СПОСОБ ИМИТАЦИИ РАДИОСИГНАЛА Российский патент 2023 года по МПК G01S7/40 

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при полунатурном моделировании распространения радиоволн в каналах воздух-поверхность, поверхность-воздух, поверхность-поверхность и воздух-воздух с учетом зеркально-диффузного характера рассеяния и многократных переотражений от поверхности, естественных и искусственных объектов путем обеспечения имитации в реальном времени радиосигнала, отраженного от пространственно-распределенной радиофизической сцены, в качестве которой выступают фрагменты земной поверхности с различной степенью шероховатости (рельеф, водные поверхности, растительные покровы, искусственные объекты и т.д.) и поверхности искусственных объектов с различными электромагнитными свойствами (металл, стекло, пластик, радиопоглощающие материалы, метаматериалы и т.д.).

Известен способ имитации радиосигнала (патент RU 2621329 С1 МПК G01S 7/40 / опубл. 02.06.17. Бюл. №16), заключающийся в том, что задают координаты местоположения и параметры движения носителя радиотехнической системы (РТС), определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком рассеивающей поверхности, которую аппроксимируют элементарными площадками - фацетами, характерные размеры, параметры неровностей и электрические свойства которых определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала и свойств фацетной модели полигона, состоящей из слоев рельефа, естественных покровов и искусственных объектов, после чего выбирают фацеты, одновременно видимые с позиции антенны РТС, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены и с последующим вычислением угла падения радиолуча и удельной эффективной поверхности рассеяния (ЭПР) для каждого фацета, из фацетной модели полигона, механизм формирования отраженного радиосигнала представляют как суперпозицию сигналов, рассеянных совокупностью выбранных фацетов - источников парциальных эхо-сигналов вторичных излучений, принимаемых радиотехнической системой в фиксированные моменты времени, в каждый из которых на антенне РТС одновременно присутствуют отраженные парциальные сигналы от группы фацетов с разницей задержек распространения, не превышающей половину величины разрешающей способности РТС, в соответствии с чем выбранные и упорядоченные по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов фацеты сортируют по группам одновременно облучаемых фацетов для каждой из сформированных групп фацетов с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, проводят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого радиотехнической системой радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, причем диаграмму направленности (ДН) антенны РТС представляют в виде набора лучей внутри пространства, объем которого определяют формой основного и боковых лепестков ДН антенны, ДН антенны разбивают на лучи с равномерным шагом по угловым отклонениям от центрального луча, совпадающего с направлением оси ДН антенны, значение амплитуды каждого луча определяют по коэффициенту усиления ДН антенны в данном направлении, количество лучей определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала, каждому лучу из набора лучей ДН антенны ставят в соответствие элементарную площадку на фацетах фацетной модели полигона, с последующим вычислением угла падения луча и удельной ЭПР для каждой элементарной площадки, а для нахождения векторной суммы комплексных коэффициентов рассеивания проводят расчет комплексных коэффициентов рассеивания, в соответствии с чем выбранные и упорядоченные по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов элементарные площадки сортируют по группам одновременно облучаемых элементарных площадок для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков ДН антенны.

Недостатком известного способа являются низкая точность имитации радиосигнала, обусловленная влиянием зеркально-диффузного характера рассеяния отраженной электромагнитной волны (ЭМВ).

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому способу (прототипом) является способ имитации радиосигнала (патент RU 2747883 С1 МПК G01S 7/40 / опубл. 17.05.21, Бюл. №14), заключающийся в том, что задают координаты местоположения и параметры движения носителя РТС и участников сцены - динамических искусственных объектов, в случае полунатурного моделирования распространения радиоволн в каналах поверхность-поверхность и воздух-поверхность определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком рассеивающей поверхности, которую аппроксимируют элементарными площадками-фацетами, характерные размеры, параметры неровностей и электрические свойства которых определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала и свойств фацетной модели полигона, состоящей из слоев рельефа, естественных покровов и искусственных объектов, после чего выбирают фацеты, одновременно видимые с позиции антенны РТС, ДН антенны РТС представляют в виде набора лучей внутри пространства, объем которого определяют формой основного и боковых лепестков ДН антенны, ДН антенны разбивают на лучи с равномерным шагом по угловым отклонениям от центрального луча, совпадающего с направлением оси ДН антенны, значение амплитуды каждого луча определяют по коэффициенту усиления ДН антенны в данном направлении, количество лучей определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала, каждому лучу из набора лучей ДН антенны ставят в соответствие элементарную площадку на фацетах фацетной модели полигона, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, с последующим вычислением угла падения луча и удельной ЭПР для каждой элементарной площадки, а для нахождения векторной суммы комплексных коэффициентов рассеивания проводят расчет комплексных коэффициентов рассеивания, в соответствии с чем выбранные и упорядоченные по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов элементарные площадки сортируют по группам одновременно облучаемых элементарных площадок для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков ДН антенны, проводят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого радиотехнической системой радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, причем в случае полунатурного моделирования распространения радиоволн в каналах поверхность-воздух и воздух-воздух определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком радиофизической сцены - воздушным пространством, состоящим из единственного слоя искусственных объектов, которые аппроксимируют элементарными площадками-фацетами, характерные размеры, параметры неровностей и электромагнитные свойства которых определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала и свойств фацетных моделей, далее в каналах любого из перечисленных типов после постановки в соответствие каждому лучу из набора лучей ДН антенны элементарной площадки на фацетах фацетной модели участка радиофизической сцены вычисляют задержку распространения парциального сигнала от антенны РТС до элементарной площадки, дополнительно вычисляют угол отражения каждого луча от элементарной площадки, формируют отраженный от элементарной площадки луч и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены, в случае отсутствия точек пересечения всех отраженных лучей с какими-либо фацетами участка радиофизической сцены имитируемый отраженный радиосигнал формируют как суперпозицию отраженных сигналов от отдельных элементарных площадок, каждый из которых равен радиосигналу, задержанному на время t_dn распространения от антенны РТС до n-й группы элементарных площадок Δt_n0 и от n-й группы элементарных площадок до антенны РТС Δt_nPTC и умноженному на комплексный множитель представляющий собой конечную импульсную характеристику длиной N отсчетов дискретного фильтра, в случае наличия точки пересечения хотя бы одного отраженного луча с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, выполняют следующую процедуру многократного переотражения радиосигнала: для отраженных лучей, не имеющих точку пересечения с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, принимают местоположение антенны РТС за точку приема отраженного радиосигнала, вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до антенны РТС, соответствующие отраженным лучам элементарные площадки упорядочивают по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов и формируют группы одновременно облучаемых элементарных площадок, для каждого из отраженных лучей, имеющих точку пересечения с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, принимают точку пересечения отраженного луча с фацетом за точку приема отраженного радиосигнала, вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до точки пересечения, формируют отраженный от элементарной площадки радиосигнал, при расчете времени задержки радиосигнала принимают точку пересечения отраженного луча с фацетом за точку приема, принимают сформированный отраженный сигнал за излучаемый, принимают отраженный луч в качестве падающего и ставят ему в соответствие элементарную площадку на фацете фацетной модели участка радиофизической сцены, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, вычисляют угол падения луча, удельную ЭПР для каждой элементарной площадки, угол отражения каждого луча от элементарной площадки, формируют отраженный от элементарной площадки луч и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены, процедуру повторяют до тех пор, пока пересечение каждого отраженного луча с фацетами участка радиофизической сцены станет невозможным или пока не достигнет заданного числа повторений, по окончании повторения процедур для каждого из отраженных лучей, соответствующие им элементарные площадки упорядочивают по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов и формируют группы одновременно облучаемых элементарных площадок, по окончании выполнения всех процедур для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков ДН антенны, проводят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого на некоторой итерации радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, который представляют как суперпозицию отраженных и переотраженных от отдельных элементарных площадок сигналов, каждый из которых равен радиосигналу, задержанному на определенное время распространения и умноженному на комплексный множитель , представляющий собой конечную импульсную характеристику длиной N отсчетов дискретного фильтра.

Основным недостатком прототипа являются низкая точность имитации радиосигнала вследствие влияния зеркально-диффузного характера рассеяния отраженной ЭМВ (см., например, Маковецкий П.В., Васильев В.Г. Виды отражения // Отражение радиолокационных сигналов. Лекции. 1975. С. 3-9).

Техническим результатом предлагаемого изобретения является повышение точности имитации отраженного радиосигнала за счет учета зеркально-диффузного характера рассеяния отраженной ЭМВ.

Указанный технический результат достигается тем, что в известном способе имитации радиосигнала, заключающемся в том, что задают координаты местоположения и параметры движения носителя РТС и участников сцены - динамических искусственных объектов, в случае полунатурного моделирования распространения радиоволн в каналах поверхность-поверхность и воздух-поверхность определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком рассеивающей поверхности, в каналах поверхность-воздух и воздух-воздух определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком радиофизической сцены - воздушным пространством, состоящим из единственного слоя искусственных объектов, которые аппроксимируют элементарными площадками-фацетами, характерные размеры, параметры неровностей и электрические свойства которых определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала и свойств фацетной модели полигона, состоящей из слоев рельефа, естественных покровов и искусственных объектов, после чего выбирают фацеты, одновременно видимые с позиции антенны РТС, ДН антенны РТС представляют в виде набора лучей внутри пространства, объем которого определяют формой основного и боковых лепестков ДН антенны, ДН антенны разбивают на лучи с равномерным шагом по угловым отклонениям от центрального луча, совпадающего с направлением оси ДН антенны, значение амплитуды каждого луча определяют по коэффициенту усиления ДН антенны в данном направлении, количество лучей определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала, каждому лучу из набора лучей ДН антенны ставят в соответствие элементарную площадку на фацетах фацетной модели полигона, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, с последующим вычислением угла падения луча и удельной ЭПР для каждой элементарной площадки, дополнительно вычисляют угол отражения каждого луча от элементарной площадки, формируют отраженный от элементарной площадки луч и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены, для отраженных лучей, не имеющих точку пересечения с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, принимают местоположение антенны РТС за точку приема отраженного радиосигнала, вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до антенны РТС, для нахождения векторной суммы комплексных коэффициентов рассеивания производят расчет комплексных коэффициентов рассеивания, в соответствии с чем выбранные и упорядоченные по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов элементарные площадки сортируют по группам одновременно облучаемых элементарных площадок для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков ДН антенны, производят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого радиотехнической системой радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, в случае наличия точки пересечения хотя бы одного отраженного луча с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, выполняют процедуру многократного переотражения радиосигнала: принимают точку пересечения отраженного луча с фацетом за точку приема отраженного радиосигнала, вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до точки пересечения, принимают сформированный отраженный сигнал за излучаемый и ставят ему в соответствие элементарную площадку на фацете фацетной модели участка радиофизической сцены, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, вычисляют угол падения луча, удельную ЭПР для каждой элементарной площадки, угол отражения каждого луча от элементарной площадки, формируют отраженный от элементарной площадки луч и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены, процедуру повторяют до тех пор, пока пересечение каждого отраженного луча с фацетами участка радиофизической сцены станет невозможным или пока не достигнет некоторого заданного числа повторений, по окончании повторения процедур для каждого из отраженных лучей, соответствующие им элементарные площадки упорядочивают по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов и формируют группы одновременно облучаемых элементарных площадок, по окончании выполнения всех процедур для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков ДН антенны, производят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого на некоторой итерации радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, который представляют как суперпозицию отраженных и переотраженных от отдельных элементарных площадок сигналов, каждый из которых равен радиосигналу, задержанному на определенное время распространения и умноженному на некоторую комплексную величину, согласно предлагаемому изобретению дополнительно исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала задают количество лучей индикатрисы рассеяния (ИР) И_л отраженной ЭМВ, в каналах распространения ЭМВ любого из перечисленных типов после постановки лучу в соответствие элементарной площадки на фацетах фацетной модели полигона и при выполнении процедуры многократного переотражения радиосигнала после вычисления угла падения луча рассчитывают ИР ЭМВ, отраженной от элементарной площадки, выполняют поиск И_л локальных максимумов ИР, определяют угол отражения каждого из N_л лучей, формируют отраженные лучи ИР.

За счет этого происходит повышение точности имитации отраженного радиосигнала.

Сущность изобретения заключается в том, что дополнительно исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала задают количество лучей ИР N_л отраженной ЭМВ, в каналах распространения ЭМВ любого из перечисленных типов после постановки лучу в соответствие элементарной площадки на фацетах фацетной модели полигона и при выполнении процедуры многократного переотражения радиосигнала после вычисления угла падения луча рассчитывают ИР ЭМВ, отраженной от элементарной площадки, выполняют поиск N_л локальных максимумов ИР, определяют угол отражения каждого из N_л лучей, формируют отраженные лучи ИР, обработку которых осуществляют аналогично прототипу.

Этим достигается указанный в изобретении результат.

Работа заявляемого способа имитации радиосигнала осуществляется следующим образом. Исходными данными являются сведения о требуемых параметрах разрешающей способности РТС, местоположении и параметрах движения носителя РТС и участников сцены - динамических искусственных объектов, положении и параметрах антенны РТС, а также фацетная модель участка радиофизической сцены, привязанная к географическим координатам и фацетные модели искусственных объектов с указанием степени шероховатости и электромагнитных свойств каждого фацета, в зависимости от требуемой точности синтеза радиосигнала задают количество лучей рассчитываемой ИР N_л.

Подготовку участка радиофизической сцены с земной поверхностью проводят при помощи программного обеспечения с использованием матриц высот над уровнем моря и векторных слоев покровов. В случае полунатурного моделирования распространения радиоволн в каналах поверхность-воздух и воздух-воздух определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком радиофизической сцены - воздушным пространством, состоящим из единственного слоя искусственных объектов.

Результирующее поле рассеяния определяют как суперпозицию полей, созданных отдельными слоями. Использование такой модели позволяет уменьшить временные затраты за счет того, что при внесении изменений в моделируемые условия повторную обработку потребуется выполнить лишь для одного или нескольких слоев.

В основу описания фацетов входят следующие ограничения:

- размеры фацета выбирают таким образом, чтобы размеры элемента разрешения по дальности и по азимуту не менее чем в два раза превышали характерные размеры фацета;

- размеры фацета много больше длины облучающей волны;

- высота мелких неровностей фацета меньше длины облучающей волны;

- расстояние пространственной корреляции неровностей фацета, характеризующее изменения высоты мелких и крупных неровностей по поверхности фацета, существенно меньше размеров фацета;

- закон распределения мелких и крупных неровностей по всей поверхности фацета принимается нормальным;

- средняя высота мелких неровностей совпадает с поверхностью крупных, сглаженных неровностей, а средней поверхностью крупных неровностей является плоская поверхность фацета;

- дисперсии крупных и мелких неровностей равны, соответственно, и причем много больше .

Корреляционные функции мелких и крупных неровностей изотропны, причем интервал корреляции крупной шероховатости l_h1 значительно больше интервала корреляции мелкой шероховатости l_h2:

Диаграмму направленности антенны РТС представляют в виде набора лучей внутри пространства, объем которого определяют формой основного и боковых лепестков ДН. Центральным принимают луч, совпадающий с направлением оси ДН.

ДН разбивают на лучи с равномерным шагом по угловым отклонениям от центрального луча, количество лучей определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала.

Значение коэффициента усиления ДН для каждого луча из набора ДН вычисляют следующим образом. По известным координатам центрального луча ДН и текущего луча из набора ДН рассчитывают угол между этими лучами. Затем в соответствии с заданной формой ДН определяют значение коэффициента усиления ДН, соответствующее текущему углу.

Каждому лучу из набора ДН ставят в соответствие элементарную площадку на фацетах фацетной модели сцены. Каждый такой луч определяют точкой излучения и точкой пересечения луча с центром конкретной элементарной площадки.

Принимают, что каждой элементарной площадке соответствует падающий луч с некоторым значением коэффициента усиления ДН.

Вычисляют угол падения луча и удельную ЭПР для каждой элементарной площадки, рассчитывают ИР отраженной от элементарной площадки ЭМВ (см., например, Сучков В.Б. Объектно-ориентированный метод определения комплексных коэффициентов отражения элементов полигональной модели объекта локации // Системы и средства связи, телевидения и радиовещания. 2013. Выпуск 1,2, С.159-165), ИР представляют в виде набора лучей внутри пространства, объем которого определяют формой основного и боковых лепестков ИР. Количество лучей ИР N_л определяют исходя из требуемой точности радиосигнала (фиг. 1).

Выполняют поиск N_л локальных максимумов ИР, значения коэффициентов усиления которых соответствуют амплитудам отраженных лучей . Угол отражения каждого луча определяют по аргументу соответствующего локального максимума ИР (см., например, Выгодский М.Я. Правила нахождения экстремума // Справочник по высшей математике. 2005. С. 758-759) (фиг. 2). Формируют отраженные от элементарных площадок лучи и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены на основе решения задачи нахождения точки пересечения луча и элементарной площадки (см., например, Moller Т., Trumbore В. Fast, minimum storage ray-triangle intersection // Journal of Graphics Tools. 1997. Vol. 2(1). P. 21-28).

В случае наличия пересечения хотя бы одного отраженного луча с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены выполняют процедуру многократного переотражения радиосигнала:

- принимают отраженный от текущей элементарной площадки луч в качестве падающего для следующей элементарной площадки, центром которой является точка пересечения отраженного на i-й итерации луча и фацета:

где i - номер итерации процедуры переотражения;

- вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до точки пересечения Δt_i,n, где n - номер луча из набора лучей ДН антенны или ИР отраженной ЭМВ, при расчете времени задержки радиосигнала принимают точку пересечения отраженного луча с фацетом за точку приема;

- ставят падающему лучу в соответствие элементарную площадку на фацете фацетной модели участка радиофизической сцены;

- с учетом метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, вычисляют угол падения луча, удельную ЭПР для элементарной площадки;

- рассчитывают ИР ЭМВ, отраженной от элементарной площадки;

- выполняют поиск N_л локальных максимумов ИР, определяют углы отражения каждого из И_л лучей;

- формируют отраженные лучи ИР, проверяют пересечение каждого отраженного луча индикатрисы со всеми фацетами участка радиофизической сцены.

Процедуру повторяют до тех пор, пока пересечение каждого отраженного луча с фацетами участка радиофизической сцены станет невозможным или пока не достигнет некоторого заданного числа повторений.

В случае отсутствия точки пересечения отраженного луча с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены или при невозможности пересечения отраженного луча с фацетами участка радиофизической сцены, по окончании повторения процедуры многократного переотражения радиосигнала для каждого из отраженных лучей или по достижении некоторого заданного числа итераций процедуры многократного переотражения радиосигнала результирующий имитируемый отраженный сигнал формируется как суперпозиция отраженных сигналов от отдельных элементарных площадок, каждый из которых равен радиосигналу, задержанному на время t_dk распространения от антенны РТС до k-й группы элементарных площадок или от точки облучения k-й элементарной площадки или группы элементарных площадок до точки отражения на k-й элементарной площадке или группе элементарных площадок при условии окончания процедуры многократного переотражения на i-й итерации Δt_k,i и от k-й группы элементарных площадок до антенны РТС Δt_k,PTC и умноженному на некоторую комплексную величину, при этом под i=0 понимают, что многократное переотражение отсутствует и рассматривают только процесс отражения луча от нулевой элементарной площадки, сигнал излучается РТС, в соответствии с чем:

- для каждого из отраженных лучей вычисляются задержки распространения их парциальных сигналов, за точку приема принимается местоположение антенны РТС;

- для каждого из отраженных лучей соответствующие им элементарные площадки упорядочивают по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов и формируют группы одновременно облучаемых элементарных площадок, при этом считают, что в фиксированные моменты времени в точке расположения антенны одновременно присутствуют парциальные сигналы группы элементарных площадок, разница задержек распространения которых не превышает половину величины разрешающей способности приемного устройства при условии, что элементарные площадки находятся в зоне видимости антенны РТС (отсутствует затенение одними элементарными площадками других, см., например, Кузнецов В.А., Амбросов Д.В. Алгоритмы проверки видимости модели воздушной цели в задачах оценки ее эффективной площади рассеяния // Успехи современной радиоэлектроники. 2019. №7. С. 56-68). Поэтому принимается, что задержки распространения парциальных сигналов таких фацетов можно считать одинаковыми;

- для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков ДН антенны, проводят расчет комплексных коэффициентов рассеяния и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье;

- в результате преобразования строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого на некоторой i-й итерации радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал:

где Δt_k,PTC - время распространения радиосигнала от k-й группы элементарных площадок до антенны РТС; Δt_k,i - время распространения радиосигнала от антенны РТС до k-й группы элементарных площадок или от точки облучения k-й элементарной площадки или группы элементарных площадок до точки отражения на k-й элементарной площадке или группе элементарных площадок при условии окончания процедуры многократного переотражения на i-й итерации.

Таким образом, учет зеркально-диффузного характера рассеяния отраженной ЭМВ осуществляется дополнительным расчетом индикатрисы рассеяния, что обеспечит повышение точности имитации отраженного радиосигнала.

Предлагаемый способ практически применим, так как для его реализации могут быть использованы типовые элементы, широко распространенные в области электронной и электротехники.

Изобретение относится к области радиолокационной техники и может быть использовано при полунатурном моделировании распространения радиоволн в каналах воздух-поверхность, поверхность-воздух, поверхность-поверхность и воздух-воздух с учетом зеркально-диффузного характера рассеяния и многократных переотражений от поверхности, естественных и искусственных объектов путем обеспечения имитации в реальном времени радиосигнала, отраженного от пространственно-распределенной радиофизической сцены, в качестве которой выступают фрагменты земной поверхности с различной степенью шероховатости и поверхности искусственных объектов с различными электромагнитными свойствами. Техническим результатом является повышение точности имитации отраженного радиосигнала. В заявленном способе проводят учет зеркально-диффузного характера рассеяния отраженной электромагнитной волны, при этом дополнительно, исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала, задают количество лучей индикатрисы рассеяния N_л отраженной электромагнитной волны, в каналах распространения электромагнитной волны после постановки лучу в соответствие элементарной площадки на фацетах фацетной модели полигона и при выполнении процедуры многократного переотражения радиосигнала после вычисления угла падения луча рассчитывают индикатрису рассеяния электромагнитной волны, отраженной от элементарной площадки, выполняют поиск N_л локальных максимумов индикатрисы рассеяния, определяют угол отражения каждого из N_л лучей, формируют отраженные лучи индикатрисы рассеяния. 2 ил.

Способ имитации радиосигнала, заключающийся в том, что задают координаты местоположения и параметры движения носителя радиотехнической системы и участников сцены - динамических искусственных объектов, в случае полунатурного моделирования распространения радиоволн в каналах поверхность-поверхность и воздух-поверхность определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком рассеивающей поверхности, в каналах поверхность-воздух и воздух-воздух определяют границы области взаимодействия радиоизлучения с участком радиофизической сцены - воздушным пространством, состоящим из единственного слоя искусственных объектов, которые аппроксимируют элементарными площадками-фацетами, характерные размеры, параметры неровностей и электрические свойства которых определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала и свойств фацетной модели полигона, состоящей из слоев рельефа, естественных покровов и искусственных объектов, после чего выбирают фацеты, одновременно видимые с позиции антенны радиотехнической системы, диаграмму направленности антенны радиотехнической системы представляют в виде набора лучей внутри пространства, объем которого определяют формой основного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны, диаграмму направленности антенны разбивают на лучи с равномерным шагом по угловым отклонениям от центрального луча, совпадающего с направлением оси диаграммы направленности антенны, значение амплитуды каждого луча определяют по коэффициенту усиления диаграммы направленности антенны в данном направлении, количество лучей определяют исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала, каждому лучу из набора лучей диаграммы направленности антенны ставят в соответствие элементарную площадку на фацетах фацетной модели полигона, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, с последующим вычислением угла падения луча и удельной эффективной поверхности рассеяния для каждой элементарной площадки, дополнительно вычисляют угол отражения каждого луча от элементарной площадки, формируют отраженный от элементарной площадки луч и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены, для отраженных лучей, не имеющих точку пересечения с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, принимают местоположение антенны радиотехнической системы за точку приема отраженного радиосигнала, вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до антенны радиотехнической системы, для нахождения векторной суммы комплексных коэффициентов рассеивания производят расчет комплексных коэффициентов рассеивания, в соответствии с чем выбранные и упорядоченные по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов элементарные площадки сортируют по группам одновременно облучаемых элементарных площадок, для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны производят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого радиотехнической системой радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, в случае наличия точки пересечения хотя бы одного отраженного луча с каким-либо фацетом участка радиофизической сцены, выполняют процедуру многократного переотражения радиосигнала: принимают точку пересечения отраженного луча с фацетом за точку приема отраженного радиосигнала, вычисляют задержку распространения парциального сигнала от элементарной площадки до точки пересечения, принимают сформированный отраженный сигнал за излучаемый и ставят ему в соответствие элементарную площадку на фацете фацетной модели участка радиофизической сцены, с учетом параметров соответствующей модели рассеивания, метеоусловий, рефракции, зон затенения, движения участников сцены, вычисляют угол падения луча, удельную эффективную поверхность рассеяния для каждой элементарной площадки, угол отражения каждого луча от элементарной площадки, формируют отраженный от элементарной площадки луч и проверяют пересечение каждого отраженного луча со всеми фацетами участка радиофизической сцены, процедуру повторяют до тех пор, пока пересечение каждого отраженного луча с фацетами участка радиофизической сцены станет невозможным или пока не достигнет некоторого заданного числа повторений, по окончании повторения процедур для каждого из отраженных лучей соответствующие им элементарные площадки упорядочивают по возрастанию квантованных задержек распространения их парциальных сигналов и формируют группы одновременно облучаемых элементарных площадок, по окончании выполнения всех процедур для каждой из сформированных групп элементарных площадок с учетом задержек парциальных сигналов, доплеровских смещений частоты, затуханий, формы основного и боковых лепестков диаграммы направленности антенны производят расчет комплексных коэффициентов рассеивания и находят их векторную сумму, от которой вычисляют обратное преобразование Фурье, в результате чего строят последовательность комплексных отсчетов импульсных характеристик групп фацетов, определяющих комплексные отсчеты импульсной характеристики радиофизической сцены, путем их свертки с последовательностью отсчетов излучаемого на некоторой итерации радиосигнала формируют имитируемый отраженный радиосигнал, который представляют как суперпозицию отраженных и переотраженных от отдельных элементарных площадок сигналов, каждый из которых равен радиосигналу, задержанному на определенное время распространения и умноженному на некоторую комплексную величину, отличающийся тем, что дополнительно, исходя из требуемой точности синтеза радиосигнала, задают количество лучей индикатрисы рассеяния N_л отраженной электромагнитной волны, в каналах распространения электромагнитной волны любого из перечисленных типов после постановки лучу в соответствие элементарной площадки на фацетах фацетной модели полигона и при выполнении процедуры многократного переотражения радиосигнала после вычисления угла падения луча рассчитывают индикатрису рассеяния электромагнитной волны, отраженной от элементарной площадки, выполняют поиск N_л локальных максимумов индикатрисы рассеяния, определяют угол отражения каждого из N_л лучей, формируют отраженные лучи индикатрисы рассеяния.