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(kāi)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(jì)算；傳播衰減計(jì)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(guò)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(gè)過(guò)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(cè)出某一海面上給定的目標(biāo)；分析了該類型雷達(dá)的探測(cè)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(shuō)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(jiǎn)稱天波雷達(dá)）雖然可實(shí)現(xiàn)1000?4000公里的探測(cè)，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(huì)存在700?1000公里內(nèi)的近 距盲區(qū)以及電離層擾動(dòng)影響。地波超視距雷達(dá)（簡(jiǎn)稱地波雷達(dá)）對(duì)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(diǎn)。但其目標(biāo)定位相對(duì)復(fù)雜，且傳播模式多樣，增加了其信號(hào)處理算法和處 理步驟的復(fù)雜程度。因此，需要通過(guò)計(jì)算機(jī)仿真雷達(dá)回波譜，以解決上述問(wèn)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(hào)處理算法。
[0004] 為了解決【背景技術(shù)】所存在的問(wèn)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(jì)算；
[0007] 步驟二：傳播衰減計(jì)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(jì)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(shí)所傳播的距離，其為可測(cè)量A為雷達(dá)發(fā)射機(jī)到電離層等效反射點(diǎn)的距離， 其值不可直接測(cè)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(gè)參數(shù)的含義：h為電離層等效的反射點(diǎn)，可以實(shí)際測(cè)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(gè)公式完成目標(biāo)距離P 3的測(cè)量，實(shí)現(xiàn)目標(biāo)的定位。
[0016] 進(jìn)一步的，在步驟二中，傳播衰減計(jì)算包括電離層吸收衰減和海浪附加衰減；
[0017] 對(duì)于電離層吸收衰減的計(jì)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(jì)算； 步驟二：傳播衰減計(jì)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(jì)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(shí)所傳播的距離，其為可測(cè)量A為雷達(dá)發(fā)射機(jī)到電離層等效反射點(diǎn)的距離，其值 不可直接測(cè)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(gè)參數(shù)的含義：h為電離層等效的反射點(diǎn)，可以實(shí)際測(cè)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(gè)公式完成目標(biāo)距離P 3的測(cè)量，實(shí)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(jì)算包括電離層吸收衰減和海浪附加衰減； 對(duì)于電離層吸收衰減的計(jì)算采用的公式是：
其中各個(gè)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(yáng)黑子數(shù)在12個(gè)月的流動(dòng)平均值；X為100km吸收處所對(duì)應(yīng) 太陽(yáng)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(jì)算公式計(jì)算 的結(jié)果還有加上3dB ; 對(duì)于海浪附加衰減的計(jì)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(jì)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(jì)算以及回波譜生成； 目標(biāo)信噪比計(jì)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(zhǎng)；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(shí)間； 目標(biāo)回波譜生成要得到目標(biāo)的時(shí)域信號(hào)，第η個(gè)天線陣元接收到的目標(biāo)相對(duì)于第m個(gè) 發(fā)射脈沖的回波信號(hào)為表達(dá)式為：
其中，
τ為回波信號(hào)相對(duì)于發(fā)射信號(hào)的時(shí)延；fT為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的 Doppler頻率；λ為電波波長(zhǎng)；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(duì)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(hào)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(diǎn)數(shù)，對(duì)于式（8)的信號(hào)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(gè)方向某個(gè)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(jì)算海雜波回波譜，包括一階海雜波和二階海雜波； 對(duì)于一階海雜波，其所在位置的計(jì)算公式：
，其中土號(hào)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(wàn)平米的目標(biāo)，而兩個(gè)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(yàn)值，取值范圍為2?6,-般取s = 4 ; 對(duì)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(jì)算量，設(shè)置能量閾值來(lái)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(diǎn)的頻率和幅度得到仿真出的回波譜。
【文檔編號(hào)】G01S7/40GK104215946SQ201410390643
【公開(kāi)日】2014年12月17日 申請(qǐng)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(qǐng)人:哈爾濱工業(yè)大學(xué)