基本信息
- 项目名称：
- 相控阵雷达模拟器研制
- 来源：
- 第十一届“挑战杯”国赛作品
- 小类：
- 信息技术
- 大类：
- 科技发明制作A类
- 简介：
- 雷达模拟器主要作用是充当雷达系统设计和雷达数据处理算法调试和验证的试验平台，缩短了研制周期，节约了费用。针对用户对模拟器系统工作环境提出的可视化的要求，我们将MapObjects组件技术应用到雷达模拟器中，在VC环境下结合Windows编程技术开发一套功能完善的雷达模拟器软件. 雷达模拟器系统的仿真对象包括雷达、目标和战场环境。为实现雷达模系统全方位的仿真，并达到可视化效果我们攻克了以下关键技术：1，由于信息设置和量测信息产生是在不同的坐标系完成的，仿真时涉及到频繁的坐标变换。模拟器涉及到的坐标系有雷达极坐标，雷达直角坐标，地心空间直角坐标和大地地理坐标，因此必须解决它们之间的转换；2，为了产生近似雷达真实的探测信息，必须对目标运动，杂波，干扰，箔条，天气影响进行很好的数学建模和仿真；3，仿真中，时间管理也是非常重要的技术。所研制的雷达模拟器具有以下功能: (1)基于真实的地理信息，实现了相控阵雷达系统的全方位仿真；(2) 精确对各仿真对象建模，并依据各类模型产生了所需要的雷达量测信息，最终以图像和数据的形式进行动态、实时显示；(3) 直观、快速地表现雷达数据处理算法的性能以及雷达系统设计的合理性 ，支持评估与测试；(4) 具有操作简便的平台，可灵活的设置仿真对象的参数，并将其对雷达工作的影响动态、实时的表现出来；(5)具有HLA仿真接口，能够接受外部剧情和向外部发送雷达情报，充当战场大系统仿真的主要成分。
- 详细介绍：
- 雷达模拟是指以一定的方式仿真模拟雷达工作过程，战场环境以及目标运动，并经过仿真的综合处理，最终生成近似实际雷达的回波信号或量测数据。雷达系统的设计和雷达数据处理算法的研制，通常都需要一个漫长的调试和验证过程，才能完善其性能满足实际雷达系统的要求。如果通过真实数据即外场试验来进行调试和验证，不仅会耗费很多的成本，还会影响研制进度。即便如此，对于很多研究工作者来说，现场试验的机会也很难得到。目前解决这个问题的主要方法就是对雷达进行模拟。 战场仿真大系统在科研试验，军事训练等方面具有重要的意义，是目前的研究热点，而雷达是现代战场上不可替代的眼睛。在战场仿真大系统中，如C4ISR仿真大系统，模拟的雷达情报是重要的信息源，所以必须对雷达进行模拟。 雷达模拟器是雷达模拟的集成形式，它可完整地模拟雷达的各项性能，既具有操作简单的界面，方便研究人员操作，又能比较逼真的给出雷达的模拟数据和跟踪航迹，具有实时模拟雷达的主要功能和工作过程，以及对目标的探测性能的功能，可为雷达系统设计提供模拟的雷达情报和为雷达数据处理算法研究人员提供仿真数据支持和评估环境，因此其主要作用是充当雷达系统设计和雷达数据处理算法调试和验证的试验平台，缩短了研制周期，节约了费用，同时能够充当战场仿真大系统的重要组成部分。 目前以软件方式对相控阵雷达进行模拟的研究工作主要存在以下缺陷： 1、模拟不直观，大部分雷达模拟工作只停留在数据层次，或者是在雷达极坐标系下的简单图形方式； 2、模拟不完善，很多工作只是实现了雷达系统中的某个对象的仿真. 通过调研和查阅资料深入了解相控阵雷达系统的工作原理及扫描特点后，我们采用面向对象编程思想，模块化设计软件系统，将相控阵雷达模拟器设计成四个模块，即仿真想定，雷达模拟，仿真显示和接口部分。仿真想定模块主要用于设置并产生剧情信息；雷达模拟模块设计主要用于模拟雷达工作过程；仿真显示模块设计用于以图像或数据的形式显示雷达工作状态和参数以及量测数据，跟踪结果等雷达探测信息；软件还可通过接口接收外部输入的剧情信息和向外部传输模拟器产生的雷达探测信息，确保相控阵雷达模拟器可应用于大型战场仿真系统。最后为了使得模拟器系统工作环境达到可视化的效果，将MapObjects组件技术应用到雷达模拟器中，在VC环境下结合Windows编程技术开发模拟器软件。 雷达模拟器系统的仿真对象包括雷达、目标和战场环境。为实现雷达模系统全方位的仿真，并达到可视化效果我们攻克了以下关键技术：1，由于信息设置和量测信息产生是在不同的坐标系完成的，仿真时涉及到频繁的坐标变换。模拟器涉及到的坐标系有雷达极坐标，雷达直角坐标，地心空间直角坐标和大地地理坐标，因此必须解决它们之间的转换；2，为了产生近似雷达真实的探测信息，必须对目标运动，杂波，干扰，箔条，天气影响进行很好的数学建模和仿真；3，仿真中，时间管理也是非常重要的技术。所研制的雷达模拟器具有以下功能: (1)基于真实的地理信息，实现了相控阵雷达系统的全方位仿真；(2) 精确对各仿真对象建模，并依据各类模型产生了所需要的雷达量测信息，最终以图像和数据的形式进行动态、实时显示；(3) 直观、快速地表现雷达数据处理算法的性能以及雷达系统设计的合理性 ，支持评估与测试；(4) 具有操作简便的平台，可灵活的设置仿真对象的参数，并将其对雷达工作的影响动态、实时的表现出来；(5)具有HLA仿真接口，能够接受外部剧情和向外部发送雷达情报，充当战场大系统仿真的主要成分。
作品专业信息
设计、发明的目的和基本思路、创新点、技术关键和主要技术指标
- 雷达模拟器是雷达模拟的集成形式，主要作用是充当雷达系统设计和雷达数据处理算法调试和验证的试验平台，同时能够充当战场仿真大系统的重要组成部分。 通过调研和查阅资料深入了解相控阵雷达系统的工作原理及扫描特点后，我们采用面向对象编程思想，模块化设计软件系统，将相控阵雷达模拟器设计成四个模块，即仿真想定，雷达模拟，仿真显示和接口部分。最后将MapObjects组件技术应用到雷达模拟器中，在VC环境下结合Windows编程技术开发模拟器软件。 为实现雷达模系统全方位的仿真，我们攻克了以下关键技术：1，模拟器涉及到的坐标系有雷达极坐标，雷达直角坐标，地心空间直角坐标和大地地理坐标，因此必须解决它们之间的转换；2，为了产生近似雷达真实的探测信息，必须对战场环境进行很好的数学建模和仿真；3，仿真中，时间管理也是非常重要的技术。所研制的雷达模拟器具有以下功能: (1)基于真实的地理信息，实现了相控阵雷达系统的全方位仿真；(2) 精确对各仿真对象建模，并依据各类模型产生了所需要的雷达量测信息，最终以图像和数据的形式进行动态、实时显示；(3) 直观、快速地表现雷达数据处理算法的性能以及雷达系统设计的合理性 ，支持评估与测试；(4) 具有操作简便的平台，可灵活的设置仿真对象的参数，并将其对雷达工作的影响动态、实时的表现出来；(5)具有HLA仿真接口，能够接受外部剧情和向外部发送雷达情报，充当战场大系统仿真的主要成分。
科学性、先进性
- 目前以软件方式对相控阵雷达进行模拟的研究工作主要存在以下缺陷： 1、模拟不直观，大部分雷达模拟工作只停留在数据层次，或者是在雷达极坐标系下的简单图形方式； 2、模拟不完善，很多工作只是实现了雷达系统中的某个对象的仿真. 完整的相控阵雷达模拟器应能够完成雷达工作过程，目标以及目标航迹，杂波、干扰和噪声等战场环境的模拟。近年来，由于基于相控阵体制的新型雷达不断涌现，实验室急需相应的模拟器平台支持信息处理算法的验证和调试；为战场仿真大系统提供雷达情报。我们团队基于相控阵雷达工作的一般原理，研制了一套功能完善的相控阵雷达模拟器，应用MapObjects矢量图操作组件，结合Windows编程技术编制了专业的模拟器软件。软件实现了战场环境、想定目标和雷达工作的仿真模拟功能，使得系统工作环境达到可视化效果，能够充当调试和验证信息处理算法的工具，并设计了实时仿真通信接口HLA，接受外部剧情和发送雷达情报，可作为战场仿真大系统的重要组成部分。
获奖情况及鉴定结果
- 2009年5月，在校内“三航杯”课外学术科技作品竞赛获一等奖。 2009年6月，在省“挑战杯”课外学术科技作品竞赛获一等奖。
作品所处阶段
- 作品按照特定型号雷达的要求进行完善后已经用于实际的科研工作。
技术转让方式
- 可以作为产品转让
作品可展示的形式
- 软件演示
使用说明,技术特点和优势,适应范围,推广前景的技术性说明,市场分析,经济效益预测
- 模拟器的特点有：(1)逼真的仿真环境，仿真时可以融入真是的地理信息；(2)灵活的操作界面，模拟器可以图像和数据的形式设置对象参数，动态、实时的显示各种信息；(3)完备的环境模型，对杂波、噪声、电子干扰等战场环境因素，比较精确的根据不同的环境对每种因素建立了模型；(4) 模块化封装，将杂波、电子干扰、坐标变换等处理程序封装成了类库，通过接口调用，可以方便地应用到其它系统的仿真；(5)开放的系统结构，具有HLA仿真接口，可接受外部剧情和向外部发送雷达情报。 模拟器的应用前景有： 1、充当验证和调试雷达系统设计和数据处理算法的试验平台，直接减少现场调试的科研费用，缩短研制周期； 2、通过通信接口，在外部驱动仿真模式下可充当C4ISR仿真大系统的重要组成部分； 3、遵循了相控阵体制雷达的一般原理，可作为内核进行二次开发，研制出符合特定型号雷达特性和 要求的模拟器； 4、教学应用软件，模拟器形象展现了雷达的工作过程，帮助初学者直观的理解相控阵雷达工作的基本原理。
同类课题研究水平概述
- 根据不同的需求，雷达模拟主要有两种基本方法：相干视频信号模拟和功能模拟。 功能模拟就是根据雷达工作方式，工作机理以及工作参数和位置等配置信息，结合目标的运动模型和杂波，气象和干扰等战场环境模型生成近似实际雷达的量测数据。 功能模拟不需要利用信号的各种相位信息，只要建立的目标模型，杂波模型，干扰模型和气象模型足够精确，也能够很好的模拟出雷达的实际量测数据，并且它造价便宜，使用方便，实用性很强。 自从1994年雷达Benchmark问题[1]被提出以来，W. D. BLAIR 等人不断的丰富总结，完善, 拓展了该问题。文献[1]详细的给出了雷达的测距，测角等函数。这些函数成为了雷达功能模拟的基础。 雷达的功能模拟器通常采用软件的形式实现，是功能模拟器的集成形式。 近年来，国内在功能级相控阵雷达模拟器研制方面也有不少的研究。文献[2]中，对作为空战评估系统的一部分的雷达进行了粗略的功能级模拟。文献[3]仅在功能上对干扰进行了模拟。文献[4]在功能上纯软件地实现了目标运动的模拟。文献[5]用matlab构建了一套比较完整的功能级雷达模拟器。从这些文献可以看出，目前以软件方式对相控阵雷达进行模拟的研究工作主要存在以下缺陷： 1、模拟不直观，大部分雷达模拟工作只停留在数据层次，或者是在雷达极坐标系下的简单图形方式； 2、模拟不完善，很多工作只是实现了雷达系统中的某个对象的仿真，如文献[4]涉及的仿真对象只有杂波和雷达，文献[5]中只有干扰模拟。 [1] W. D. BLAIR.G. A. WATSON Y. BAR-SHALOM. .Benchmark for Radar Allocation and Tracking in ECM. Fellow, IEEE .University of Connecticut [2] 杨乐平.多机空战对抗评估系统分析与设计. 国防科技大学学报. 2003.7, 25(1)：40-44. [3] 潘志明,郭晓宇.机载 PD 雷达多目标/干扰模拟仿真系统研究. 现代雷达.2003.2:9-11 [4] 叶 涓.可视化目标模拟器软件在机载雷达中的应用.现代雷达.2002:17-20 [5] 赖真琴.机载雷达多目标软件仿真. 研究与开发.2004.6:113-118
