本发明属于引信目标回波模拟技术领域，特别是一种模拟信号更加接近真实回波信号的基于matlab的体目标回波模拟方法。

背景技术：

随着无线电引信的不断进步与发展，尤其是在其研制调试阶段，对引信的全面测试就显得非常重要。而采用回波模拟器进行测试可以大大减少对靶场实验的依赖性，极大的节省了人力物力和财力。

但以往在模拟体目标回波时，通常是将体目标近似成N个点，每个点看成是点目标并产生回波信号，最后进行矢量叠加。在系统仿真学报的引信目标回波模拟器的建模与实现的论文中，详细的讲述了该方法的具体过程。

但该方法有以下问题：在弹目交汇过程中，自始至终都通过体目标近似的N个点形成回波，并不准确。因为在不同的姿态角之下，目标部分部位会被遮挡，并且目标离导弹距离很近的情况下，引信很有可能只是照射到目标的某一部分。因此该方法产生的回波模拟器可能会造成信号功率过大，影响到最后的起爆判断，不能形成最大的杀伤力。

总之，现有技术存在的问题是：对体目标的回波模拟误差大、不真实。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种基于matlab的体目标回波模拟方法,模拟信号更加接近真实回波信号。

实现本发明目的的技术解决方案为：

一种基于matlab的体目标回波模拟方法，包括如下步骤：

(10)体目标3D建模：在matlab中将体目标划分成多个面元，并对每一个面元在追踪过程中是否有效进行判定，得到有效面元；

(20)面元RCS计算：将每一有效面元等效为金属平板，通过物理光学法得到每一个有效面元的RCS；

(30)体目标回波生成：在各个仿真时刻将所有有效面元产生的回波信号进行矢量叠加后得到该仿真时刻的回波信号，再将所有仿真时刻的信号时域叠加，得到所述体目标回波模拟信号。

本发明与现有技术相比，其显著优点为：

在本发明中，加入了面元的判定，可以有效的选取出在交汇过程中真正被引信照射到的部分。并且，在对每一个面元的RCS计算方法中，将每一个面元近似为一个金属平板，通过物理光学法计算得出的RCS，不仅不需考虑引信的极化方式，并且不需要考虑因面元法而产生的虚构劈的处理，计算更为简单，但对RCS计算的准确度稍微不足。

本发明的回波模拟方法，可较准确的模拟出，在弹目逐渐接近的过程中，照射区域由大到小而产生的回波，更为真实准确。

下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细描述。

附图说明

图1是本发明基于matlab的体目标回波模拟方法的主流程图。

图2是图1中体目标3D建模步骤的流程图。

图3是图1中体目标回波生成步骤的流程图。

图4是基于面元划分原则构建的PAC-3导弹模型。

图5是基于有效面元判定的仿真实例。

图6是基于比例导引法仿真出的追踪过程图示。

图7是本发明在追踪过程中的回波模型。

具体实施方式

如图1所示，本发明基于matlab的体目标回波模拟方法,在matlab上对体目标进行建模，求得第k个仿真时刻每一有效面元的RCS，之后根据延时信号，求得该仿真时刻的总的回波信号，最后将这些仿真时刻的回波信号时域叠加得到最终的回波信号。全过程通过matlab实现。包括如下步骤：

(10)体目标3D建模：在matlab中将体目标划分成多个面元，并对每一个面元在追踪过程中是否有效进行判定，得到有效面元；

如图2所示，所述(10)体目标3D建模步骤包括：

(11)面元划分：在满足远场条件的前提下，将属于电大尺寸复杂目标的体目标剖分成若干电小尺寸的面元；

根据面元划分原则，在微波段的雷达散射截面理论定义式中，目标必须满足远场条件，即：

“式(1)”中R为弹目距离，D为目标的最大线性尺寸，λ为引信的工作波长，2D2/λ为引信与目标之间的最短距离Rmtn的值。根据“式(1)”计算出满足远场条件时目标面元的最大线性尺寸D的值。再根据“式(2)”可以得到目标表面面元划分数目N的大致范围。

参考图4，PAC-3导弹全长5.2m，弹翼展0.5m，尾翼展0.6m。根据面元划分准则，将其分成1438个点。

(12)面元有效判定：对面元划分得到的每一个面元，首先去除后向面面元，之后去除波束照射外的面元，最后一步去除被遮挡面元，得到有效面元。

在每一个仿真时刻，都要对目标进行面元判断，得到第k个仿真时刻能被引信照射到的Mk个面元。判断方法如下：

后向面判别：

在每一个仿真时刻，目标与雷达引信间的角度关系是确定的，因此能够根据目标表面上每一个面元的外法向量与每一个面元相对雷达引信的角度进行判断。若面元的外法向量与入射波方向矢量夹角大于90°时，该面元能被入射光束照射到；当面元的外法线单位向量与入射波方向矢量夹角小于或等于90°时，说明该面元面向相对引信的反方向，该面元则不能被入射光束照射到。

波束内判别：

在近距离追踪过程中，目标不一定整个都在雷达引信的波束照射下，因此，根据引信的照射中心方向矢量与每一个面元相对引信的角度进行判断。若面元相对引信的角度与引信的照射中心方向矢量夹角小于3dB波束宽度时，该面元能被入射光束照射到；当面元相对引信的角度与引信的照射中心方向矢量夹角大于3dB波束宽度时，说明该面元没有被引信所探测到。

遮挡判断：

在对目标进行上述处理后，需要对处理过后剩下的n个面元进行互遮挡判断。首先将这n个面元依次计算到引信中心的距离值并按距离值从小到大进行排序，即第n个面元的距离值最大。判断第n个面元中心点到引信的连线与其他n-1个面元是否相交。若存在交点则第n个面元判定被遮挡，若不存在交点则判定第n个面元无遮挡，n＝n-1，跳转上一步。当n＝0时遮挡判断完成。

根据上述方法，得到有效面元示意图，如图5所示。由图可知，当弹目之间距离较近时，引信真正能照射到的部位并不多。如果按照原有方法，则得到的回波模拟信号功率将比真实信号要大得多。因此，该方法能更加准确的模拟出回波信号的真实功率。

(20)面元RCS计算：将每一有效面元等效为金属平板，通过物理光学法得到每一个有效面元的RCS；

得到第k个仿真时刻的有效面元Mk后，将每一个面元模拟成一个金属平板，通过物理光学法计算，则可以得到每一个面元的RCS.

计算每一面元的RCS时将面元等效为金属平板，所述(20)面元RCS计算，按下式计算各有效面元的RCS：

式中，σk(m)为第k个仿真时刻第m个面元的RCS，a为面元边长，λ为波长，θ为引信波束中心线与面元法向量之间的夹角。

(30)体目标回波生成：在各仿真时刻将所有有效面元产生的回波信号进行叠加后得到该仿真时刻的回波信号，再将所有仿真时刻的信号时域叠加，得到所述体目标回波模拟信号。

如图3所示，所述(30)体目标回波生成步骤包括：

(31)面元回波信号产生：按下式生成第k个仿真时刻第m个面元的回波信号：

式中，ULMk(m)为第k个仿真时刻第m个面元的回波幅度,dt为仿真步长，τk(m为第k个仿真时刻第m个面元的回波延时，ω0为载波角速度，θ0为初始相位，为矩形脉冲信号，NT为脉冲数，T为脉冲重复周期。

其中，

式中，Rk(m)为第m个面元第k个仿真时刻的弹目距离,c为光速，Pt为发射功率，Ls为系统损耗，gvigvr为天线的发射增益和接受增益，λ为波长，σk(m)为第m个面元第k个仿真时刻的RCS，k1为信号在空气中传播衰减系数。

(32)第k个仿真时刻的回波信号生成：按下式为第k个仿真时刻所有有效面元产生的信号叠加后的回波信号，

式中Mk为第k个仿真时刻有效面元数。

(33)体目标回波模拟信号生成：按下式得到体目标回波模拟信号，

U＝Uk|k＝1：N，

式中，N为仿真时刻总数。

实施例

追踪参数：

目标为PAC-3导弹，全长5.2m，弹翼展0.5m，尾翼展0.6m。

追踪雷达运动速度设为600，初始位置为(-100，0，-100)，目标PAC-3导弹运动速度设为420，初始位置为(0，0，0)，波长1cm，脉冲重复周期为0.01s，脉冲宽度为0.003s。图6所示为比例导引法追踪过程的示意图。图7为在追踪过程中的回波模拟信号。

从图6、图7可以看出，在图6所示比例导引法追踪的过程中，弹目逐渐交汇，但图7所示回波信号幅度与距离的三次方并非严格按照反比例函数的关系，在大概0.3s前后信号幅度有凹陷，在最后接近的过程中，信号幅度的增大也趋于缓和。这说明，在追踪过程中，前后时刻照射部位不同，有可能会导致RCS较大的变化，最终造成回波信号功率的变化。而以往的回波模拟方法并未考虑这一点。因此，本发明所述的体目标回波模拟方法较以往方法更加真实准确。