[發明專利]雷達檢飛目標替代試驗方法

無效

• 申請號: 201210310473.2
• 申請日: 2012-08-29
• 公開（公告）號: CN102998661A
• 公開（公告）日: 2013-03-27
• 發明（設計）人: 許寶民;李宏;李文臣;黃烽;楊英科;李青山;袁翔宇;張政超;雷剛;王金勇;王坤
• 申請（專利權）人: 中國人民解放軍63891部隊
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40
• 代理公司: 洛陽市凱旋專利事務所 41112
• 代理人: 陸君

1.一種雷達檢飛目標替代試驗方法，其特征在于：是以目標起伏?統計模型為基礎，將雷達威力和精度由替代目標等效到理論合作目標的過程，且替代目標為試驗用飛行合作目標，理論合作目標為指標規定的合作目標；包括：雷達威力試驗的等效替代方法，雷達精度試驗的等效替代關系；?1）、雷達威力試驗的等效替代方法，首先要根據雷達技術指標、理論目標T0和替代目標的目標特性，將理論目標T0和替代目標的最遠探測距離臨界點處于同一波束仰角內，使雷達天線1增益相同，再等效計算出替代目標的最遠探測距離臨界點和高度，再設計飛行航線f；目標等效替代試驗的2個約束條件，第一是要滿足雷達對理論目標T0和替代目標均使用相同的雷達信號波形進行探測，或雷達會根據目標距離調整發射波形；第二針要滿足替代目標的探測距離大于該雷達的最小探測距離，即理論目標探測對應雷達信號脈沖寬度為T，則該雷達參數對應雷達最小探測距離為cT/2，c為光速，且要小于雷達量程；1.1雷達威力的等效替代關系，根據雷達探測方程，雷達接收信噪比SNR（Signal?noise?ratio）為^[2]：

??????????????????（1）

其中為雷達發射功率（W），和為目標方向天線發射和接收增益，為目標RCS（m²）；為雷達工作波長(m)，為目標與雷達的距離(m)，為雷達接收機綜合損耗，為目標回波的綜合抗干擾改善因子；不同類型的雷達目標，在相同發現概率情況下需要的是不同的，工程中將雷達目標分為五類目標類型，以統計模型來定義目標類型；

1.2雷達探測高度的等效替代關系，以A點為雷達天線中心，O點為地心、B點為理論目標探測距離點、C點替代目標探測距離點，要求理論目標、替代目標與雷達天線中心在同一直線，以保證兩目標在同一波束俯仰角度；A點的地心距，其中為地球半徑，在地球折射時等效地球半徑為8490km，為雷達天線中心海拔高度；B點地心距為，其中為理論目標飛行高度，對應替代目標C點的地心距為，其中為替代目標的飛行高度；理論目標飛行高度和對應替代目標飛行高度均以雷達天線中心海拔為參考，替代目標的飛行高度應為：

???????????（7）

其中，A和B的距離為理論目標探測距離，A和C的距離為替代目標的探測距離；

2、雷達精度試驗的等效替代關系；雷達探測精度，包括：距離精度、方位測角精度和俯仰測角精度，或測高精度；飛行目標在俯仰角度的位置要滿足一定的角度范圍，俯仰角度不能超過俯仰測角能力；

通常理論目標和替代目標的雷達威力不同，理論目標和替代目標在距離-精度存在對應關系；在雷達威力航線飛行高度的基礎上，分析目標替代對雷達精度試驗的影響，并給出等效替代推算關系；

1）測距精度等效替代關系：單脈沖雷達的測距精度近似為^[4，5]：???（8）??????????????

其中為信噪比引起測距誤差方差，為其它綜合測距誤差方差，

綜合測距誤差方差包括：大氣透鏡效應、采樣量化誤差、多路徑效應誤差、閃爍、調頻波形等所引起的誤差；信噪比引起測距誤差方差為^[4，5]：

??????????????????（9）

其中為脈壓后脈寬，信號帶寬B對應脈寬為，為光速，為總信噪比，為濾波后的單脈沖信噪比，為積累脈沖數；

如果表示大于或近似，則需要考慮目標替代信噪比對探測精度距離段的影響；根據（8，9）式可知理論目標和替代目標具有相同SNR時，能夠獲得相同的測距精度；假設理論目標在處和替代目標在處具有相同SNR，由雷達方程知兩者之間的關系滿足：

????????????????????????（10）

實際工程中常用雷達脈壓后脈寬為us量級，一般情況下，因此可忽略SNR對測距精度的影響，認為替代目標和理論目標具有相同的測距精度；另外一般雷達指標精度有一定的余量，目標運動的全程范圍內均可以滿足指標要求，因此外場試驗時，采用全程統計測距精度；

2）?方位/俯仰測角精度等效替代關系，雷達的方位/俯仰測角精度近似為^[4，5]：????????????????????????（11）

其中為信噪比引起測角誤差方差，為其它綜合測角誤差方差，綜合測角誤差包括：波束指向誤差和角度量化誤差，其中俯仰向綜合測角誤差包括：多路徑效應誤差和大氣透鏡效應誤差；綜合測角誤差方差通過系統指標設計和靜態測試獲取，對于特定某雷達該參數是確定的，信噪比引起測角誤差方差為^[4，5]：

??????????????????（12）

其中為方位/俯仰3dB波束寬度，為總信噪比，為濾波后的單脈沖信噪比，為積累脈沖數，角靈敏度函數斜率，它與天線方向圖形狀有關，一般；

如果（表示大于或近似），則需要考慮目標替代SNR對測角精度影響；根據（11，12）式可知理論目標和替代目標具有相同SNR時，能夠獲得相同的測角精度，假設理論目標在處和替代目標在處具有相同SNR，由雷達方程可知：??????????（13）

實際工程中一般，這時可忽略SNR對測角精度的影響，認為替代目標和理論目標具有相同的測角精度；另外一般雷達指標精度有一定的余量，目標運動的全程范圍內均可以滿足指標要求，因此外場試驗時，可以全程統計測角精度；?

俯仰測角用測高精度來表示，由雷達測高公式^[2，4???（14）?????????????????????

其中，為目標與雷達距離，為目標所處仰角，為地球等效半徑，為雷達天線海拔高度；由（14）式，得到高度誤差為：

??????????（15）

其中為俯仰角度測量誤差，為測距誤差，為雷達天線中心海拔高度誤差，俯仰角度測量誤差引起的測高誤差是主要誤差；

假設理論目標在最大探測距離處對應信噪比為，則理論目標隨著距離變化信噪比也變化，理論目標距離雷達時的信噪比為：

????????????????????????（16）

對應理論目標距離雷達處的測高精度

????????????（17）

其中為理論目標所處仰角；由（17）式可知測高誤差和俯仰角、天線俯仰向方向圖、目標距離及雷達測距誤差有關；

針對替代目標，根據（4）式得到：??????????????（18）

對應替代目標在處的測高精度

???????????（19）

其中為替代目標所處仰角；理論目標在處的測高誤差和替代目標在處的測高誤差相同，確定理論目標在處后，求得時的取值，得到兩目標測高精度的等效替代關系。

2.根據權利要求1所述的一種雷達檢飛目標替代試驗方法，其特征在于：所述不同類型的雷達目標，在相同發現概率情況下，將雷達目標分為五類目標類型，以統計模型來定義目標類型；

設雷達目標散射截面積服從均值為，自由度為的分布，則有^[1，2，3]：

????????????????????（2）

其中，，目標RCS平均值與起伏標準差之比為，越大則代表目標起伏越小，反之起伏越大；

當時，服從指數分布，為Swerling?型目標，適用于復雜目標是大量近似相等單元散射體組成，即大于5個近似相等單元散射體；Swerling?型目標的起伏特征為慢起伏，一次掃描中脈沖間隔相關，典型目標為小型噴氣飛機；

當時，為自由度分布，為一次掃描中脈沖積累數，即Swerling?II型分布，它表示由均勻多個近似相等單元散射體組成的目標，即大于5個近似相等單元散射體；Swerling?II型目標的起伏特性為快起伏，一次掃描中脈沖間隔不相關，典型目標或為噴氣飛機或大型民用客機；當時，同Swerling?型目標，即對于單脈沖雷達，Swerling?型目標和Swerling?型目標的概率密度函數是相同的；

當時，為Swerling?型目標，該類型目標為由一個占支配地位的大隨機散射體與其他均勻獨立散射體組合的目標，Swerling?型目標為慢起伏目標，典型目標或為螺旋漿推進飛機、直升機；

當時，為自由度分布，為一次掃描中脈沖積累數，即Swerling?IV型分布，該類型目標為由一個占支配地位的大隨機散射體與其他均勻獨立散射體組合的目標，Swerling?IV型目標為快起伏目標，一次掃描中脈沖間隔不相關，典型目標或為海船、衛星、高速飛行器；當時，同Swerling?型目標，即對于單脈沖雷達，Swerling?型目標和Swerling?IV型目標的概率密度函數是相同的；

當時，為常數，即馬克姆Marcum分布，或Swerling?V型分布，它表示非起伏模型，典型目標或為金屬標定球；

基于m的選取，能夠獲得不同起伏類型的目標，包括五類目標模型分析等效替代方法；

雷達目標特性，包括RCS目標大小和類型，首先根據外場試驗或內場測試獲取，雷達檢飛試驗中理論目標RCS大小為，對應探測距離為、檢測概率，實際目標RCS大小為，對應探測距離及檢測概率，合作飛行目標替代后，雷達要滿足相同的檢測概率，理論目標雷達回波信噪比和替代目標雷達回波信噪比分別為：

????（3）?????????????????????????????????????

???????????????（4）

理論目標與替代目標要求的雷達回波信噪比不同，兩目標的替代關系為：

?????????????????（5）

根據實際雷達積累脈沖、目標類型、虛警概率獲取檢測概率曲線^[3]，并根據獲取理論目標和替代目標的探測距離等效關系；?

如果兩目標為同類型，只是RCS大小不同，根據雷達目標檢測曲線知，于是得到理論目標和替代目標之間探測距離：（6）。