2005 年 10 月 第 27 卷 第 10 期
文章编号 :10012506X(2005) 1021692202
系统工程与电子技术 Systems Engineering and Electronics
Oct . 2005 Vol. 27 No. 10
基于 Simul ink 的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真
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[5 ] 向敬成 , 张明友. 雷达系统[ M ] . 北京 : 电子工业出版社 ,2001. 77 - 107.
[ 6 ] Gaspare Galati. Advanced radar techniques and systems[ M ] . Peter Peregri nes L t d , 1993. 287 - 301.
( School of Elect ronics Engi neeri ng , Xi dian U niv . , Xi’an 710071 , Chi na)
Abstract : As having controllable , repeatable , safety , economical and non2destructive characteristics , computer simulation is widely used in radar and ECM. A radar simulation module library based on Simulink is set up , describes the method of simulating a radar system. The simulation results show that the proposed method is computationally sim2 ple and efficent .
Simulink ,是一种开放性的 ,用来模拟线性或 非 线 性
的 、连续或离 散 的 、或 者 两 者 混 合 它是 MA TLAB 的一个附加组件 ,用 来提 供 一 个 系 统 级 的 建 模 与 动 态 仿 真 工 作 平 台 。 Simulink 是用模 块 组 合 的 方 法 使 用 户 能 够 快 速 、准 确 地 创建动态 系 统 的 计 算 机 模 型 。另 外 , Simulink 还 提 供 一 套图形动画处理方法 ,使用户可以方便地观察到仿真的 整个过程 。
参考文献 :
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[ 3 ] 吴枫. 基于 PC 的雷达系统建模与仿真[ D ] . 西安电子科技大学 , 2002. 44 - 49.
图 1 是 PD 雷达系统仿真原理框图 ,脉冲发生器产生相 参脉冲串信号 ,然后通过目标回波模块加入目标信息 ,包括 目标的多普勒信息和距离信息 ,还包括目标的起伏 。然后 加入地物杂波信号和系统噪声信号 ,接下来通过高放模块 和中放模块将信号变为中频信号 ,再经过零中频正交双通
道处理将信号变为视频信号 ,再将视频信号通过主杂波对 消器 ,滤除零频杂波后进行多普勒滤波 ,也就是进行 FF T 处理 。经过多普勒处理后 ,再做 CFAR 处理 ,最终得到所要 观察的信号 。
Key words : radar ; modeling ; simulation ; Simulink ; pulse2Doppler
1 引 言
在雷达信号处理系统中 ,系统级仿真占有极其重要的 地位 ,经过系统级仿真能够保证产品在最高层次上的设计 正确性 。因为外场模拟真实战场复杂电磁环境是非常困难 的 ,同时也耗资巨大 。外场试验的次数有限 ,难以全面反映 雷达系统在各种复杂环境下的性能 ,外场测试和设计修改 使得试验周期长 ,并造成巨大浪费 。利用计算机仿真技术 的可控制性 、可重复性 、无破坏性 、安全性 、经济性等特点与 优势 ,对雷达电子对抗装备及其技术与战术运用等进行仿 真与效能评估 ,是当前雷达与电子对抗领域研究中的一种 重要手段 。
参考文献 :
图 5 存在多径信号的时间同步仿真结果
[ 1 ] 杨振起 ,张永顺 ,骆永军. 双 (多) 基地雷达系统[ M ] . 北京 :国防 工业出版社 ,1999.
[ 2 ] 陈伯孝 ,张守宏. 稀布阵综合脉冲孔径雷达时域与频域脉冲综合 方法[J ] . 现代雷达 ,1997 ,19 (6) :12 - 17.
关键词 : 雷达 ; 建模 ; 仿真 ; Simulink ; 脉冲多普勒 中图分类号 : TP391. 9 文献标识码 : A
Model ing and simulation of a pulse2Doppler radar system based on Simul ink
HU Hai2mang , YAN G Wan2hai
脉冲发生器将矩形脉冲串调制到高频 ,图 3 为将脉冲 重复频率 10 kHz ,脉冲宽度 4μs 的矩形脉冲串信号调制在 1 MHz 的相参脉冲串的波形 ,图 4 是其频谱图 。产生的相 参脉冲串信号再经过目标回波模块 ,加入目标的延迟及多 普勒信息 ,以及目标的起伏信息 。
图 5 杂波功率谱密度 图 6 杂波概率密度分布
的信号的频谱
2. 3 零中频正交双通道处理
当用数字技术对信号进行处理时 ,在中频进行是不适
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第 27 卷 第 10 期
运动平台上多基地雷达时间同步技术
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5 结束语
本文研究了发射站或接收站在运动平台上的双/ 多基 地雷达的时间同步问题 ,提出了利用直达波进行处理并提 取时间同步信号的方法 ,计算机仿真结果验证了此方法的 可行性 。有关频率 (相位) 同步问题 ,限于篇幅 ,将另文发 表。
第 27 卷 第 10 期
基于 Simulink 的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真
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距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力 ,有更强的抑制 杂被的能力 。因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标 回波 。20 世纪 60 年代 ,为了解决机载下视雷达强地杂波 的干扰 ,研制了脉冲多普勒体制雷达 (pulse2doppler , PD) 雷达 。PD 雷达明显地提高了从运动杂波中检测目标的 能力 。PD 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的 脉冲雷达 ,能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波 (频域滤波) ,具有对目标进行速度分辨能力的雷达 。
3 结 论
从已取得的仿真结果看 ,基于 Simulink 的雷达仿真取 得了令人满意的结果 ,并且由于仿真算法的优化 ,相比以前 的 版本仿真速度有了很大的提高 。Simulink这种图形化 、
图 11 信号的多普勒频移 图 12 信号的多普勒频移
的建模过程非常直观 ,且容易掌握 ,而且由于交互式 Simulink 的开放性 ,使用者可以随时根据自己的需要修改或者添加新 的模块 ,使得该雷达仿真库很容易得到进一步完善 。
Simulink 5. 0 在 软 硬 件 接 口 方 面 有 了 长 足 的 进 步 , Simulink 已经可以很方便地进行实时信号控制和处理 、信 息通信以及 DSP 处理 。仿真程序经过编译可以直接下载 到 DSP 等硬件设备中去 ,使得从系统级仿真到硬件实现一 气呵成 。缩短了新技术从理论阶段到实现新产品上市之间 的时间 ,提高了经济效益 , 而科研工作者也可以将更多的 精力放在系统级设计上 。
本文 的 仿 真 基 于 MA TLAB 6. 5 及 其 所 带 的 组 件 Simulink 5. 0 。
2 脉冲多普勒雷达系统仿真
脉冲多普勒雷达 ,是在动目标显示雷达基础上发展 起来的一种新型雷达体制[5] 。这种雷达具有脉冲雷达的
收稿日期 :2004 - 07 - 24 ; 修回日期 :2005 - 11 - 03 。 作者简介 :胡海莽 (1977 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向为信息处理与系统仿真 。E - mail :huhaimang @126. com
系统噪声用白高斯噪声模拟 。图 7 给出了在图 3 相参 脉冲串信号上叠加杂波和系统噪声的波形 ,信号完全被杂 波和噪声湮没 。图 8 为其频谱图 ,与图 4 比较 ,可以看到零 频处的幅度很大 。
图 3 相参脉冲串信号 图 4 相参脉冲串信号频谱
2. 2 杂波产生模块及系统噪声产生模块 杂波有三种谱类型 ,即高斯谱 、柯西谱和全极谱 ;四种
图 9 经相干检波器后信号频谱 图 10 经低通滤波器后信号频谱
2. 4 多普勒滤波 杂波滤波器后串接窄带滤波器组 ,在数字信号处理中
用快速傅里叶变换来实时计算出各频谱单元信号的频谱数 据 ,它等效于多个距离单元的窄带滤波器组 。图 11 为作 FF T 后信号的频谱 ,经窄带滤波器后只保留单根谱线 ,如图 12 所示 。从图 12 中可看出该目标的多普勒频移为 5 kHz。
幅度分布 ,即瑞利分布 、对数正态分布 、韦布尔分布和 K 分 布 。它们交叉组合共计有 12 种杂波类型 。杂波的产生采 用无记忆非线性变换法 ( ZMNL) 。图 5 是仿真的瑞利分布 高斯谱杂波功率谱密度图 ,图 6 是其概率密度分布图 。
图
7
被杂波和噪声湮没的信号
图
8
叠加杂波和噪声
[3 ] 陈伯孝 ,等. 舰载无源综合脉冲/ 孔径雷达及其若干关键问题 [J ] . 电子学报 , 2003 , 31 (12) : 29 - 33.
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当的 ,这就要求进行零中频多普勒信号处理 。零中频就是 将中频信号经相干检波器后变成视频信号进行滤波 ,为避 免检波引起的频谱折叠 ,保持区分正负频率的能力 ,采用正 交双通道处理 。图 9 是经相干检波器后输出信号的频谱 , 图 10 是经低通滤波器滤除高频分量后的信号频谱 ,可见信 号已被变为视频信号 。为了减轻后续数字信号处理的负 担 ,使用主杂波对消器 ,将主瓣杂波尽可能减弱 。