天气雷达系统及应用虚拟仿真实验建设研究

天气雷达系统及应用虚拟仿真实验适应我国气象雷达发展的需求,以培养具有专业胜任能力和气象装备管理能力的创新应用型气象探测人才为目标,坚持“学生中心、问题导向、学科融合、创新实践”的实验教学理念,按照“虚实结合、以虚补实”的原则,以培养学生掌握天气雷达系统的组成、测试标定以及雷达应用等核心实践能力为切入点,采用3D建模、动画、人机交互等技术自主研发了天气雷达系统及应用虚拟仿真实验,以解决现实中气象探测人才培养的瓶颈。

基于虚拟雷达模型的履带拖拉机导航路径跟踪控制算法

为提高传统果园广泛使用的小型履带式拖拉机导航路径跟踪控制精度和行驶稳定性,提出了一种基于虚拟雷达模型的导航路径跟踪控制算法。该算法借鉴人对车辆的驾驶经验,参考雷达扫描原理和图像识别原理,构建了虚拟雷达模型,生成虚拟雷达图,使用该图描述车辆与路径的位置关系;经深度神经网络分类生成对应的履带拖拉机行驶操作指令;以果园作业典型的U形路径为例进行了仿真验证试验和实车试验。仿真结果表明:本文提出的算法能够精准实现导航路径跟踪控制。果园实车试验表明:当车速为0.36、0.75 m/s时,该算法路径跟踪的最大横向偏差分别为0.150、0.191 m,平均横向偏差分别为0.031、0.051 m,标准差分别为0.025、0.036 m;与模糊控制算法相比,最大横向偏差分别减小了15.73%、36.33%,平均横向偏差分别减小了27.91%、19.05%,标准差分别减少了21.88%、28.00%。研究表明,基于虚拟雷达模型的导航路径跟踪控制算法具有更高的路径跟踪精度和行驶稳定性,满足果园实际作业需求。

虚拟仪器在天气雷达发射系统测试中的应用

天气雷达发射系统测试是雷达性能测试中的重要组成部分,发射系统的功率、脉冲包络和频谱等参数指标的好坏直接影响到雷达的正常工作。为了准确快速的掌握雷达发射系统的主要参数指标状态,借助虚拟仪器在自动测试中的优势,并以雷达发射系统的脉冲包络参数测试流程为例,通过设计程序控制测试仪器自动完成关键参数的测试工作,能够解决传统仪器仪表测试中存在的操作复杂、效率低下、误差大等问题,同时系统具有界面友好、操作简单、扩展性好等特点。根据天气雷达发射系统主要参数的数学模型分析测试结果,通过LabVIEW软件控制PXI架构的硬件测试电路,不仅能够实现雷达发射系统主要性能参数的测试,而且可以将测试结果保存在数据库中,方便对测试结果的存储和调用。

雷达电讯虚拟样机构建与仿真技术研究

基于模型的系统工程(MBSE)是工业4.0的核心特征之一。借鉴MBSE的思想,给出了雷达研发全流程中不同形态的电讯虚拟样机的内涵、作用和模型。提出了支持概念样机、功能样机和工程样机的协同仿真平台架构,研究了多领域专业仿真方法以及模型开发和管理两项关键技术。以机载火控雷达功能样机为例,形象展示了虚拟样机的建模、仿真与评估方法。基于虚拟样机的建模、仿真与虚拟验证手段将是复杂电子系统研制的新模式。

基于压缩感知的地雷散射结构提取

利用目标信号的先验稀疏性,通过压缩感知(Compressive Sensing,CS)方法可以实现对目标的稀疏成像,获取其空间散射结构。该文将CS理论应用于车载前视步进频率超宽带探地雷达(Vehicle-mounted Stepped-frequency Forward-looking Ground Penetrating Virtual Aperture Radar,SFGPVAR)系统,通过电磁建模,指出金属地雷目标可近似为具有旋转不变性的对称圆柱体,在对电磁仿真和实测数据分析的基础上,得到超宽带SFGPVAR系统中金属地雷具有孤立的双散射点结构,在成像空间满足稀疏分布条件,因此利用CS算法可以实现地雷空间散射结构的提取。该文最后通过对SFGPVAR系统实测数据处理验证了CS算法提取地雷散射结构的可行性以及地雷双散射点结构特征的稳健性,该方法不仅拓展了地雷目标特征提取的新思路,也为具有简单离散散射结构目标的检测鉴别探索出一条新路。

雷达产品关键件制造工艺仿真分析综述

工艺设计质量对保证雷达产品优良的结构和电讯性能起着重要作用。为解决传统工艺设计费用高、效率低的问题,业界在雷达产品关键件工艺研发中引入了数值仿真技术。文中在分析雷达产品关键件结构、材料及工艺特点的基础上,首先介绍制造工艺仿真分析的技术基础,然后综述了数字化仿真技术在雷达关键件数控加工、焊接和热处理、精密成形、复合材料分析以及装联装配等工艺设计过程中的应用,最后对该领域中一些新兴前沿仿真技术的引进应用进行了展望。

雷达结构系统协同仿真环境

针对雷达研制过程中结构系统涉及到的刚强度、散热、流场模拟、模态、振动特性、疲劳寿命等仿真问题及其现状,提出了应用协同仿真技术来进行现有的仿真工具软件、数据、流程和人员整合,搭建一套协同的虚拟产品开发环境,并阐述了该协同仿真环境的内涵和详细功能需求。结合目前的技术水平,指出了该协同仿真环境应具备的基本功能,提出了可行的实施思路,给出了某典型产品的协同仿真流程,最后提出了通过协同仿真环境对仿真模型进行成熟度管理办法,实现仿真经验积累。

基于虚拟战场环境的雷达仿真系统设计与实现

综合考虑各种体系对抗条件下的雷达作战环境,建立一套良好的开放式仿真系统。将虚拟战场环境数据引入到雷达仿真系统中,分析了各种外部环境与雷达系统的交互关系以及雷达系统的工作机制,从基于虚拟战场环境的实时动态视景数据库中调度大面积地形数据并进行分析处理,以此为依据来模拟机载雷达的工作过程。

雷达虚拟维修模型设计方法研究

雷达虚拟维修系统的建立,对于提高雷达维修人员水平具有重要作用,也是保证雷达装备完好率的关键,直接影响着部队的预警探测能力。文章分析了当前雷达维修面临的主要困难,给出了虚拟维修技术的优点,并提出了一种雷达虚拟维修模型设计方法,可以有效提高雷达维修人员训练水平。

具有天线扫描特性的雷达信号算法设计与实现

在暗室中,搭建雷达导引头抗干扰性能测试所需的复杂电磁环境具有一定难度,其中目标雷达发射信号的产生尤其困难;对此提出了一种具有天线扫描特性的雷达发射信号产生算法。首先,分析了雷达天线方向图类型和天线扫描方式,并建立了对应数学模型;其次,将建立的数学模型与雷达方程结合,提出了雷达发射信号功率计算法;最后,以该算法为基础开发雷达信号模拟软件,并借助于矢量信号发生器生成具有天线扫描特性的雷达发射信号。测试结果表明,该算法产生的雷达信号具有天线扫描的特性,为暗室环境下导引头抗干扰性能的测试提供了信号保障。

通用雷达设备虚拟维修系统中仿真模型信息管理研究(英文)

介绍仿真模型全寿命管理系统,给出了仿真模型全寿命周期信息管理的定义。讨论了仿真模型全寿命管理研究的主要内容。模拟训练系统中模型管理在时间上可分为开发阶段的模型管理和仿真运行阶段模型管理,模型信息管理另一个重要的研究内容是不同模型开发规范模型的管理,给出了在开发和运行阶段模型管理具体实现的功能。

基于交互多模型虚拟观测卡尔曼滤波的多雷达组网机动目标跟踪算法

针对强机动性目标难以使用单一运动模型来描述,组网雷达(NR)的极坐标测量值与融合中心惯性(FCRNS)坐标的状态值呈非线性关系等问题,提出将FCRNS坐标虚拟为观测坐标(称为虚拟观测卡尔曼滤波),以满足采用卡尔曼滤波(KF)进行多雷达组网目标跟踪的线性化约束;使用协同转弯模型+匀速直线模型构建交互多模型,解决了多雷达组网空域机动目标自适应运动建模问题;通过虚拟观测误差协方差矩阵建模、初始估计建模,构建了交互多模型虚拟观测卡尔曼滤波算法(IMM-VOKFA),用于多雷达组网对空域机动目标的滤波跟踪.将提出的IMM-VOKFA用于多雷达组网的转弯机动目标跟踪中,并与交互多模型扩展卡尔曼滤波(IMM-EKF)进行了对比.仿真结果表明,IMM-VOKFA滤波精度高,机动自适应性强,计算稳定性高,工程可用性好.