1.一种用于探测无人机目标的雷达信噪比计算方法,其特征在于,包括以下步骤:S1、采用六自由度方程和比例积分微分控制对目标无人机的运动和控制进行仿真建模;
S2、获取目标无人机全空域静态条件下的RCS数据;
步骤S2中,获取目标无人机全空域静态条件下的RCS数据的方法为:B1、对目标无人机进行三维建模,将目标无人机的三维模型导入电磁仿真软件中,通过将目标无人机的几何模型划分为多个三角形单元,将目标无人机的三维模型转化为有限元网格,所有的三角形单元构成了整个三维模型的离散化表示;
B2、定义雷达波工作频率为 ,材料厚度为 ,激励设置为平面波,采用水平线极化,雷达扫描的方位角范围假设为 ,扫描的俯仰角范围假设为 ,扫描间隔假设为 ;
B3、采用改进高精度电磁场数值计算矩量法计算目标无人机全空域静态条件下的RCS数据;
电磁场积分方程的算子形式表示为 ,式中 是线性算子,是待求解的函数,是算子方程的激励;
然后,通过一组已知的线性无关的基函数对待求解的函数 展开, ,其中为 已 知 的 线 性无 关 的 基 函 数 , 为 待求 解 系 数 ;得 到,通过内积生成 个方程求解方程组,得到
, ,式中,为权函数;
由此将电磁场积分方程离散成矩阵方程 ,其中 表示阻抗矩阵, 为待求解向量, 为激励向量;
在得到矩阵方程后,为了得到给定频带内任一频率点的电流分布,假设电磁场的频率范围为 ,波束范围为 ,令 , , ,, ,若 是 的 个零点,则
, , ,则目标表面电流为
,其中 ,式
中 ,其系数分别为 和
, ,由此计算得到整个频带内的表
面电流解,利用目标无人机的表面电流分布,通过数值积分或电磁仿真软件计算目标无人机的散射场,此时目标无人机的RCS为 ,其中 为散射电场,为入射电场;
S3、获取目标无人机动姿态变化,求得雷达视线在目标无人机的机体坐标系中随时间变化的方位角和俯仰角,根据所述方位角和俯仰角,得到目标无人机在不同姿态变化下的动态RCS数据;
在步骤S3中,设雷达坐标系中任意一点的坐标为 ,所述点在机体坐标系中的坐标为 ,目标无人机当前位置在雷达坐标系中的坐标为 ,则从雷达坐标系到目标无人机的机体坐标系的变化过程为 ,其中 ,
, ,其中
为目标无人机当前位置的滚转角, 为目标无人机当前位置的俯仰角,为目标无人机当前位置的偏航角;
然后将变换的直角坐标系转化为极坐标的形式,即 ,其中,从而得到雷达视线在目标无人机的机体坐
标系中随时间变化的方位角和俯仰角;
S4、根据目标无人机的回波信号的信噪比公式得到目标无人机在不同距离处的信噪比数值;
S5、针对不同背景环境选择不同的恒虚警检测器,由于在不同距离段的杂波平均功率是不同的,因此为了保证虚警概率恒定,需要估算杂波平均功率,然后根据杂波平均功率设置检测门限;
均匀环境前后参考单元且前后参考单元均值相同时,选择均值类恒虚警检测器;当参考距离单元内存在一个强干扰目标时,采用最小选择恒虚警检测器将左右参考距离单元的杂波平均功率单独计算,并取其中较小的估算值作为待检测距离单元杂波平均功率计算检测门限;当杂波不均匀时,采用最大选择恒虚警检测器,将左右参考单元的杂波平均功率单独计算,并取其中较大的估算值作为待检测距离单元杂波平均功率计算检测门限;当参考单元内存在多个强干扰目标时,采用统计有序恒虚警检测器,将各参考距离单元回波功率进行排序,选取中间某个值作为待检测距离单元杂波平均功率计算门限;
通过采用不同的恒虚警概率检测方法,得到在不同信噪比情况下目标无人机的探测情况。
2.根据权利要求1所述的用于探测无人机目标的雷达信噪比计算方法,其特征在于,在步骤S1中,目标无人机仿真建模的方法为:A1、目标无人机在空中飞行时,作用在目标无人机上的力包括发动机的推力 、空气动力 以及重力 ,发动机的推力 随着飞行高度、速度和油门开度变化,变化关系由发动机特性曲线得出,目标无人机的重力 : ,其中 为目标无人机的质量,为重力加速度;
在目标无人机飞行过程中,将空气动力 在气流坐标系中分成三个分量:飞行空气阻力: ,飞行升力 : 以及飞行测力 : ,其中 为阻力系数, 为升力系数, 为测力系数,为目标无人机所在飞行高度上的大气密度,为目标无人机的对空速度,为目标无人机的参考面积;
A2、以目标无人机的重心为原点、目标无人机的纵轴为 轴、目标无人机的右侧为 轴、轴由右手原则确立,建立目标无人机的机体坐标系,在目标无人机的机体坐标系下建立目标无人机质心的动力学方程:,式中, 为目
标无人机对地速度在机体坐标系中对于坐标轴的分量, 分别为目标无人机的滚转角速度、偏航角速度和俯仰角速度,为目标无人机的迎角,为目标无人机的侧滑角,为目标无人机的俯仰角, 为目标无人机的偏航角,为目标无人机的滚转角;
A3、在机体坐 标系下 建立目标 无人机 绕质心转 动的动力 学方程 :,式中 为目
标无人机的转动角速度在机体坐标系三个坐标轴的分量, 分别为滚转力矩、偏航力矩和俯仰力矩, 分别为作用于目标无人机的合力在质心处对于机体坐标系中三个坐标轴的转动惯量, 表示转动惯量在 方向的合力,即目标无人机绕 轴和 轴旋转时的相互耦合效应;
A4、建立目标无人机的质心运动学方程:
,式中, 为目标
无人机在地面坐标系中的位置, 为目标无人机在地面坐标系中速度对于坐标轴的分量, 为目标无人机的航迹偏航角;
A5、建立目标无人机绕质心转动的运动学方程: ,其中,、 分别为目标无人机的滚转角旋转角速度、偏航角旋转角速度和俯仰角旋转角速度;
A6、通过比例积分微分控制稳定目标无人机的飞行、姿态和高度的控制,比例项根据当前误差产生一个控制输出,积分项根据误差随时间的累积量产生一个控制输出,微分项根据误差变化的速率产生一个控制输出。
3.根据权利要求2所述的用于探测无人机目标的雷达信噪比计算方法,其特征在于,在步骤S4中,在距离R处目标无人机的回波信号的信噪比 : 式中 是峰值发射功率,是天线增益,是波长,为所述位置处目标无人机的雷达散射截面积,是玻尔兹曼常数, , 是有效噪声温度,是雷达工作带宽,是噪声系数,是雷达损耗。
4.根据权利要求3所述的用于探测无人机目标的雷达信噪比计算方法,其特征在于,在步骤S5中,杂波平均功率的估算方法是:利用相邻单元的杂波平均功率近似相等作为条件,通过邻近距离单元的回波功率估算待检测距离单元的杂波平均功率,将估算的杂波平均功率乘以一个系数作为检测门限。