彈載毫米波輻射計(jì)信號半實(shí)物仿真

彈載毫米波輻射計(jì)信號半實(shí)物仿真
引言 利用毫米波輻射計(jì)探測地物背景中裝甲目標(biāo)是末端敏感彈藥系統(tǒng)中最常見的體制之一． 為確定彈載毫米波輻射計(jì)探測能力和效果，一般要對真實(shí)的金屬目標(biāo)進(jìn)行野外實(shí)際測量．本文 提出一種有效的半實(shí)物仿真方法，即利用實(shí)際的彈載毫米波輻射計(jì)和模擬的目標(biāo)信號仿真系 統(tǒng)．從而獲取實(shí)際的目標(biāo)信號．這對于簡化測試過程、減輕勞動強(qiáng)度、提高工效(尤其對于批量 生產(chǎn)的常規(guī)彈藥系統(tǒng))具有重大意義，并為目標(biāo)識別研究提供了重要基礎(chǔ)和手段．

1 目標(biāo)信號和數(shù)學(xué)模型 根據(jù)文獻(xiàn)[1]可將輻射計(jì)天線與地物背景中金屬目標(biāo)的交會狀態(tài)用圖1表示，由此可得 輻射計(jì)天線溫度變化量為 式(1)中， 為目標(biāo)與背景輻射溫度對比 度，Go為天線波束中心增益，b為天線方向圖 系數(shù)，日為天線離地面高度，(肌一 )為目標(biāo) 寬度，( 一z )為目標(biāo)長度，0 為天線波束中 心與地面法線夾角． 式(1)即為彈載毫米波輻射計(jì)對地金屬目 標(biāo)探測信號的數(shù)學(xué)模型，它較為精確地表示了 目標(biāo)信號．如果天線在 方向?qū)δ繕?biāo)進(jìn)行掃描， 可設(shè) 一 ，代入式(1)，相應(yīng)積分限作變換，即 可得到目標(biāo)信號(即天線溫度變化量)的時(shí)域表 達(dá)式．其中 表示天線掃描線速度．對于旋轉(zhuǎn)掃 描情況， 一2~nHtg ．其中 為轉(zhuǎn)速．

2 目標(biāo)信號的仿真 以式(1)為目標(biāo)信號的數(shù)學(xué)模型，代入輻射計(jì)、目標(biāo)、背景以及交會條件等各項(xiàng)參數(shù)，由 計(jì)算可得沒有考慮噪聲時(shí)的目標(biāo)信號．設(shè)彈載輻射計(jì)噪聲服從正態(tài)分布，其噪聲均值為零， 方差△7 =FTo／ 所(忽略增益起伏影響)嘲，其l中F為系統(tǒng)噪聲系數(shù)， 。為工作溫度，B 為系統(tǒng)帶寬，r為檢波器后的積分時(shí)問．代入各參數(shù)，與式(1)迭加后可得輻射計(jì)考慮噪聲后 的目標(biāo)信號理論計(jì)算值． 圖2為考慮噪聲后一組典型參數(shù)[G。一 ，6—400(相當(dāng)于天線3dB波束寬度4．8。)， (y2一 )=3m，(x2-．271)一6m， =4r／s， 一30。， ～=2K]的計(jì)算波形． 圖2 考慮噪聲后目標(biāo)信號計(jì)算波形 (a)探測高度H一30m (b)探測高度H=90m Fig·2 Digital simulating waveforms of the target signal with noise (a)at the altitude of 30一meter (b)at the altitude of 90一meter

 3 目標(biāo)信號半實(shí)物仿真系統(tǒng) 在上述目標(biāo)信號仿真的基礎(chǔ)上，將被測的彈載毫米波輻射計(jì)以及其它有關(guān)測試儀器組 成目標(biāo)信號半實(shí)物仿真系統(tǒng)(見圖3)．該系統(tǒng)可方便地根據(jù)輻射計(jì)參數(shù)指標(biāo)，設(shè)置目標(biāo)、背 景以及交會條件等參數(shù)；將由計(jì)算機(jī)計(jì)算的目標(biāo)信號仿真結(jié)果通過接口電路輸出，接至調(diào)制 器，對毫米波噪聲源進(jìn)行溫度調(diào)制，使被測的彈載輻射計(jì)獲得模擬野外探測效果的目標(biāo)信 號．調(diào)整可變精密衰減器的衰減量n或測試距離工，可校準(zhǔn)與對金屬目標(biāo)實(shí)際測量的等效關(guān) 囹3 目標(biāo)信號半實(shí)物仿真系統(tǒng)框圖 系· 和L的取值由實(shí)驗(yàn)來確定，一般工滿足遠(yuǎn)場條件即可，再通過改變 進(jìn)行校驗(yàn)．在無回 波暗室中，利用該目標(biāo)信號仿真系統(tǒng)對一定批量的彈載輻射計(jì)進(jìn)行了測試，獲得了良好的效 果·圖4為一組典型參數(shù)(與圖2相同)的測試結(jié)果，它與理論計(jì)算結(jié)果(見圖2)較為吻合． 0 5 10 15 20 25 30 一一{一一i、：一 i』一一；一一』一一 ～ i j 二己 圖4 仿真系統(tǒng)測試結(jié)果 (a)探測高度H=30m (b)探攮f高度／-／=90m

4 與實(shí)際測試比較 經(jīng)大量的野外試驗(yàn)結(jié)果驗(yàn)證，圖3所示的目標(biāo)信號仿真系統(tǒng)可以與野外試驗(yàn)等效．仿真 測試結(jié)果如圖4所示．圖5為彈載輻射計(jì)對金屬目標(biāo)的一組實(shí)際測量值(設(shè)置參數(shù)與圖4相 同)，它與圖4仿真測試結(jié)果很吻合，因此，本文提出的半實(shí)物仿真方法不僅提高了自動化測 試程度，而且為目標(biāo)識別研究提供了重要基礎(chǔ)和手段， ；# 【5 20 f，IT 圖5 實(shí)際測試結(jié)果 (a)探攮f高度／-／=30m (b)探測高度／-／=90m