遥测雷达数字化设计与仿真系统

发布时间:2013.09.12 新闻来源:反射内存-实时仿真技术网 浏览次数:

遥测雷达数字化设计与仿真系统

摘要:针对遥测雷达搜索、跟踪海上慢速目标的过程,通过计算机仿真的方法对遥测雷达系统进行研究。基于遥测雷达系统的各部分组成,针对各组成部分的特点采用模块化的方式对遥测雷达的各功能进行仿真,实现各部分功能的独立化。采用反射内存实时网的方式,将遥测雷达各功能部分互联,形成完整的遥测雷达系统。通过全遥测雷达系统的联合仿真,在计算机上实现遥测雷达各项功能。该软件创造性的实现了全遥测雷达系统的仿真,为实现运动雷达监测海上慢速目标的技术可行性提供了有力佐证。

关键词:运动平台;仿真系统;遥测雷达;模块化仿真;反射内存网;GE反射内存;PCI-5565;PCI5565

 

0引言

随着雷达遥测技术的突飞猛进,利用其不受天候及昼夜影响的特性,除了早期应用于军事探测外,已逐渐广泛应用于民用探测领域。随着全球科学技术的不断提高,海洋成为各国经济发展的“主战场”,作为覆盖地球表面70%的海洋蕴藏着丰富的海洋资源,全球90的能源等运输都要通过海运来实现。因此,保卫国家领海、监测航海运输成为一个国家控制海洋资源的重要途径。本文介绍的就是一种运动平台上的遥测雷达,可以实现对远海的大范围监测,并对海上固定及慢速目标实现搜索、识别和跟踪。遥测雷达系统组成遥测雷达系统仿真是数字仿真技术与雷达技术结合的产物。简而言之,就是利用计算机软件

来建立雷达的模型,然后在数字计算机上复现雷达系统的动态工作过程。具体的说,仿真的对象是遥测雷达系统,包括雷达本身(硬件及软件)、雷达目标及目标环境;仿真的手段是数字计算机,包括软件及硬件;仿真的方式是复现蕴含在雷达目标及目标环境信息的雷达信号。这里所说的“复现”就是重现雷达信号的产生、传递、处理等动态过程,从时间关系上看,就是重现一个随机的时间序列及其处理过程。

此种遥测雷达设计的基本结构,如图1所示。该雷达采用单脉冲测角方式,其基本结构包括:天馈系统、雷达接收机、信号处理机、雷达发射机、频率综合器、伺服系统和二次电源等。另外,为了配合模拟雷达的全部工作状态,在遥测雷达仿真系统中还需要加入表征运动平台特性的飞行控制计算机、外部环境仿真机和目标与环境模拟器等。

图1遥测雷达基本结构图

2遥测雷达数字化设计与仿真系统

硬件组成

本文所讨论的遥测雷达数字化设计与仿真系统是建立在数台PC机上的雷达综合性能仿真系统。每台PC机承担遥测雷达系统的一个功能模块的仿真,PC机之间通过反射内存实时网进行互联和数据交互,其硬件组成如图2所示。

图2仿真系统硬件组成

 

3遥测雷达仿真系统功能模块化

对于实际的遥测雷达系统来说,系统内部十分复杂,执行各项功能的器件繁多,如果对雷达内部的所有结构都进行仿真,会极大增加系统计算量和降低反射内存实时网的响应速度。因此,本文从仿真雷达功能角度将整个遥测雷达系统的功能分成五大类,通过这五大功能块的协同工作完成雷达的全部功能。

(1)信号处理器

雷达信号处理器是遥测雷达进行信号处理,实现对目标定位跟踪的核心运算部分。本文采用单脉冲雷达测角体制,距离上采用调频脉压实现高分辨[1]。

(2)伺服模拟器

在实际雷达系统中,伺服控制系统负责按照飞行控制计算机和信号处理器的控制信息输出雷达天线控制指令,在搜索阶段(位置环)按照飞行控制计算机指令控制雷达天线在目标区域进行搜索,在跟踪阶段(速度环)按照信号处理器和外部环境仿真机输出指令调整天线指向锁定目标。

(3)目标与环境模拟器

本文研究的遥测雷达数字化设计与仿真系统是用于监测海上慢速目标的。不难发现,遥测雷达接收的雷达信号中除了包括必要的目标回波信号还包括海杂波及可能来自环境的干扰等信息]。因此,采用目标与环境模拟器模拟雷达回波就必须考虑目标电磁特性、雷达与目标相对位置关系及运动状态、海情和来自环境的干扰。

(4)外部环境仿真机

运动平台在飞行过程中,可能受到多种外部环境因素的影响。外部环境仿真机就是仿真运动平台与目标在整个仿真过程中所处的外部环境,包括海情、风向和扰动等。

(5)仿真调度管理器

仿真调度管理器是整个遥测雷达数字化设计与仿真系统的控制部分,根据仿真的数据流程控制各个功能模块的调用次序,控制内存反射实时网内的数据读取、写人并将每个仿真周期内的仿真状态数据写入仿真系统数据库用于对整个仿真系统的评估。

4遥测雷达数字化设计与仿真系统仿真实现

4.1仿真实现

遥测雷达数字化设计与仿真系统是基于VisualC++6.0编译环境开发的,使用c++面向对象语言编写。面向对象语言将复杂的问题分解为多个能够完成独立功能的对象来研究,不仅模拟了现实世界中真实或抽象的对象,还模拟了对象之间的通信。面向对象仿真技术具有抽象性、封装性、继承性、多态性、动态联编等特性,便于实现系统的模块化模型,所开发软件稳定性好、可移植性强,软件与硬件相对独立,易于实现并行仿真。遥测雷达数字化设计与仿真系统的仿真流程,如图3所示。

4.2人机交互界面

遥测雷达数字化设计与仿真系统采用VC++6.0创建人机交互界面,用于在仿真前对仿真系统的仿真参数设置,以及在仿真过程中以图像的形式实时反馈仿真进程。采用这种方式可以动态的、实时的、准确有效的反映出雷达在仿真过程中实时状态。

(1)参数输入界面

遥测雷达数字化设计与仿真系统的参数输入界面如图4所示。在仿真前需要输入的参数主要有以下几方面:

图3仿真流程图

a)飞行参数;

b)杂波及干扰参数样本;

c)目标特性参数。

其中:代表噪声、杂波、干扰和目标特性的一维距离像样本以读取文件的形式读入雷达仿真系统,用于在目标与环境模拟器中仿真回波数据。

(2)仿真系统主界面

遥测雷达数字化设计与仿真系统的仿真主界,如图5所示,由七部分组成。

 

3结果分析

通过遥测雷达数字化设计与仿真系统的仿真析可以得出以下结论:雷达能够按照预定设计逻辑,完成从开始搜索到监测关注目标的全部工作流程。信号处理器、伺服模拟器、目标与环境模拟器、飞行控制计算机、外部环境仿真机和仿真调度管理器能够通过内存反射实时网进行数据交互、协调工作。通过对雷达测角误差和测距误差的分析可知,遥测雷达能够在稳定跟踪状态对目标进行精确定位,实现对目标的监测。

 

图4

输入界面

图5遥测雷达数字化设计与仿真系统的仿真主界面

 

5结论

采用数字化仿真的方式对遥测雷达系统实现全功能仿真,脱离实物平台通过反射内存实时网联接的计算机仿真系统对雷达的全部功能逻辑进行验证,模块化的设计思路便于对系统进行升级,最终实现对整个遥测系统的全闭合仿真,验证了采用运动平台遥测雷达监测海上慢速目标的技术可行性,对于现代的海洋开发、应用提出了新的思路。

参考文献

[1]王海.基于单脉冲单通道的跟踪数据处理[D].电子科技大学,2006.

[2]黄培康,殷红成,许小剑.雷达目标特性[M].北京:电子工业出版社,2006.

[3]张艳花,簪波,王鉴,等.单脉冲雷达主动测角与被动测角的建模与仿真[J].弹箭与制导学报,2007,(3):338—341.

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