[發明專利]基于FPGA的箔條云雷達回波實時模擬方法

有效

• 申請號: 202011442329.5
• 申請日: 2020-12-08
• 公開（公告）號: CN112578352B
• 公開（公告）日: 2023-06-30
• 發明（設計）人: 張民;張樹豪;李金星;江旺強;魏鵬博;聶丁
• 申請（專利權）人: 西安電子科技大學
• 主分類號: G01S7/40
• 分類號: G01S7/40;G01S7/38;G01S7/41
• 代理公司: 陜西電子工業專利中心 61205
• 代理人: 王品華;李勇軍

1.一種基于FPGA的箔條云雷達回波實時模擬方法，其特征在于，包括如下：

(1)計算箔條的初始姿態，包括原點到箔條的連線與正z軸之間的天頂角θ、箔條在xOy平面的投影線與正x軸之間的方位角箔條轉動角度ζ、水平擴散速度v，并將這些計算結果保存到RAM中；

(2)計算每個箔條的初始直角坐標Lx₀(i)、Ly₀(i)、Lz₀(i)，分別保存到RAM中，其中i為箔條的序號；

(3)計算每個箔條的雷達散射截面RCS值，把結果保存到RAM中；

(4)計算每條箔條所在高度z(i)處的大氣密度ρ(i)；

(5)計算每條箔條受力引起的三個方向上的位移增量dx₁(i)、dy₁(i)、dz₁(i)；

(6)計算箔條螺旋轉動引起的水平位移增量dx₂(i)、dy₂(i)；

(7)根據(5)得到的箔條位移增量和(6)得到的位移增量，計算本時間采樣點的箔條直角坐標x_t(i)、y_t(i)、z_t(i)；

(8)根據雷達的空間坐標和每個箔條的空間坐標計算雷達到每個箔條的距離R_t(i)；

(9)根據步驟(3)得到的每根箔條的雷達散射截面RCS值和步驟(8)得到的雷達到箔條的距離R_t(i)，計算箔條的窄帶信號回波S(t,i)，并把結果存儲到FPGA外部的DDR存儲器；

(10)循環步驟(4)到步驟(10)，計算不同時間采樣點的箔條回波。

2.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述(1)中計算箔條的初始狀態，實現如下：

計算原點到第i個箔條的連線與正z軸之間的天頂角：

其中，rand()為生成取值(0,1)范圍內的均勻分布隨機數；

計算箔條在xOy平面的投影線與正x軸之間的方位角：

計算箔條轉動角度：ζ(i)＝2π·rand(i)；

計算水平擴散速度：v(i)＝normrnd(0,5)，其中normrnd(0,5)為生成服從均值為0、標準差為5的正態分布的隨機數。

3.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述(2)中計算每個箔條的直角坐標Lx₀(i)、Ly₀(i)、Lz₀(i)，實現如下：

(2a)在球坐標中計算箔條云中各個箔條的隨機初始位置(r(i),s₁(i),s₂(i))：

r(i)＝2rand(i)，s₁(i)＝2πrand(i)，s₂(i)＝2πrand(i)；

(2b)根據預先設定的拋灑箔條處的直角坐標(hx,hy,hz)和箔條的隨機初始位置(r(i),s₁(i),s₂(i))

計算每個箔條的初始直角坐標：

4.根據權利要求1所述的方法，其特征在于，所述(3)根據統計方法計算箔條云中各個箔條雷達散射截面值，按照如下步驟進行：

(3a)計算單根箔條的平均雷達散射截面值：

σ_{single_mean}＝0.153λ²，其中λ為入射波長；

(3b)根據(3a)中的結果計算箔條云的平均雷達散射截面值：

σ_{cloud_mean}＝0.65Nσ_{single_mean}，其中N為單發箔條云中的箔條總數；

(3c)根據(3b)中的計算結果計算箔條云中的每根箔條的雷達散射截面值：

σ(i)＝-σ_{cloud_mean}log(1-rand(i))。