方法中的雜波等距離環(huán)模型不再適用。同時(shí)以往的機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)都是假設(shè)所有雜波單元的回波信號(hào)都能被雷達(dá)接收到，即雜波信號(hào)是從所有方向來(lái)的(不考慮天線調(diào)制和后向抑制)。但在星載雷達(dá)情況下，雜波環(huán)上的某些雜波單元可能超出了發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的覆蓋范圍而變成無(wú)效的，因此應(yīng)用已有的機(jī)載雷達(dá)的雜波信號(hào)產(chǎn)生方法無(wú)法對(duì)星載雷達(dá)雜波單元的有效性作出判斷。
雜波單元的時(shí)間頻率是指雜波單元相對(duì)于雷達(dá)平臺(tái)產(chǎn)生的歸一化多普勒頻率，它是由雜波單元與雷達(dá)平臺(tái)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的。如果雜波單元與雷達(dá)的相對(duì)運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生了改變，時(shí)間頻率也將改變。因此，由于地球自轉(zhuǎn)的影響，應(yīng)用機(jī)載雷達(dá)的雜波信號(hào)產(chǎn)生方法無(wú)法計(jì)算出星載情況下的雜波時(shí)間頻率。
總之，為了獲得星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的雜波特性，產(chǎn)生星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)的雜波模擬信號(hào)是非常必要的。該雷達(dá)系統(tǒng)模式下的雜波信號(hào)產(chǎn)生方法克服了已有的機(jī)載雷達(dá)系統(tǒng)雜波信號(hào)產(chǎn)生方法的不足，建立了星載情況下的雜波等距離環(huán)模型，對(duì)星載情況下的雜波單元的有效性進(jìn)行了判斷，同時(shí)計(jì)算了星載情況下的雜波時(shí)間頻率，為后續(xù)星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的雜波抑制算法的驗(yàn)證、選擇或改進(jìn)提供了基礎(chǔ)。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明目的在于提出一種新的雷達(dá)系統(tǒng)(星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng))下的基帶雜波模擬信號(hào)產(chǎn)生方法，使產(chǎn)生的信號(hào)用于后續(xù)星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的雜波抑制算法的驗(yàn)證、選擇或改進(jìn)。
為了實(shí)現(xiàn)上述發(fā)明目的，本發(fā)明提出的雜波基帶模擬數(shù)據(jù)產(chǎn)生方法，通常采用附圖1所示的系統(tǒng)平臺(tái)實(shí)現(xiàn)。該系統(tǒng)平臺(tái)由計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備組成，其中，計(jì)算機(jī)提供硬件平臺(tái)和軟件操作系統(tǒng)，本發(fā)明的方法基于該環(huán)境，通過(guò)軟件編程實(shí)現(xiàn)，產(chǎn)生的基帶雜波模擬信號(hào)通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備，發(fā)送給后續(xù)的星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。
對(duì)于不同的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)，雜波信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性是不同的，因此產(chǎn)生的雜波信號(hào)也將不同。本發(fā)明提出的方法將有一個(gè)初始參數(shù)設(shè)置，當(dāng)輸入不同的雷達(dá)參數(shù)后，就會(huì)產(chǎn)生針對(duì)該雷達(dá)配置的雜波信號(hào)。方法具體步驟如下第一步輸入星載雙基地雷達(dá)參數(shù)作為該方法的初始條件根據(jù)雷達(dá)參數(shù)設(shè)置該方法的初始參數(shù)。需要設(shè)定的參數(shù)主要包括三部分，即雷達(dá)裝置參數(shù)、放置雷達(dá)的衛(wèi)星平臺(tái)參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)。
雷達(dá)裝置參數(shù)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ，發(fā)射機(jī)天線陣元數(shù)目Q，接收機(jī)天線陣元數(shù)目G，接收機(jī)天線陣元間距和發(fā)射機(jī)天線陣元間距相等，記為d，發(fā)射機(jī)脈沖重復(fù)頻率fr。
衛(wèi)星平臺(tái)參數(shù)雷達(dá)發(fā)射機(jī)所在衛(wèi)星平臺(tái)高度Ht，接收機(jī)所在衛(wèi)星平臺(tái)的軌道高度Hr，發(fā)射機(jī)衛(wèi)星軌道傾角θt，接收機(jī)衛(wèi)星軌道傾角θr，發(fā)射機(jī)衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)的經(jīng)度t，接收機(jī)衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)經(jīng)度r，發(fā)射機(jī)衛(wèi)星星下點(diǎn)經(jīng)度ρt，接收機(jī)衛(wèi)星星下點(diǎn)經(jīng)度ρr。
衛(wèi)星平臺(tái)的星下點(diǎn)緯度ξt和ξr不用給出，因?yàn)樗梢杂搔萾，t，ρt和θr，r，ρr直接算出，公式如下 目標(biāo)參數(shù)地球上待檢測(cè)點(diǎn)D的經(jīng)緯度(ρd，ξd)。
第二步星載雙基地雷達(dá)雜波等距離環(huán)的建立地球經(jīng)緯度坐標(biāo)系以北極為Zu軸，赤道平面為XuOYu平面，零度經(jīng)線方向?yàn)閄u軸，接收機(jī)，發(fā)射機(jī)和待檢測(cè)點(diǎn)D在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系的位置分別為 上標(biāo)u表示該坐標(biāo)是以經(jīng)緯度坐標(biāo)系為參考的，符號(hào) 表示向量。Tu→=(Txu,Tyu,Tzu),]]>其中Txu，Tyu，Tzu分別為發(fā)射機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；Ru→=(Rxu,Ryu,Rzu),]]>其中Rxu，Ryu，Rzu分別為接收機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；Du→=D(Dxu,Dyu,Dzu),]]>其中(Dxu，Dyu，Dzu)分別為D點(diǎn)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；利用步驟一中發(fā)射機(jī)經(jīng)緯度(ρr，ξt)和接收機(jī)經(jīng)緯度(ρr，ξr)，待檢測(cè)單元的經(jīng)緯度(ρd，ξd)，分別計(jì)算出它們?cè)诘厍蚪?jīng)緯度坐標(biāo)系的位置坐標(biāo)。
Rxu=(Hr+Re)cosξrcosρrRyu=(Hr+Re)cosξrsinρrRzu=(Hr+Re)sinξr---(2)]]>Txu=(Ht+Re)cosξtcosρtTyu=(Ht+Re)cosξtsinρtTzu=(Ht+Re)sinξt---(3)]]>Du=RecosξdcosρdDyu=RecosξdsinρdDzu=Resinξd---(4)]]>其中，Re表示地球半徑。
雜波等距離環(huán)的軌跡是由若干小的雜波單元組成的，求取雜波等距離軌跡的目的是求得該環(huán)上每個(gè)小雜波單元的位置坐標(biāo)?？梢杂妹總€(gè)雜波單元的中心點(diǎn)來(lái)代表該雜波單元的坐標(biāo)。
為了更簡(jiǎn)單的求得該軌跡的解析解，建立新坐標(biāo)系。如附圖3所示，建立直角坐標(biāo)系O-XYZ，設(shè)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)分別用R和T代替，在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置分別為 和 O為地球球心， 為Z軸，與Z軸垂直且過(guò)球心的平面為XOY平面，X軸為 在XOY平面上的投影， 與 的夾角為α。定義T→=(Tx,Ty,Tz)]]>為發(fā)射機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置矢量，其中Tx，，Ty，Tz分別為發(fā)射機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量，R→=(Rx,Ry,Rz)]]>為接收機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置矢量，其中Rx，Ry，Rz分別為接收機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量，D→=(Dx,Dy,Dz)]]>為待測(cè)目標(biāo)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置矢量，其中Dx，Dy，Dz分別為待測(cè)目標(biāo)在O-XYZ直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的分量。
因此，在O-XYZ坐標(biāo)系下，接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的新坐標(biāo)如下Rx=0Ry=0Rz=Hr+Re---(5)]]>Tx=(Ht+Re)sinαTy=0Tz=(Hr+Re)cosα---(6)]]>其中，α=(Re+Hr)2+(Re+Ht)2+(Rxu-Txu)2+(Ryu-Tyu)2+(Ryu-Tyu)2-2(Re+Ht)(Re+Ht)]]>在雙基地雷達(dá)系統(tǒng)中，由待檢測(cè)點(diǎn)D到R和T的距離之和稱(chēng)為雙基地距離和，記為g。
g=(Txu-Dxu)2+(Tyu-Dyu)2+(Tzu-Dzu)2+(Rxu-Dxu)2+(Ryu-Dyu)2+(Rzu-Dzu)2---(7)]]>由于雜波等距離環(huán)上的每個(gè)雜波單元到接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的距離之和相等，由立體幾何知識(shí)可知，該距離環(huán)上的所有雜波單元的位置一定在一個(gè)以R和T為焦點(diǎn)，長(zhǎng)軸為g/2的旋轉(zhuǎn)橢球面上。同時(shí)，雜波等距離環(huán)上的每點(diǎn)在地球球面上，它應(yīng)該滿足球面方程。因此，雜波等距離環(huán)應(yīng)為橢球面與地球球面的交線。我們下面將分別求取旋轉(zhuǎn)橢球面方程和地球球面方程，并將兩式聯(lián)立求解，就可以解出等距離環(huán)的軌跡。
旋轉(zhuǎn)橢球面方程為[(x-Rx+Tx2)cosβ+(z-Rz+Tz2)sinβ]2a2+y2+[-(x-Rx+Tx2)sinβ+(z-Rz+Tz2)cosβ]2b2=1---(8)]]>其中，β=tan-1(Tz-RzTx-Rx),a=g2,b=a2-12(Rx-Tx)2+(Ry-Ty)2+(Rz-Tz)2]]>化解得到
b2(xcosβ+zsinβ-εx)2+a2y2+a2(-xsinβ+zcosβ-εz)2＝a2b2(9)其中，ϵx=Rx+Tx2cosβ+Rz+Tz2sinβ,ϵz=-Rx+Tx2sinβ+Rz+Tz2cosβ]]>再寫(xiě)出雜波等距離環(huán)滿足的在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的球面參數(shù)方程x=Resinηcosφy=Resinηsinφz=Recosη---(10)]]>其中φ，η分別為球面坐標(biāo)系的方位角和俯仰角η∈
，φ∈
，如附圖3所示。
將(9)和(10)聯(lián)立求解，可求出雜波等距離環(huán)上每點(diǎn)即雜波單元方位角φ和俯仰角η的關(guān)系[(b2-a2)Re2sin2ηcos2β]cos2φ+(E1Re2sinηcosφ+E2Resinη)cosφ+(a2Re2sin2η+E3Recosη+E4+E5Re2cos2η)＝0(11)其中E1＝2(b2-a2)cosβsinβE2＝2a2εzsinβ-2b2εxcosβE3＝-(2b2εxsinβ+2a2εzcosβ)E4=b2ϵx2+a2ϵz2-a2b2]]>E5＝b2sin2β+a2cos2βA1＝(b2-a2)Re2sin2ηcos2β令A(yù)2＝E1Re2sinηcosη+E2ResinηA3＝a2Re2sin2η+E3Recosη+E4+E5Re2cos2η得到等距離環(huán)方程為A1cos2φ+A2cosφ+A3＝0(12)
該環(huán)上每個(gè)雜波單元的俯仰角η和方位角余弦cosφ滿足一元二次方程，η∈
，φ∈
。設(shè)第i個(gè)雜波單元對(duì)應(yīng)的η，φ為ηi，φi。掃描ηi，ηi∈
，就可以求出相應(yīng)的cosφi，cosφi=-A2±A22-4A1A32A1,]]>最后求得φi=cos-1(-A2±A22-4A1A32A1),]]>再由公式(10)求出第i個(gè)雜波單元在O-XYZ坐標(biāo)系中的坐標(biāo)Ci。
第三步星載雙基地雷達(dá)雜波單元有效性判斷由于地球是球面，衛(wèi)星對(duì)地面的覆蓋范圍是有限的。在覆蓋范圍之外的雜波單元的回波信號(hào)是接收不到的。如附圖4所示，A′表示衛(wèi)星，B′點(diǎn)表示該衛(wèi)星的作用范圍的邊界點(diǎn)。設(shè)A′B′之間的距離為衛(wèi)星到覆蓋范圍內(nèi)的最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離，用Imax表示。
當(dāng)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的高度為Hr和Ht時(shí)，可以分別求出他們到覆蓋范圍內(nèi)的最遠(yuǎn)點(diǎn)距離為IRmax，ITmaxIRmax=Hr2+2*Re*Hr]]>
再計(jì)算所有雜波單元分別到接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的距離LRCi，LTCi，i表示第i個(gè)雜波單元。
LRCi=(xi-Rx)2+(yi-Ry)2+(zi-Rz)2]]>LTCi=(xi-Tx)2+(yi-Ty)2+(zi-Tz)2---(14)]]>只有同時(shí)滿足LRCi<IRmax]]>和LTCi<ITmax]]>的雜波單元才在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的共同覆蓋范圍內(nèi)，是有效雜波單元，得到有效雜波單元數(shù)目為Na。
第四步星載雙基地雷達(dá)雜波單元的時(shí)間頻率和空間頻率的計(jì)算在星載雷達(dá)情況下，地球自轉(zhuǎn)的因素不能忽略。因此雜波單元時(shí)間頻率的計(jì)算與接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的運(yùn)動(dòng)矢量以及每個(gè)雜波單元由于地球自轉(zhuǎn)引起的運(yùn)動(dòng)矢量都有關(guān)。下面先詳細(xì)介紹這幾個(gè)運(yùn)動(dòng)矢量的計(jì)算方法。
4.1每個(gè)雜波單元速度矢量的計(jì)算由于要考慮地球自轉(zhuǎn)的影響，所以需要計(jì)算地面上雜波等距離環(huán)上每個(gè)有效雜波單元的運(yùn)動(dòng)大小和方向，這就需要知道每個(gè)單元對(duì)應(yīng)的經(jīng)度和緯度。上述的O-XYZ坐標(biāo)建立方法可以比較容易的求出等距離環(huán)上每個(gè)雜波單元在O-XYZ坐標(biāo)系中的位置，但卻求不出每點(diǎn)的經(jīng)度和緯度，因此考慮坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，將O-XYZ坐標(biāo)系轉(zhuǎn)換到地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系O-XuyuZu上去。
坐標(biāo)轉(zhuǎn)換比較復(fù)雜，分三步進(jìn)行，如附圖5所示，設(shè)R所在的經(jīng)線方向?yàn)閄′軸(1)將平面ORT沿Z軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ1角度到OX’Z平面，使得R與T在同一經(jīng)線圈上。
(2)在OX’Zu平面內(nèi)將OZ軸逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ2角度到OZu軸，指向正北方。
(3)將OX’Zu平面繞Zu軸順時(shí)針旋轉(zhuǎn)γ3角度到零度經(jīng)線平面OXZu。
上述3個(gè)步驟，后兩步的旋轉(zhuǎn)角度γ2和γ3的計(jì)算比較容易，分別由R所在的經(jīng)緯度決定，γ2=π2-ξR,]]>γ3＝ρR。其中，ρR和ξR分別為R的經(jīng)度和緯度，緯度的取值為赤道為零，北緯為正，南緯為負(fù)。但γ1的計(jì)算比較復(fù)雜，下面講述γ1的計(jì)算。
過(guò)T點(diǎn)向OZ軸作垂線，垂足為點(diǎn)S，過(guò)點(diǎn)S向OZu軸作垂線，垂足為點(diǎn)J，則γ1′為ROT平面和ROZu平面形成的二面角。γ1＝π-γ1′.
令B1＝∠ROZ，B2＝∠TOZ，B3＝∠TOR(0到180度)，OT＝r得到OS=rcosB3TS=rsinB3OJ=rcosB3secB1JS=rcosB3tanB1]]>因?yàn)閏osγ1′=JS2+TS2-TJ22JS·TS]]>又有JT2＝OT2+OJ2-2OT·OJ·cosB2，代入上式化簡(jiǎn)得到γ1′=cos-1(sinξt-cosαsinξrsinαcosξr)---(15)]]>然后根據(jù)γ1＝π-γ1′算出γ1.在這里，γ1的旋轉(zhuǎn)度數(shù)為-180到180度。分兩種情況，當(dāng)接收機(jī)的經(jīng)度大于發(fā)射機(jī)的經(jīng)度時(shí)，γ1為0～180度，當(dāng)接收機(jī)的經(jīng)度小于發(fā)射機(jī)的經(jīng)度時(shí)，γ1為-180～0度。因此，注意這里需要判斷，當(dāng)接收機(jī)的經(jīng)度小于發(fā)射機(jī)的經(jīng)度時(shí)，計(jì)算出的γ1要取負(fù)。
最后得到從O-XYZ坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到經(jīng)緯度坐標(biāo)系O-XuYuZu的坐標(biāo)變換公式為
xu=(cosγ1sinξrcosρr+sinγ1sinρr)x+(sinγ1sinξrcosρr-cosγ1sinρr)y+cosξrcosρrzyu=(cosγ1sinξrsinρr-sinγ1cosρr)x+(sinγ1sinξrsinρr+cosγ1cosρr)y+cosξrsinρrzzu=-cosγ1cosξrx-sinγ1cosξry+sinξrz---(16)]]>(xu，yu，zu)中的上標(biāo)u代表該點(diǎn)位于經(jīng)緯度坐標(biāo)系中的新坐標(biāo)。通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到第i個(gè)雜波單元在地球經(jīng)緯坐標(biāo)系的坐標(biāo)Ciu→,Ciu→=(xiu,yiu,ziu),i=1,···,Na,]]>再將它們轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的緯度ξCi和經(jīng)度ρCi，ξCi=sin-1(ziu/Re),ρCi=sin-1(yiuRecosξCi),]]>ξCi范圍為-π/2到π/2，ρCi范圍為-π到π。
于是位于(ρCi，ξCi)的雜波單元由于地球自轉(zhuǎn)引起的運(yùn)動(dòng)矢量在經(jīng)緯坐標(biāo)系中表示為下式，單位為m/sVCi→=-459sinρCicosξCi459cosρCicosξCi0---(17)]]>其中，459m/s為地球赤道上的點(diǎn)由于自轉(zhuǎn)引起的速度大小。
4.2雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)速度矢量的計(jì)算雷達(dá)發(fā)射機(jī)和接收機(jī)速度矢量的計(jì)算方法相同，這里先介紹接收機(jī)速度矢量的計(jì)算方法。由于雷達(dá)接收機(jī)放置在衛(wèi)星上，雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)方向與衛(wèi)星一致。如附圖6，采用經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系，假設(shè)接收機(jī)所在的衛(wèi)星軌道傾角θr，該軌道的升交點(diǎn)N的經(jīng)度r，衛(wèi)星星下點(diǎn)的經(jīng)緯度坐標(biāo)(ρr，ξr)都已經(jīng)在步驟一中已知。
假設(shè) 為軌道平面的法向量，記為 衛(wèi)星位置矢量為 歸一后的單位矢量記為 衛(wèi)星速度向量為 這些矢量加上右下標(biāo)x，y，z分別表示它們?cè)趚，y，z軸上的分量。因?yàn)檫@三個(gè)向量之間兩兩正交，所以利用叉積公式就可以求出 表達(dá)如下VR→=aVR(FR→×PR→)---(18)]]>其中，aVR為接收機(jī)衛(wèi)星的速度大小，是一個(gè)標(biāo)量，aVR=629575/(Hr+Re)/1000.]]> 在x，y，z軸上的三個(gè)分量為VRx=aVRFRyFRzPRyPRzVRy=aVRFRzFRxPRzPRxVRz=aVRFRxFRyPRxPRy,]]>
其中，|·|表示行列式。我們只需求出 和 就可以求得 其中，PR→=(cosξrcosρr,cosξrsinρr,sinξr),]]>法向量 的計(jì)算如下N為升交點(diǎn)，單位向量 又由于F→R⊥ON→,]]>可以寫(xiě)出方程 解出法向量 為順行軌道 逆行軌道 順行軌道的特征是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角小于90度。逆行軌道的特征是軌道傾角即軌道平面與地球赤道平面的夾角大于90度小于180度。
同理求解發(fā)射機(jī)機(jī)速度矢量。 為雷達(dá)發(fā)射機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中的速度矢量，發(fā)射機(jī)所在軌道平面的法向量為 記為 發(fā)射機(jī)的位置矢量為 歸一化后的單位向量記為 則VT→=aVR(FT→×PT→)---(22)]]>其中，aVT為發(fā)射機(jī)衛(wèi)星的速度大小，是一個(gè)標(biāo)量,aVT=629575/(Ht+Re)/1000.]]> 在x，y，z軸上的三個(gè)分量為VTx=aVTFTyFTzPTyPTzVTy=aVTFTzFTxPTzPTxVTz=aVTFTxFTyPTxPTy,]]>我們只需求出 和 就可以求得 其中，PT→=(cosξtcosρt,cosξtsinρt,sinξt),]]>法向量 的計(jì)算如下N為發(fā)射機(jī)軌道的升交點(diǎn)，單位向量 又由于F→t⊥ON→,]]>可以寫(xiě)出方程
解出法向量 為順行軌道 逆行軌道 4.3星載雙基地雷達(dá)雜波單元的時(shí)間頻率的計(jì)算最后，第i個(gè)雜波單元的時(shí)間頻率的計(jì)算由四項(xiàng)組成fin=1λ(VT→·TuCiu→||TuCiu→||+VCi→·CiuTu→||CiuTu→||+VR→·RuCiu→||RuCiu→||+VCi→·CiuRu→||CiuTu→||)---(26)]]>其中， 分別為發(fā)射機(jī)，接收機(jī)在經(jīng)緯度坐標(biāo)系中的速度矢量。 為第i個(gè)雜波單元由于地球自轉(zhuǎn)引起的速度矢量。Ciu為第i個(gè)雜波單元在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系的坐標(biāo)，Ciu=(xiu,yiu,ziu),i=1,···,Na.]]> 分別為地球經(jīng)緯度坐標(biāo)系中發(fā)射機(jī)位置和接收機(jī)位置到第i個(gè)雜波單元的矢量。 分別為地球經(jīng)緯度坐標(biāo)系中第i個(gè)雜波單元到發(fā)射機(jī)位置和接收機(jī)位置的矢量，矢量長(zhǎng)度如下計(jì)算；||TuCiu→||=||CiuTu→||=(xiu-Txu)2+(yiu-Tyu)2+(ziu-Tzu)2,]]>||RuCiu→||=||CiuRu→||=(xiu-Rxu)2+(yiu-Ryu)2+(ziu-Rzu)2.]]>第i個(gè)雜波單元相對(duì)于接收機(jī)的空間角頻率為fsi=dλVR→·RuCiu→||VR→||||RuCiu→||---(27)]]>其中，d為陣元間距。
第五步星載雙基地雷達(dá)雜波協(xié)方差矩陣的計(jì)算
雷達(dá)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)都采標(biāo)準(zhǔn)線性陣列，且采用正側(cè)面式放置，即天線長(zhǎng)軸與衛(wèi)星飛行方向一致。發(fā)射機(jī)天線陣列采用均勻加權(quán)，接收機(jī)陣列進(jìn)行全向接收。第i個(gè)雜波單元相對(duì)于發(fā)射機(jī)陣列放置方向的錐角余弦cosΦTi為cosΦTi=dλVT→·TuCiu→||VT→||||TuCiu→||---(28)]]>待檢測(cè)點(diǎn)D相對(duì)于發(fā)射機(jī)陣列放置方向的錐角余弦cosΦT0為cosΦT0=dλVT→·TuCu→||VT→||||TuCu→||---(29)]]>ΦT0為發(fā)射機(jī)天線的主波束指向。其中， 為從發(fā)射機(jī)位置到待檢測(cè)點(diǎn)位置的矢量。
||TuCu→||=(Dxu-Rxu)2+(Dyu-Ryu)2+(Dzu-Rzu)2]]>發(fā)射機(jī)陣列有Q個(gè)陣元，第i個(gè)雜波單元上的發(fā)射天線增益為Wi=Σn=1Qexp{j2πdλ(n-1)(cosΦT1-cosΦT0)}---(30)]]>將等距離環(huán)分成Nc個(gè)雜波單元，判斷有效雜波單元數(shù)為Na.則第i個(gè)雜波單元相對(duì)于接收機(jī)的空間角頻率為ωsi＝2πfsi，時(shí)間角頻率為ωti＝2πfti，fti，fsi由式(26)(27)可得。
分別定義pi＝[1，exp(jωsi)，exp(j2ωsi)，…exp(j(G-1)ωsi]T為空域傅立葉導(dǎo)引矢量，qi＝[1，exp(jωti)，exp(j2ωti)，…，exp(j(K-1)ωti)]T為時(shí)域傅立葉導(dǎo)引矢量，其中G，K分別為接收機(jī)的陣元數(shù)目和一個(gè)相參處理間隔內(nèi)的脈沖數(shù)。雷達(dá)的工作原理是在一段時(shí)間內(nèi)發(fā)射多個(gè)脈沖，下一段時(shí)間間隔內(nèi)又發(fā)送另一串脈沖。相參處理間隔指的是在該時(shí)間間隔內(nèi)，這多個(gè)脈沖信號(hào)的相位關(guān)系固定，可以進(jìn)行聯(lián)合處理。二維傅立葉導(dǎo)引矢量Si即定義為矢量pi和qi的Kronecker積，即ki＝piqi，ki為GK×1維。
該距離環(huán)的雜波空時(shí)二維協(xié)方差矩陣Uc為Uc=Σi=1NaζikikiH---(31)]]>其中，上標(biāo)H表示共軛轉(zhuǎn)置。Uc為GK×GK維。ζi為第i個(gè)雜波單元信號(hào)的平均功率。ζi由下式求得，這里采用簡(jiǎn)化的雷達(dá)方程，主要關(guān)注距離和天線增益帶來(lái)的影響
ζi=Wi||TuCiu→||2||RuCiu→||2---(32)]]>第六步產(chǎn)生服從該協(xié)方差陣統(tǒng)計(jì)特性的雜波模擬數(shù)據(jù)w。
雜波模擬數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法是用Uc1/2和高斯白噪聲相乘，即w=Uc1/2·μ,]]>其中μ為GK×1維的高斯白噪聲。
至此，星載雙基地雷達(dá)的雜波基帶模擬信號(hào)產(chǎn)生完成。
本發(fā)明針對(duì)一種新的雷達(dá)系統(tǒng)即星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)提出了雜波模擬信號(hào)的產(chǎn)生方法。通過(guò)該方法，我們可以將產(chǎn)生的雜波數(shù)據(jù)進(jìn)行用于后續(xù)星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的雜波抑制算法的驗(yàn)證、選擇或改進(jìn)。


圖1星載雙基地雷達(dá)雜波基帶信號(hào)產(chǎn)生系統(tǒng)框圖；圖2雜波模擬基帶信號(hào)產(chǎn)生方法流程圖；圖3雜波等距離環(huán)建立方法模型Cr表示雜波等距離環(huán)；圖4衛(wèi)星覆蓋范圍示意圖；圖5O-XYZ到地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)圖；圖6衛(wèi)星速度定義；圖7一種星載雙基地雷達(dá)配置下的雜波空時(shí)二維譜；圖8一種星載雙基地雷達(dá)配置下的雜波空時(shí)二維譜俯視圖；圖9多種雜波抑制算法性能比較 FA， APD， PSPD， JDL， DBPD。
具體實(shí)施例方式
下面結(jié)合附圖和具體實(shí)施方式
對(duì)本發(fā)明進(jìn)一步詳細(xì)描述。
本發(fā)明的方法可以分為6個(gè)步驟，具體流程如附圖2所示。根據(jù)該流程設(shè)定星載雙基地雷達(dá)參數(shù)，采用附圖1所示的系統(tǒng)框圖實(shí)現(xiàn)。附圖1的系統(tǒng)采用高性能的服務(wù)器為硬件平臺(tái)，在windows操作系統(tǒng)下開(kāi)發(fā)星載雙基地雷達(dá)雜波仿真信號(hào)軟件，運(yùn)行相應(yīng)的流程，根據(jù)設(shè)定的參數(shù)產(chǎn)生星載雷達(dá)的基帶模擬數(shù)據(jù)，存入服務(wù)器內(nèi)存中，然后由標(biāo)準(zhǔn)PCI總線輸出板卡根據(jù)傳輸協(xié)議，將數(shù)據(jù)發(fā)送給星載基雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。因?yàn)椴煌睦走_(dá)系統(tǒng)參數(shù)配置下的雜波信號(hào)特性不同，信號(hào)處理系統(tǒng)將針對(duì)不同的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)采用不同的雜波抑制算法。
因此，我們需要根據(jù)具體的雷達(dá)參數(shù)進(jìn)行雜波抑制算法選擇，更好的抑制掉雜波信號(hào)，從而提高后續(xù)的動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)性能。下面將給出通過(guò)仿真實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的雜波模擬信號(hào)和采用多種雜波抑制算法對(duì)該信號(hào)進(jìn)行處理后的性能圖，以說(shuō)明其在進(jìn)行雜波抑制算法選擇時(shí)所起的作用，仿真時(shí)采用的雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)由表一所示。

表一雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)按照設(shè)定的雷達(dá)參數(shù)產(chǎn)生出模擬雜波信號(hào)，給出該信號(hào)對(duì)應(yīng)的空時(shí)二維譜如附圖7所示，附圖8為該譜的俯視圖。可以看出在星載雷達(dá)情況下，雜波的多普勒模糊非常嚴(yán)重。
接下來(lái)我們考慮采用多種雜波抑制算法對(duì)產(chǎn)生的雜波模擬信號(hào)進(jìn)行處理并選出一種最好的算法?，F(xiàn)在的雜波抑制算法一般考慮降維STAP，它的種類(lèi)很多，下面只列舉其中的幾種(1)Full Adaptive(FA)(2)Adjancent-bin-Post Doppler(APD)(3)PRI-Staggered-Post Doppler(PSPD)(4)Joint DomainLocalized(JDL)(5)Displaced-filter Beamspace Post-Doppler(DBPD)其中，前3種方法，由于采用了全部陣元的自由度和部分時(shí)域脈沖的自由度，因此叫做陣元域的自適應(yīng)處理。而后兩種算法只采用了部分陣元和部分脈沖做自適應(yīng)處理，叫做波束域的自適應(yīng)處理。在陣元域，PSPD比APD的運(yùn)算量大。在波束域，DBPD比JDL運(yùn)算量大。AMP算法是所有算法中運(yùn)算量最大的。
采用上面的提到的五種降維STAP算法對(duì)雜波數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，附圖9是采用五種算法對(duì)雜波模擬數(shù)據(jù)進(jìn)行處理后的性能比較。Lsinr是SINR損失，一般我們認(rèn)為L(zhǎng)sinr的-5dB處對(duì)應(yīng)的凹口寬度為動(dòng)目標(biāo)的最小可檢測(cè)速度(MDV)，如果目標(biāo)速度落在該凹口范圍內(nèi)，則無(wú)法檢測(cè)。因此，凹口越窄，可以檢測(cè)的動(dòng)目標(biāo)速度范圍越大，性能相應(yīng)就越好?？梢钥闯?，波束域的DBPD和JDL算法性能優(yōu)于陣元域的FA，APD和PSPD，再結(jié)合運(yùn)算量的考慮，在該雙基地配置參數(shù)下應(yīng)該選擇JDL算法。
可見(jiàn)，產(chǎn)生的雙基地雷達(dá)模擬信號(hào)可以用于信號(hào)處理系統(tǒng)對(duì)雜波抑制算法進(jìn)行選擇。
權(quán)利要求
1.星載雙基地雷達(dá)雜波基帶模擬信號(hào)的產(chǎn)生方法，其特征在于，它依次含有以下步驟步驟(1)在計(jì)算機(jī)上輸入星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)作為該方法的初始條件雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)包括三部分，即雷達(dá)裝置參數(shù)、放置雷達(dá)的衛(wèi)星平臺(tái)參數(shù)和目標(biāo)參數(shù)；雷達(dá)裝置參數(shù)發(fā)射信號(hào)波長(zhǎng)λ，發(fā)射機(jī)天線陣元數(shù)目Q，接收機(jī)天線陣元數(shù)目G，接收機(jī)天線陣元間距和發(fā)射機(jī)天線陣元間距相等，記為d，發(fā)射機(jī)脈沖重復(fù)頻率fr；衛(wèi)星平臺(tái)參數(shù)雷達(dá)發(fā)射機(jī)所在衛(wèi)星平臺(tái)高度Ht，接收機(jī)所在衛(wèi)星平臺(tái)的軌道高度Hr，發(fā)射機(jī)衛(wèi)星軌道傾角θt，接收機(jī)衛(wèi)星軌道傾角θr，發(fā)射機(jī)衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)的經(jīng)度t，接收機(jī)衛(wèi)星軌道升交點(diǎn)經(jīng)度r，發(fā)射機(jī)衛(wèi)星星下點(diǎn)經(jīng)度ρt，接收機(jī)衛(wèi)星星下點(diǎn)經(jīng)度ρr；由θt，t，ρt得到發(fā)射機(jī)星下點(diǎn)緯度ξt， 由θr，r，ρr得到接收機(jī)星下點(diǎn)緯度ξr， 目標(biāo)參數(shù)地面上待檢測(cè)單元D的坐標(biāo)(ρd，ξd)，ρd表示經(jīng)度，ξd表示緯度步驟(2)在計(jì)算機(jī)上依次按以下步驟建立星載雙基地雷達(dá)雜波等距離環(huán)步驟(2.1)地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系以北極為Zu軸，赤道平面為XuOYu平面，零度經(jīng)線方向?yàn)閄u軸；接收機(jī)，發(fā)射機(jī)和待檢測(cè)點(diǎn)D在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系的位置分別為 上標(biāo)u表示該坐標(biāo)是以經(jīng)緯度坐標(biāo)系為參考的，符號(hào) 表示向量；Tu→=(Txu,Tyu,Tzu),]]>其中Txu，Tyu，Tzu分別為發(fā)射機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；Ru→=(Rxu,Ryu,Rzu),]]>其中Rxu，Ryu，Rzu分別為接收機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；Du→=(Dxu,Dyu,Dzu),]]>其中(Dxu，Dyu，Dzu)分別為D點(diǎn)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；步驟(2.2)建立直角坐標(biāo)系O-XYZ，設(shè)接收機(jī)和發(fā)射機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置分別用R和T表示，待檢測(cè)點(diǎn)的位置用D表示，O為地球球心，則 為Z軸，與Z軸垂直且過(guò)球心的平面為XOY平面；定義T→=(Tx,Ty,Tz)]]>為發(fā)射機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置矢量，其中Tx，Ty，Tz分別為發(fā)射機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；定義R→=(Rx,Ry,Rz)]]>為接收機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置矢量，其中Rx，Ry，Rz分別為接收機(jī)在O-XYZ直角坐標(biāo)系下x，y，z軸的坐標(biāo)分量；定義D→=(Dx,Dy,Dz)]]>為待測(cè)目標(biāo)在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的位置矢量；g為雙基地距離和，等于待測(cè)點(diǎn)D到R和T的距離之和；設(shè)雜波等距離環(huán)上的點(diǎn)即雜波單元在O-XYZ直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)為(x，y，z)，滿足在O-XYZ直角坐標(biāo)系中以接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的位置為焦點(diǎn)的橢球方程b2(xcosβ+zsinβ-εx)2+a2y2+a2(-xsinβ+zcosβ-εz)2＝a2b2(1)其中，a=g2,b=a2-14((Rx-Tx)2+(Ry-Ty)2+(Rz-Tz)2),β=tan-1(Tz-RzTx-Rx),]]>ϵx=Rx+Tx2cosβ+Rz+Tz2sinβ,ϵz=-Rx+Tx2sinβ+Rz+Tz2cosβ;]]>步驟(2.3)雜波單元同時(shí)又在地球表面上，滿足球面參數(shù)方程x=Resinηcosφy=Resinηsinφz=Recosη---(2)]]>其中φ，η分別為球面坐標(biāo)系中任意一點(diǎn)的方位角和俯仰角，η∈
，φ∈
，Re為地球半徑；步驟(2.4)將(1)與(2)聯(lián)立求解，獲得雜波單元的俯仰角和方位角的關(guān)系[(b2-a2)Re2sin2ηcos2β]cos2φ+(E1Re2sinηcosφ+E2Resinη)cosφ+(a2Re2sin2η+E3Recosη+E4+E5Re2cos2η)＝0(3)其中，E1＝2(b2-a2)cosβsinβ，E2＝2a2εzsinβ-2b2εxcosβE3＝-(2b2εxsinβ+2a2εzcosβ)，E4=b2ϵx2+a2ϵz2-a2b2,E5=b2sin2β+a2cos2β;]]>步驟(2.5)式(3)是一個(gè)關(guān)于η和cosφ的一元二次方程，設(shè)每個(gè)雜波單元i對(duì)應(yīng)的η，φ為ηi，φi，通過(guò)從Z軸正方向0到π掃描ηi來(lái)求出φi=cos-1(-A2±A22-4A1A32A1);]]>A1＝(b2-a2)Re2sin2ηcos2β其中A2＝E1Re2sinηcosη+E2ResinηA3＝a2Re2sin2η+E3Recosη+E4+E5Re2cos2η步驟(2.6)，根據(jù)ηi，φi，利用式(2)求出雜波等距離環(huán)上每個(gè)雜波單元在O-XYZ直角坐標(biāo)系下的坐標(biāo)；步驟(3)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行星載雙基地雷達(dá)雜波單元有效性判斷步驟(3.1)，設(shè)分別載有接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的兩個(gè)衛(wèi)星到雷達(dá)系統(tǒng)覆蓋范圍內(nèi)的最遠(yuǎn)點(diǎn)的距離為IRmax，ITmax則IRmax=Hr2+2*Re*Hr]]>ITmax=Ht2+2*Re*Ht]]>步驟(3.2)，在O-XYZ直角坐標(biāo)系中計(jì)算所有雜波單元分別到接收機(jī)和發(fā)射機(jī)的距離LRCi，LTCi，下標(biāo)i表示第i個(gè)雜波單元LRCi=(xi-Rx)2+(yi-Ry)2+(zi-Rz)2]]>LTCi=(xi-Tx)2+(yi-Ty)2+(zi-Tz)2]]>步驟(3.3)將LRCi與IRmax，LTCi與ITmax進(jìn)行比較，只有同時(shí)滿足LRCi＜IRmax和LTCi＜ITmax的雜波單元才在發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的共同覆蓋范圍內(nèi)，為有效雜波單元，得到有效雜波單元數(shù)目為Na；步驟(4)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行每個(gè)雜波單元對(duì)應(yīng)的時(shí)間頻率和空間頻率計(jì)算步驟(4.1)每個(gè)雜波單元速度矢量 的計(jì)算將Na個(gè)雜波單元的坐標(biāo)從O-XYZ直角坐標(biāo)系旋轉(zhuǎn)到地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系O-XuYuZu，坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)公式為xu=(cosγ1sinξrcosρr+sinγ1sinρr)x+(sinγ1sinξrcosρr-cosγ1sinρr)y+cosξrcosρrzyu=(cosγ1sinξrsinρr-sinγ1cosρr)x+(sinγ1sinξrsinρr+cosγ1cosρr)y+cosξrsinzu=-cosγ1cosξrx-sinγ1cosξry+sinξrzρrz]]>其中，γ1為ROT平面和ROZ平面形成的二面角的補(bǔ)角，(xu，yu，zu)為雜波單元在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中的坐標(biāo)值；γ1＝π-γ1′，γ1′為ROT平面和ROZu平面形成的二面角，γ1′=cos-1(sinξt-cosαsinξrsinαcosξr)]]>其中，α=(Re+Hr)2+(Re+Ht)2+(Rxu-Txu)2+(Ryu-Tyu)2+(Ryu-Tyu)2-2(Re+Hr)(Re+Ht)]]>通過(guò)坐標(biāo)旋轉(zhuǎn)，得到第i個(gè)雜波單元在地球經(jīng)緯坐標(biāo)系的坐標(biāo)Ciu→=(xiu,yiu,ziu),]]>i＝1，…，Na，再將 轉(zhuǎn)換為相對(duì)應(yīng)的緯度ξCi和經(jīng)度ρCi，ξCi=sin-1(ziu/Re),]]>ρCi=sin-1(yiuRecosξCi),]]>ξCi范圍為-π/2到π/2，ρCi范圍為-π到π；進(jìn)一步求出第i個(gè)雜波單元由于地球自轉(zhuǎn)引起的速度矢量 VCi→=(-459sinρCicosξCi,459cosρCicosξCi,0);]]>步驟(4.2)，雷達(dá)接收機(jī)速度矢量 計(jì)算 為雷達(dá)接收機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中的速度矢量，接收機(jī)所在軌道平面的法向量為 記為 接收機(jī)的位置的單位矢量為 這些矢量名稱(chēng)加上右下標(biāo)x，y，z分別表示它們?cè)趚，y，z軸上的分量，則VR→=aVR(FR→×PR→)]]>其中，aVR為標(biāo)量，表示接收機(jī)衛(wèi)星的速度大小，aVR=629575/(Hr+Re)/1000;]]>由接收機(jī)的經(jīng)緯度坐標(biāo)求得接收機(jī)的位置的單位矢量PR→=(cosξrcosρr,cosξrsinρrsinξr);]]> 由接收機(jī)軌道傾角θr即軌道平面與地球赤道平面的夾角大小和接收機(jī)軌道升交點(diǎn)經(jīng)度r確定順行軌道即軌道傾角小于π/2時(shí) 逆行軌道即軌道傾角大于π/2度小于π (4.3)，雷達(dá)發(fā)射機(jī)的速度矢量 計(jì)算 為雷達(dá)發(fā)射機(jī)在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中的速度矢量，發(fā)射機(jī)所在軌道平面的法向量為 記為 發(fā)射機(jī)的位置單位矢量 VT→=aVT(FT→×PT→),]]>由發(fā)射機(jī)的經(jīng)緯度坐標(biāo)求得接收機(jī)的位置的單位矢量，PT→=(cosξtcosρt,cosξtsinρt,sinξt);]]> 由發(fā)射機(jī)軌道傾角大小θt和發(fā)射機(jī)軌道升交點(diǎn)經(jīng)度t確定，順行軌道 逆行軌道 (4.4)，求解星載雙基地雷達(dá)雜波等距離環(huán)第i個(gè)單元的時(shí)間頻率ftifti=1λ(VT→·TuCiu→||TuCiu→||+VCi→·CiuTu→||CiuTu→||+VR→·RuCiu→||RuCiu→||+VCi→·VCi→·CiuRu→||CiuRu→||)]]>其中， 分別為發(fā)射機(jī)，接收機(jī)在經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中的速度矢量， 為第i個(gè)雜波單元由于地球自轉(zhuǎn)引起的速度矢量，Ciu為第i個(gè)雜波單元在地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中的位置， 分別為地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中發(fā)射機(jī)和接收機(jī)到第i個(gè)雜波單元位置的矢量， 分別為地球經(jīng)緯度直角坐標(biāo)系中第i個(gè)雜波單元位置到發(fā)射機(jī)和接收機(jī)的矢量，矢量長(zhǎng)度計(jì)算如下||TuCiu→||=||CiuTu→||=(xiu-Txu)2+(yiu-Tyu)2+(ziu-Tzu)2,]]>||RuCiu→||=||CiuRu→||=(xiu-Rxu)2+(yiu-Ryu)2+(ziu-Rzu)2;]]>(4.5)，求解星載雙基地雷達(dá)雜波等距離環(huán)第i個(gè)單元的空間頻率fsifsi=dλVR→·RuCiu→||VR→||||RuCiu→||]]>步驟(5)在計(jì)算機(jī)中進(jìn)行雜波協(xié)方差矩陣Uc的計(jì)算步驟(5.1)，第i個(gè)雜波單元相對(duì)于接收機(jī)的空間角頻率為ωsi＝2πfsi，時(shí)間角頻率為ωti＝2πfti，分別定義pi＝[1，exp(jωsi)，exp(j2ωsi)，…exp(j(G-1)ωsi]T為空域傅立葉導(dǎo)引矢量，qi＝[1，exp(jωti)，exp(j2ωti)，…，exp(j(K-1)ωti)]T為時(shí)域傅立葉導(dǎo)引矢量，其中G，K分別為接收機(jī)的陣元數(shù)目和一個(gè)相參處理間隔內(nèi)的脈沖數(shù)；二維傅立葉導(dǎo)引矢量ki即定義為矢量pi和qi的Kronecker積，即ki＝piqi，ki為GK×1維；第i個(gè)雜波單元相對(duì)于發(fā)射機(jī)陣列放置方向的錐角余弦cosΦTi為cosΦTi=VT→·TuCiu→||VT→||||TuCiu→||]]>待檢測(cè)點(diǎn)D相對(duì)于發(fā)射機(jī)陣列放置方向的錐角余弦cosΦT0為cosΦT0=VT→·TuDu→||VT→||||TuDu→||]]>ΦT0為發(fā)射機(jī)天線的主波束指向；其中，其中， 為從發(fā)射機(jī)位置到待檢測(cè)點(diǎn)位置的矢量；||TuDu→||=(Dxu-Rxu)2+(Dyu-Ryu)2+(Dzu-Rzu)2]]>第i個(gè)雜波單元上的發(fā)射天線增益為Wi=Σn=1Qexp{j2πdλ(n-1)(cosΦTi-cosΦT0)}]]>其中Q為發(fā)射機(jī)陣元數(shù)目；步驟(5.2)，該距離環(huán)的雜波空時(shí)二維自相關(guān)矩陣為Uc=Σi=1NaζikikiH]]>其中，上標(biāo)H表示將向量ki共軛轉(zhuǎn)置；ζi為第i個(gè)雜波單元信號(hào)的平均功率，由下式求得ζi=Wi||TuCiu→||2||RuCiu→||2]]>步驟(6)在計(jì)算機(jī)中產(chǎn)生服從Uc統(tǒng)計(jì)特性的雜波基帶模擬數(shù)據(jù)w雜波模擬數(shù)據(jù)的產(chǎn)生方法是用Uc1/2和高斯白噪聲相乘，即w=Uc1/2·μ,]]>其中μ為GK×1維的高斯白噪聲；步驟(7)將該模擬數(shù)據(jù)通過(guò)數(shù)據(jù)發(fā)送設(shè)備發(fā)送給后續(xù)星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及星載雙基地雷達(dá)雜波基帶信號(hào)的產(chǎn)生方法，它包括幾個(gè)步驟根據(jù)星載雙基地雷達(dá)系統(tǒng)參數(shù)設(shè)定初始條件，建立星載雙基地雷達(dá)雜波等距離環(huán)模型，判斷環(huán)上雜波單元的有效性，計(jì)算每個(gè)有效雜波單元由于地球自轉(zhuǎn)引起的運(yùn)動(dòng)矢量。然后根據(jù)衛(wèi)星位置和軌道參數(shù)計(jì)算衛(wèi)星速度矢量，計(jì)算出有效雜波單元對(duì)應(yīng)的時(shí)間頻率和空間頻率。進(jìn)一步，將所有有效雜波單元的空時(shí)二維快拍求和，最后求出雜波協(xié)方差矩陣和產(chǎn)生服從該統(tǒng)計(jì)分布的雜波數(shù)據(jù)。該數(shù)據(jù)可以用于后續(xù)星載雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的雜波抑制算法的驗(yàn)證、選擇或改進(jìn)。
文檔編號(hào)G01S7/285GK1928589SQ200610113459
公開(kāi)日2007年3月14日 申請(qǐng)日期2006年9月29日 優(yōu)先權(quán)日2006年9月29日
發(fā)明者李華, 湯俊, 嚴(yán)軍, 彭應(yīng)寧, 張衛(wèi)杰 申請(qǐng)人:清華大學(xué)