[发明专利]船载高频地波雷达回波信号模拟器

说明书

技术领域

本发明属于雷达模拟测试技术领域，涉及一种雷达回波信号模拟器，具体的说，涉及一种船载雷达回波信号模拟器。

背景技术

高频超视距雷达利用高频(3～30MHz)电磁波在导电海洋表面绕射传播衰减小的特点，采用垂直极化天线辐射电波，能超视距探测海平面视线以下出现的舰船、飞机和导弹等运动目标。同时，高频超视距雷达利用海洋表面对高频电磁波的一阶散射和二阶散射机制，能从雷达回波中提取风场、浪场、流场等海态信息。高频地波雷达按照安装平台的不同可以分为：岸基高频地波雷达、浮标基高频地波雷达和船载高频地波雷达。岸基高频地波雷达系统固定在岸边发射和接收系统地理位置相对固定。浮标基高频地波雷达安装在海洋浮标上，系统随着波浪晃动，并且随着海流围绕锚点运动。船载高频地波雷达安装在船上，随船体运动。

由于海岸线资源日趋匮乏，浮标基和船载高频地波雷达近年来受到人们的广泛关注。特别是船载高频地波雷达，具有机动灵活的特点，可以极大地扩展监测的范围。但是船载高频地波雷达系统用于海态反演的算法还在研究中，而船载地波雷达的实海实验成本很高。

船体运动是一个复杂的。船体运动过程中会受海浪和海风的干扰产生摇晃，将产生六自由度的运动，而六自由度运动将对雷达接收天线的方向、幅度等产生影响，进而影响回波信号的接收。现有船载雷达模拟器，大多并不将船体运动纳入仿真参考因素，少部分雷达模拟器考虑了船体运动因素，但也只考虑船体一个自由度的运动对回波信号的影响，并不能最大限度真实模拟回波信号。

发明内容

本发明的目的在于提供一种考虑船体6自由度模型的船载高频地波雷达回波信号模拟器。

为实现以上目的，本发明提供以下技术方案，船载高频地波雷达回波信号模拟器，包括参数设定模块和回波数据计算单元，回波信号计算单元包括回波信号幅度计算模块、回波信号相位计算模块、接收天线接收模式计算模块、流场计算模块、海表面融合通信计算模块和回波信号模拟模块；

回波信号幅度计算模块用于计算船体运动情况下回波信号的幅度，a(t)＝a₀(t)cos(Δψ(t))cos(Δφ(t))；

回波信号相位计算模块用于计算船体运动情况下回波信号的相位，

接收天线方位计算模块用于计算船体运动情况下接收天线的方向，g(θ_s,t)＝g_x(θ_s,t)g_y(θ_s,t)，其中：

以上三式中，ψ为船体横摇角度，φ为船体纵摇角度，为船体艏摇角度，θ_s为雷达扫描单位海元对应的角度，a为接收天线距船体甲板纵向中心线的距离，d为两个相邻接收天线之间的间距，λ为发射电磁波波长，x为船体纵荡的幅度，y为船体横荡的幅度，M为接收天线的数量，k_c为无线电波的波数，l_a为天线的长度，g_x(θ_s,t)为横摇下的天线模式，g_y(θ_s,t)为纵摇下的天线模式；

海表面融合通信计算模块用于计算海表面反射的一阶融合通信，其中，f_B为Bragg频率，A_±为Bragg散射的幅度，f_c(R_r,θ_s)为由海流引起的径向多普勒频移，f_v(θ_s)为由船的运动引起的径向多普勒频移；具体为：其中v(R_r,θ_s)为单元格(R_r,θ_s)上的海流方向矢量，v_p为船体前进的速度，u(θ_s)为方位θ_s上的单位矢量；

流场计算模块采用Pierson-Moskowitz海浪谱模型计算海流流场，其中k_w＝4π/λ为海浪的波数，U₁₀为海面10米处的风速，θ_w为海流流场的方向与参考方向之间的夹角；则：A_±＝(a+jb)S(k_w,θ_s)，其中，a和b为均值为零，方差为1的高斯随机变量；