基本信息
- 項目名稱：
- 相控陣雷達模擬器研制
- 小類：
- 信息技術(shù)
- 大類：
- 科技發(fā)明制作A類
- 簡介：
- 雷達模擬器主要作用是充當雷達系統(tǒng)設(shè)計和雷達數(shù)據(jù)處理算法調(diào)試和驗證的試驗平臺，縮短了研制周期，節(jié)約了費用。針對用戶對模擬器系統(tǒng)工作環(huán)境提出的可視化的要求，我們將MapObjects組件技術(shù)應(yīng)用到雷達模擬器中，在VC環(huán)境下結(jié)合Windows編程技術(shù)開發(fā)一套功能完善的雷達模擬器軟件. 雷達模擬器系統(tǒng)的仿真對象包括雷達、目標和戰(zhàn)場環(huán)境。為實現(xiàn)雷達模系統(tǒng)全方位的仿真，并達到可視化效果我們攻克了以下關(guān)鍵技術(shù)：1，由于信息設(shè)置和量測信息產(chǎn)生是在不同的坐標系完成的，仿真時涉及到頻繁的坐標變換。模擬器涉及到的坐標系有雷達極坐標，雷達直角坐標，地心空間直角坐標和大地地理坐標，因此必須解決它們之間的轉(zhuǎn)換；2，為了產(chǎn)生近似雷達真實的探測信息，必須對目標運動，雜波，干擾，箔條，天氣影響進行很好的數(shù)學建模和仿真；3，仿真中，時間管理也是非常重要的技術(shù)。所研制的雷達模擬器具有以下功能: (1)基于真實的地理信息，實現(xiàn)了相控陣雷達系統(tǒng)的全方位仿真；(2) 精確對各仿真對象建模，并依據(jù)各類模型產(chǎn)生了所需要的雷達量測信息，最終以圖像和數(shù)據(jù)的形式進行動態(tài)、實時顯示；(3) 直觀、快速地表現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)處理算法的性能以及雷達系統(tǒng)設(shè)計的合理性 ，支持評估與測試；(4) 具有操作簡便的平臺，可靈活的設(shè)置仿真對象的參數(shù)，并將其對雷達工作的影響動態(tài)、實時的表現(xiàn)出來；(5)具有HLA仿真接口，能夠接受外部劇情和向外部發(fā)送雷達情報，充當戰(zhàn)場大系統(tǒng)仿真的主要成分。
- 詳細介紹：
- 雷達模擬是指以一定的方式仿真模擬雷達工作過程，戰(zhàn)場環(huán)境以及目標運動，并經(jīng)過仿真的綜合處理，最終生成近似實際雷達的回波信號或量測數(shù)據(jù)。雷達系統(tǒng)的設(shè)計和雷達數(shù)據(jù)處理算法的研制，通常都需要一個漫長的調(diào)試和驗證過程，才能完善其性能滿足實際雷達系統(tǒng)的要求。如果通過真實數(shù)據(jù)即外場試驗來進行調(diào)試和驗證，不僅會耗費很多的成本，還會影響研制進度。即便如此，對于很多研究工作者來說，現(xiàn)場試驗的機會也很難得到。目前解決這個問題的主要方法就是對雷達進行模擬。 戰(zhàn)場仿真大系統(tǒng)在科研試驗，軍事訓練等方面具有重要的意義，是目前的研究熱點，而雷達是現(xiàn)代戰(zhàn)場上不可替代的眼睛。在戰(zhàn)場仿真大系統(tǒng)中，如C4ISR仿真大系統(tǒng)，模擬的雷達情報是重要的信息源，所以必須對雷達進行模擬。 雷達模擬器是雷達模擬的集成形式，它可完整地模擬雷達的各項性能，既具有操作簡單的界面，方便研究人員操作，又能比較逼真的給出雷達的模擬數(shù)據(jù)和跟蹤航跡，具有實時模擬雷達的主要功能和工作過程，以及對目標的探測性能的功能，可為雷達系統(tǒng)設(shè)計提供模擬的雷達情報和為雷達數(shù)據(jù)處理算法研究人員提供仿真數(shù)據(jù)支持和評估環(huán)境，因此其主要作用是充當雷達系統(tǒng)設(shè)計和雷達數(shù)據(jù)處理算法調(diào)試和驗證的試驗平臺，縮短了研制周期，節(jié)約了費用，同時能夠充當戰(zhàn)場仿真大系統(tǒng)的重要組成部分。 目前以軟件方式對相控陣雷達進行模擬的研究工作主要存在以下缺陷： 1、模擬不直觀，大部分雷達模擬工作只停留在數(shù)據(jù)層次，或者是在雷達極坐標系下的簡單圖形方式； 2、模擬不完善，很多工作只是實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)中的某個對象的仿真. 通過調(diào)研和查閱資料深入了解相控陣雷達系統(tǒng)的工作原理及掃描特點后，我們采用面向?qū)ο缶幊趟枷耄K化設(shè)計軟件系統(tǒng)，將相控陣雷達模擬器設(shè)計成四個模塊，即仿真想定，雷達模擬，仿真顯示和接口部分。仿真想定模塊主要用于設(shè)置并產(chǎn)生劇情信息；雷達模擬模塊設(shè)計主要用于模擬雷達工作過程；仿真顯示模塊設(shè)計用于以圖像或數(shù)據(jù)的形式顯示雷達工作狀態(tài)和參數(shù)以及量測數(shù)據(jù)，跟蹤結(jié)果等雷達探測信息；軟件還可通過接口接收外部輸入的劇情信息和向外部傳輸模擬器產(chǎn)生的雷達探測信息，確保相控陣雷達模擬器可應(yīng)用于大型戰(zhàn)場仿真系統(tǒng)。最后為了使得模擬器系統(tǒng)工作環(huán)境達到可視化的效果，將MapObjects組件技術(shù)應(yīng)用到雷達模擬器中，在VC環(huán)境下結(jié)合Windows編程技術(shù)開發(fā)模擬器軟件。 雷達模擬器系統(tǒng)的仿真對象包括雷達、目標和戰(zhàn)場環(huán)境。為實現(xiàn)雷達模系統(tǒng)全方位的仿真，并達到可視化效果我們攻克了以下關(guān)鍵技術(shù)：1，由于信息設(shè)置和量測信息產(chǎn)生是在不同的坐標系完成的，仿真時涉及到頻繁的坐標變換。模擬器涉及到的坐標系有雷達極坐標，雷達直角坐標，地心空間直角坐標和大地地理坐標，因此必須解決它們之間的轉(zhuǎn)換；2，為了產(chǎn)生近似雷達真實的探測信息，必須對目標運動，雜波，干擾，箔條，天氣影響進行很好的數(shù)學建模和仿真；3，仿真中，時間管理也是非常重要的技術(shù)。所研制的雷達模擬器具有以下功能: (1)基于真實的地理信息，實現(xiàn)了相控陣雷達系統(tǒng)的全方位仿真；(2) 精確對各仿真對象建模，并依據(jù)各類模型產(chǎn)生了所需要的雷達量測信息，最終以圖像和數(shù)據(jù)的形式進行動態(tài)、實時顯示；(3) 直觀、快速地表現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)處理算法的性能以及雷達系統(tǒng)設(shè)計的合理性 ，支持評估與測試；(4) 具有操作簡便的平臺，可靈活的設(shè)置仿真對象的參數(shù)，并將其對雷達工作的影響動態(tài)、實時的表現(xiàn)出來；(5)具有HLA仿真接口，能夠接受外部劇情和向外部發(fā)送雷達情報，充當戰(zhàn)場大系統(tǒng)仿真的主要成分。
作品專業(yè)信息
設(shè)計、發(fā)明的目的和基本思路、創(chuàng)新點、技術(shù)關(guān)鍵和主要技術(shù)指標
- 雷達模擬器是雷達模擬的集成形式，主要作用是充當雷達系統(tǒng)設(shè)計和雷達數(shù)據(jù)處理算法調(diào)試和驗證的試驗平臺，同時能夠充當戰(zhàn)場仿真大系統(tǒng)的重要組成部分。 通過調(diào)研和查閱資料深入了解相控陣雷達系統(tǒng)的工作原理及掃描特點后，我們采用面向?qū)ο缶幊趟枷?，模塊化設(shè)計軟件系統(tǒng)，將相控陣雷達模擬器設(shè)計成四個模塊，即仿真想定，雷達模擬，仿真顯示和接口部分。最后將MapObjects組件技術(shù)應(yīng)用到雷達模擬器中，在VC環(huán)境下結(jié)合Windows編程技術(shù)開發(fā)模擬器軟件。 為實現(xiàn)雷達模系統(tǒng)全方位的仿真，我們攻克了以下關(guān)鍵技術(shù)：1，模擬器涉及到的坐標系有雷達極坐標，雷達直角坐標，地心空間直角坐標和大地地理坐標，因此必須解決它們之間的轉(zhuǎn)換；2，為了產(chǎn)生近似雷達真實的探測信息，必須對戰(zhàn)場環(huán)境進行很好的數(shù)學建模和仿真；3，仿真中，時間管理也是非常重要的技術(shù)。所研制的雷達模擬器具有以下功能: (1)基于真實的地理信息，實現(xiàn)了相控陣雷達系統(tǒng)的全方位仿真；(2) 精確對各仿真對象建模，并依據(jù)各類模型產(chǎn)生了所需要的雷達量測信息，最終以圖像和數(shù)據(jù)的形式進行動態(tài)、實時顯示；(3) 直觀、快速地表現(xiàn)雷達數(shù)據(jù)處理算法的性能以及雷達系統(tǒng)設(shè)計的合理性 ，支持評估與測試；(4) 具有操作簡便的平臺，可靈活的設(shè)置仿真對象的參數(shù)，并將其對雷達工作的影響動態(tài)、實時的表現(xiàn)出來；(5)具有HLA仿真接口，能夠接受外部劇情和向外部發(fā)送雷達情報，充當戰(zhàn)場大系統(tǒng)仿真的主要成分。
科學性、先進性
- 目前以軟件方式對相控陣雷達進行模擬的研究工作主要存在以下缺陷： 1、模擬不直觀，大部分雷達模擬工作只停留在數(shù)據(jù)層次，或者是在雷達極坐標系下的簡單圖形方式； 2、模擬不完善，很多工作只是實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)中的某個對象的仿真. 完整的相控陣雷達模擬器應(yīng)能夠完成雷達工作過程，目標以及目標航跡，雜波、干擾和噪聲等戰(zhàn)場環(huán)境的模擬。近年來，由于基于相控陣體制的新型雷達不斷涌現(xiàn)，實驗室急需相應(yīng)的模擬器平臺支持信息處理算法的驗證和調(diào)試；為戰(zhàn)場仿真大系統(tǒng)提供雷達情報。我們團隊基于相控陣雷達工作的一般原理，研制了一套功能完善的相控陣雷達模擬器，應(yīng)用MapObjects矢量圖操作組件，結(jié)合Windows編程技術(shù)編制了專業(yè)的模擬器軟件。軟件實現(xiàn)了戰(zhàn)場環(huán)境、想定目標和雷達工作的仿真模擬功能，使得系統(tǒng)工作環(huán)境達到可視化效果，能夠充當調(diào)試和驗證信息處理算法的工具，并設(shè)計了實時仿真通信接口HLA，接受外部劇情和發(fā)送雷達情報，可作為戰(zhàn)場仿真大系統(tǒng)的重要組成部分。
獲獎情況及鑒定結(jié)果
- 2009年5月，在校內(nèi)“三航杯”課外學術(shù)科技作品競賽獲一等獎。 2009年6月，在省“挑戰(zhàn)杯”課外學術(shù)科技作品競賽獲一等獎。
作品所處階段
- 作品按照特定型號雷達的要求進行完善后已經(jīng)用于實際的科研工作。
技術(shù)轉(zhuǎn)讓方式
- 可以作為產(chǎn)品轉(zhuǎn)讓
作品可展示的形式
- 軟件演示
使用說明,技術(shù)特點和優(yōu)勢,適應(yīng)范圍,推廣前景的技術(shù)性說明,市場分析,經(jīng)濟效益預(yù)測
- 模擬器的特點有：(1)逼真的仿真環(huán)境，仿真時可以融入真是的地理信息；(2)靈活的操作界面，模擬器可以圖像和數(shù)據(jù)的形式設(shè)置對象參數(shù)，動態(tài)、實時的顯示各種信息；(3)完備的環(huán)境模型，對雜波、噪聲、電子干擾等戰(zhàn)場環(huán)境因素，比較精確的根據(jù)不同的環(huán)境對每種因素建立了模型；(4) 模塊化封裝，將雜波、電子干擾、坐標變換等處理程序封裝成了類庫，通過接口調(diào)用，可以方便地應(yīng)用到其它系統(tǒng)的仿真；(5)開放的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)，具有HLA仿真接口，可接受外部劇情和向外部發(fā)送雷達情報。 模擬器的應(yīng)用前景有： 1、充當驗證和調(diào)試雷達系統(tǒng)設(shè)計和數(shù)據(jù)處理算法的試驗平臺，直接減少現(xiàn)場調(diào)試的科研費用，縮短研制周期； 2、通過通信接口，在外部驅(qū)動仿真模式下可充當C4ISR仿真大系統(tǒng)的重要組成部分； 3、遵循了相控陣體制雷達的一般原理，可作為內(nèi)核進行二次開發(fā)，研制出符合特定型號雷達特性和 要求的模擬器； 4、教學應(yīng)用軟件，模擬器形象展現(xiàn)了雷達的工作過程，幫助初學者直觀的理解相控陣雷達工作的基本原理。
同類課題研究水平概述
- 根據(jù)不同的需求，雷達模擬主要有兩種基本方法：相干視頻信號模擬和功能模擬。 功能模擬就是根據(jù)雷達工作方式，工作機理以及工作參數(shù)和位置等配置信息，結(jié)合目標的運動模型和雜波，氣象和干擾等戰(zhàn)場環(huán)境模型生成近似實際雷達的量測數(shù)據(jù)。 功能模擬不需要利用信號的各種相位信息，只要建立的目標模型，雜波模型，干擾模型和氣象模型足夠精確，也能夠很好的模擬出雷達的實際量測數(shù)據(jù)，并且它造價便宜，使用方便，實用性很強。 自從1994年雷達Benchmark問題[1]被提出以來，W. D. BLAIR 等人不斷的豐富總結(jié)，完善, 拓展了該問題。文獻[1]詳細的給出了雷達的測距，測角等函數(shù)。這些函數(shù)成為了雷達功能模擬的基礎(chǔ)。 雷達的功能模擬器通常采用軟件的形式實現(xiàn)，是功能模擬器的集成形式。 近年來，國內(nèi)在功能級相控陣雷達模擬器研制方面也有不少的研究。文獻[2]中，對作為空戰(zhàn)評估系統(tǒng)的一部分的雷達進行了粗略的功能級模擬。文獻[3]僅在功能上對干擾進行了模擬。文獻[4]在功能上純軟件地實現(xiàn)了目標運動的模擬。文獻[5]用matlab構(gòu)建了一套比較完整的功能級雷達模擬器。從這些文獻可以看出，目前以軟件方式對相控陣雷達進行模擬的研究工作主要存在以下缺陷： 1、模擬不直觀，大部分雷達模擬工作只停留在數(shù)據(jù)層次，或者是在雷達極坐標系下的簡單圖形方式； 2、模擬不完善，很多工作只是實現(xiàn)了雷達系統(tǒng)中的某個對象的仿真，如文獻[4]涉及的仿真對象只有雜波和雷達，文獻[5]中只有干擾模擬。 [1] W. D. BLAIR.G. A. WATSON Y. BAR-SHALOM. .Benchmark for Radar Allocation and Tracking in ECM. Fellow, IEEE .University of Connecticut [2] 楊樂平.多機空戰(zhàn)對抗評估系統(tǒng)分析與設(shè)計. 國防科技大學學報. 2003.7, 25(1)：40-44. [3] 潘志明,郭曉宇.機載 PD 雷達多目標/干擾模擬仿真系統(tǒng)研究. 現(xiàn)代雷達.2003.2:9-11 [4] 葉 涓.可視化目標模擬器軟件在機載雷達中的應(yīng)用.現(xiàn)代雷達.2002:17-20 [5] 賴真琴.機載雷達多目標軟件仿真. 研究與開發(fā).2004.6:113-118
