何 凱 ，高嬌嬌，溫秀麗

（江蘇科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)仿真

何 凱 ，高嬌嬌，溫秀麗

（江蘇科技大學(xué) 電子信息學(xué)院，江蘇 鎮(zhèn)江 212003）

該文以海上作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中的艦載雷達(dá)為背景，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境下艦艇編隊(duì)作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中的艦載某脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行建模與仿真，仿真結(jié)果表明這種方法能夠較好的反映雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)的各部分性能，滿足系統(tǒng)調(diào)試的要求。

信息科學(xué)與系統(tǒng)科學(xué)；脈沖多普勒雷達(dá)；雷達(dá)信號(hào)處理；動(dòng)目標(biāo)顯示

雷達(dá)仿真技術(shù)是隨著雷達(dá)理論的發(fā)展而深入研究的，大量的理論研究提供了雷達(dá)仿真系統(tǒng)建立數(shù)學(xué)模型的基礎(chǔ)。本文以海上作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)中的艦載雷達(dá)為背景，對(duì)戰(zhàn)場(chǎng)環(huán)境中的雷達(dá)系統(tǒng)仿真方法進(jìn)行研究。Mathworks公司的Matlab提供了強(qiáng)大的仿真平臺(tái)，在科研工作中Matlab已經(jīng)成為一種非常重要的研究工具[1]。

1 雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)仿真

脈沖多普勒（pulse_doppler，PD）雷達(dá)是在動(dòng)目標(biāo)顯示雷達(dá)的基礎(chǔ)上發(fā)展起來(lái)的一種新型雷達(dá)體制。圖1是PD雷達(dá)系統(tǒng)仿真原理圖。

圖1 PD雷達(dá)系統(tǒng)仿真原理圖Fig.1 PD Radar system simulation diagram

該雷達(dá)回波信號(hào)包括目標(biāo)信號(hào)、海雜波和系統(tǒng)噪聲[2]，對(duì)接收到的雷達(dá)回波信號(hào)進(jìn)行正交雙通道處理，再進(jìn)行脈沖壓縮處理，然后進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI）和動(dòng)目標(biāo)（MTD），可以抑制雜波，提高信噪比。最后利用恒虛警檢測(cè)（CFAR）就可以檢測(cè)出目標(biāo)。

1.1 雷達(dá)設(shè)計(jì)

設(shè)計(jì)一部艦載雷達(dá)實(shí)現(xiàn)搜索和跟蹤任務(wù)，計(jì)算中使用如下雷達(dá)方程[3]：

式（1）中 Pav=Ptτfr是平均發(fā)射功率，Pt是峰值發(fā)射功率，τ是脈沖寬度，fr為脈沖重復(fù)頻率 （PRF），Gr是發(fā)射天線增益，Gr是接收天線增益，λ 是波長(zhǎng)，σ 是目標(biāo)截面積，I（np）是改善因子，np是積累脈沖數(shù)，k=1.38×10-23J/K是玻爾茲曼常數(shù)，Te是有效噪聲溫度，F(xiàn)是系統(tǒng)噪聲系數(shù)，B是接收機(jī)帶寬，Lt是總的系統(tǒng)損失包括積累損失，Lf是由于目標(biāo)起伏造成的損失，（SNR）1是檢測(cè)所需要的最小單個(gè)脈沖的SNR，R是雷達(dá)距離。

線性調(diào)頻（LFM）脈沖是指在持續(xù)期間（脈內(nèi)）頻率連續(xù)線性變化，中頻的LFM信號(hào)表達(dá)式為：

回波信號(hào)的雜波信號(hào)仿真中采用瑞利分布雜波，瑞利分布雜波信號(hào)的概率密度函數(shù)表示如式（3）：

式（3）中σ是雜波的標(biāo)準(zhǔn)差，x是回波的包絡(luò)振幅。

1.2 雷達(dá)信號(hào)處理仿真

采用脈沖壓縮（PC）雷達(dá)體制，頻域脈壓是先對(duì)輸入信號(hào)進(jìn)行FFT，然后和匹配濾波器的頻率特性H（f）在頻域相乘，最終進(jìn)行了IFFT得到頻域脈壓結(jié)果，即

經(jīng)脈沖壓縮處理，采用加權(quán)匹配濾波器的方法，權(quán)系數(shù)為chebwin窗，通過(guò)脈沖壓縮后可以提高信噪比。將信號(hào)進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI），消除雜波，再進(jìn)行動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD）將信號(hào)與剩余的雜波在頻域上進(jìn)行相參積累，提高信雜比，最后利用恒虛警檢測(cè)（CFAR）可檢測(cè)出目標(biāo)。

2 仿真結(jié)果

本文中某脈沖多普勒雷達(dá)系統(tǒng)的仿真參數(shù)如下：雷達(dá)射頻為1.57 GHz，雷達(dá)發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)帶寬為5 MHz，時(shí)寬為 12 μs，中頻為 30 MHz，采樣頻率為 80 MHz，雷達(dá)發(fā)射功率為10 kW，天線增益為20 dB。下面給出雷達(dá)系統(tǒng)中幾個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)波形。

2.1 線性調(diào)頻信號(hào)

雷達(dá)發(fā)射的復(fù)線性調(diào)頻信號(hào)如圖2所示。圖2中截取顯示信號(hào)的一部分，以坐標(biāo)是時(shí)間 t（單位：s×10-5）為單位。

圖2 線性調(diào)頻信號(hào)的實(shí)部Fig.2 The real part of the linear FM signal

2.2 雷達(dá)回波信號(hào)

雷達(dá)回波信號(hào)[7]如圖3所示。雷達(dá)回波信號(hào)包括目標(biāo)信號(hào)、雜波和系統(tǒng)噪聲。目標(biāo)信號(hào)淹沒(méi)在雷達(dá)回波信號(hào)中，無(wú)法辨識(shí)。

2.3 脈沖壓縮信號(hào)

進(jìn)行脈沖壓縮處理首先要獲取雷達(dá)發(fā)射信號(hào)的匹配濾波器，求線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮系數(shù)，只需要將線性調(diào)頻信號(hào)取共軛和翻轉(zhuǎn)即可。雷達(dá)回波信號(hào)經(jīng)脈沖壓縮后如圖4所示。經(jīng)脈沖壓縮后，雷達(dá)回波信號(hào)的信噪比有大幅度提高。

圖3 雷達(dá)回波信號(hào)Fig.3 Radar echo signal

圖4 脈沖壓縮信號(hào)Fig.4 Pulse compression signal

2.4 MTI和MTD處理后信號(hào)

信號(hào)經(jīng)過(guò)動(dòng)目標(biāo)顯示（MTI），消除雜波，經(jīng)過(guò)動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)（MTD），提高信雜比，處理后信號(hào)如圖5所示。

圖5 MTI處理后信號(hào)Fig.5 MTI signal processing

2.5 CFAR處理結(jié)果

信號(hào)經(jīng)過(guò)恒虛警（CFAR）處理后進(jìn)一步確定目標(biāo)數(shù)據(jù)，信號(hào)經(jīng)過(guò)CFAR處理后的信號(hào)如圖6所示。

通過(guò)恒虛警處理的輸出可以計(jì)算目標(biāo)的距離和多普勒頻率的測(cè)量值，與目標(biāo)的真實(shí)距離和多普勒頻率比較，可以驗(yàn)證本文的雷達(dá)信號(hào)處理系統(tǒng)仿真真實(shí)有效，基本滿足設(shè)計(jì)要求。

3 結(jié) 論

該文仿真結(jié)果表明這種方法能夠較好的反映雷達(dá)系統(tǒng)處理的各部分性能，實(shí)現(xiàn)起來(lái)又不致于太復(fù)雜而影響系統(tǒng)的運(yùn)行速度和效率。該模型分析法具有一定的通用性，為后續(xù)的海上作戰(zhàn)指揮系統(tǒng)性能評(píng)估研究提供了參考。

圖6 CFAR處理后信號(hào)Fig.6 CFAR processed signal

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Radar signal processing system simulation

HE Kai， GAO Jiao-jiao， WEN Xiu-li
（Jiangsu University of Science and Technology， School of Electronics and Information， Zhenjiang 212003， China）

The shipborne radar naval fleet in the battle command system as the background，this paper modes and simulates carrier-based pulse compression radar signal processing system of the vessel formation command system on the battlefield.Simulation results show that this approach can be more a good part of the performance of the reflected radar signal processing system to meet the requirements of the system debugging.

information science and system science； pulse doppler rader； radar signal processing； moving target indication

TN957.51

A

1674-6236（2014）15-0037-02

2013-10-22 稿件編號(hào)：201310145

何 凱（1993—），男，安徽馬鞍山人。研究方向：信號(hào)處理。