基于嵌入式系統(tǒng)的典型雷達(dá)航跡仿真與實(shí)現(xiàn)

摘要：針對(duì)雷達(dá)模擬器航跡模擬的需要，采用一種基于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)方程的航跡模擬方法，建立了仿真目標(biāo)直線型、水平圓周型和垂直圓周型3種典型雷達(dá)航跡模型。利用Visual C#語言，在嵌入式系統(tǒng)上對(duì)3種模型進(jìn)行了仿真。同時(shí)，借助于GDI+技術(shù)，在PPI模擬顯示界面上實(shí)現(xiàn)了對(duì)航跡坐標(biāo)點(diǎn)的動(dòng)態(tài)模擬及其圖形化顯示。實(shí)踐證明，所述模型較為簡單，可操作性強(qiáng)，可以滿足仿真平臺(tái)的要求。
關(guān)鍵詞：嵌入式系統(tǒng)；運(yùn)動(dòng)方程；航跡仿真；動(dòng)態(tài)模擬

O 引言
在各種雷達(dá)訓(xùn)練和信號(hào)模擬器中，都需要進(jìn)行航跡模擬及航跡顯示，以便于為仿真平臺(tái)提供信號(hào)源。對(duì)于便攜式雷達(dá)模擬器來說，無法使用PC，需用嵌入式系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)人機(jī)交互及信號(hào)處理。但當(dāng)前絕大部分的航跡模擬均建立在PC機(jī)上，雖然功能強(qiáng)大，但航跡模型較為復(fù)雜，計(jì)算量較大，不易于在嵌入式設(shè)備設(shè)備上實(shí)現(xiàn)。針對(duì)上述問題，在嵌入式系統(tǒng)內(nèi)，采用雙緩沖技術(shù)，并通過“背景復(fù)制”的方法對(duì)3種典型雷達(dá)航跡模型進(jìn)行了模擬仿真，解決了嵌入式系統(tǒng)在進(jìn)行仿真時(shí)內(nèi)存處理速度與繪圖資源消耗較大的矛盾，實(shí)現(xiàn)了對(duì)典型雷達(dá)航跡的圖形化顯示和航跡點(diǎn)坐標(biāo)的實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)模擬。

1 典型航跡模型
所謂航跡是指飛行物的雷達(dá)測(cè)量時(shí)間序列，它是反映目標(biāo)飛行航線、航速，乃至飛行目的的重要參數(shù)。直線型航跡、水平圓周型航跡和垂直圓周型航跡是3種典型的空中航跡模型，對(duì)3種典型航跡進(jìn)行組合，可有效地模擬出空中各種復(fù)雜航跡。
1．1 坐標(biāo)系的建立
雷達(dá)系統(tǒng)常用坐標(biāo)系有直角坐標(biāo)系和極坐標(biāo)系。二者均以雷達(dá)作為坐標(biāo)系的原點(diǎn)且原點(diǎn)重合。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，以y軸正方向?yàn)檎狈?，正東為x軸的正方向，與水平垂直且向上的方向?yàn)閔軸正方向；極坐標(biāo)系內(nèi)，從觀測(cè)點(diǎn)到目標(biāo)點(diǎn)連線的延長線方向?yàn)槟繕?biāo)的斜距離D的正方向。
1．2 航跡模型的建立
1. 2．1 直線型航跡
空間直線型航跡較為簡單，是最常用到的一種航跡模型。在直角坐標(biāo)系內(nèi)其運(yùn)動(dòng)學(xué)方程可以由其初始速度v0，加速度a，飛行俯仰角θ，航向角φ以及航跡時(shí)間t來表示，△t內(nèi)有如下關(guān)系成立：

1．2．2 水平圓周型航跡
水平圓周型航跡主要分為左轉(zhuǎn)和右轉(zhuǎn)2種類型。在直角坐標(biāo)系內(nèi)，單位時(shí)間增量△t內(nèi)其運(yùn)動(dòng)方程如下：

式中：s=2Rsin(△φ／2)，用來表示圓周運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的直線距離；R為半徑；φ為初始航向角，△φ=(v△t)／R為航向角增量(方位角變化量)。當(dāng)目標(biāo)左轉(zhuǎn)時(shí)，F(xiàn)=1，右轉(zhuǎn)時(shí)，F(xiàn)=-1。
1．2．3 垂直圓周型航跡
垂直圓周段航跡指的是目標(biāo)在與水平面垂直的平面里做恒向心加速度圓周運(yùn)動(dòng)，其特點(diǎn)是飛行方位角保持不變。假設(shè)單位時(shí)間增量△t內(nèi)，由目標(biāo)運(yùn)動(dòng)起始點(diǎn)到終止點(diǎn)的直線距離為s，則s在x軸上的投影為△z，在xoy平面上的投影為△L，可以得到如下關(guān)系：

式中：R為半徑；θ為初始飛行俯仰角；φ為初始航向角。俯仰角增量△θ=(v△t)／R。如圖1所示，若目標(biāo)由A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到C點(diǎn)，則當(dāng)目標(biāo)從A點(diǎn)運(yùn)動(dòng)到B點(diǎn)時(shí)，F(xiàn)=1，而當(dāng)目標(biāo)在BC段運(yùn)動(dòng)時(shí)，F(xiàn)=-1。