基于嵌入式系統的典型雷達航跡仿真與實現

摘要：針對雷達模擬器航跡模擬的需要，采用一種基于目標運動方程的航跡模擬方法，建立了仿真目標直線型、水平圓周型和垂直圓周型3種典型雷達航跡模型。利用Visual C#語言，在嵌入式系統上對3種模型進行了仿真。同時，借助于GDI+技術，在PPI模擬顯示界面上實現了對航跡坐標點的動態模擬及其圖形化顯示。實踐證明，所述模型較為簡單，可操作性強，可以滿足仿真平臺的要求。
關鍵詞：嵌入式系統；運動方程；航跡仿真；動態模擬

O 引言
在各種雷達訓練和信號模擬器中，都需要進行航跡模擬及航跡顯示，以便于為仿真平臺提供信號源。對于便攜式雷達模擬器來說，無法使用PC，需用嵌入式系統來實現人機交互及信號處理。但當前絕大部分的航跡模擬均建立在PC機上，雖然功能強大，但航跡模型較為復雜，計算量較大，不易于在嵌入式設備設備上實現。針對上述問題，在嵌入式系統內，采用雙緩沖技術，并通過“背景復制”的方法對3種典型雷達航跡模型進行了模擬仿真，解決了嵌入式系統在進行仿真時內存處理速度與繪圖資源消耗較大的矛盾，實現了對典型雷達航跡的圖形化顯示和航跡點坐標的實時動態模擬。

1 典型航跡模型
所謂航跡是指飛行物的雷達測量時間序列，它是反映目標飛行航線、航速，乃至飛行目的的重要參數。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3種典型航跡進行組合，可有效地模擬出空中各種復雜航跡。
1．1 坐標系的建立
雷達系統常用坐標系有直角坐標系和極坐標系。二者均以雷達作為坐標系的原點且原點重合。在直角坐標系內，以y軸正方向為正北方，正東為x軸的正方向，與水平垂直且向上的方向為h軸正方向；極坐標系內，從觀測點到目標點連線的延長線方向為目標的斜距離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。在直角坐標系內其運動學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以及航跡時間t來表示，△t內有如下關系成立：

1．2．2 水平圓周型航跡
水平圓周型航跡主要分為左轉和右轉2種類型。在直角坐標系內，單位時間增量△t內其運動方程如下：

式中：s=2Rsin(△φ／2)，用來表示圓周運動起始點到終止點的直線距離；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)。當目標左轉時，F=1，右轉時，F=-1。
1．2．3 垂直圓周型航跡
垂直圓周段航跡指的是目標在與水平面垂直的平面里做恒向心加速度圓周運動，其特點是飛行方位角保持不變。假設單位時間增量△t內，由目標運動起始點到終止點的直線距離為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，若目標由A點運動到C點，則當目標從A點運動到B點時，F=1，而當目標在BC段運動時，F=-1。