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阵列雷达基带回波模拟系统软件设计

杨彦  
【摘要】:在雷达系统的开发过程中,需要测试大量雷达性能指标,以发现雷达系统中的问题和不足,并及时进行改进。现场测试需要试飞,并且测试效率低下,灵活性不足,测试结果的准确性也会因外部环境因素的干扰而产生明显的影响,调试难度较高。与之不同的是,雷达回波模拟器是雷达技术与数字模拟技术的产物,不仅能够实时模拟雷达回波信号,还能够让雷达系统的测试信号与真实信号非常接近,使雷达系统的开发与测试更加高效便捷。将雷达信号模拟器作为雷达系统的验证工具是今后雷达领域发展的必然趋势。首先,对阵列雷达基带回波模拟系统按照不同功能需求、性能需求进行了分析,进而依照阵列雷达的特点以及实际需求,提出了阵列雷达仿真系统的总体设计方案,设计了总体流程。系统先根据用户在软件界面输入的参数模拟出目标的回波信号,再根据天线面的不同增益模拟回波,并分别加入地杂波、气象杂波、干扰信号和噪声等构成基准的回波数据,然后与方向加权系数相乘后得到各阵元的回波数据,其中需要计算的参数有目标的空间位置、相对雷达的径向速度对应的多普勒频率、距离延时、通道接收机输出功率、角度引起的各通道相位差等。为了减少计算量和提高实时性,可根据输入参数在程序初始化阶段产生基准干扰、杂波、噪声数据。接着设计了阵列雷达兼容相扫与机扫的波位表,开发了回波模拟系统中图形用户界面(GUI)主控界面和各个功能模块。波位表中存储了N个波位的波束中心指向和各波位雷达发射信号波形信息,可与目标航路结合起来用于判断目标与波束的交汇。功能模块包括噪声模块、发射信号模块、天线模块、干扰模块、杂波模块、目标模块。(1)噪声模块可生成指定噪声功率的高斯、随机分布的噪声信号;(2)发射信号模块可生成指定时宽带宽的线性调频或非线性调频信号;(3)天线模块可设置阵型、阵列结构、发射波束宽度及天线扫描方式,并生成导向矢量、发射天线方向图;(4)干扰模块可产生多个匀速直线运动的干扰信号,其中包括射频噪声干扰信号、点频干扰信号、脉冲干扰信号、密集假目标干扰信号;(5)杂波模块可生成最多两个匀速直线运动的杂波信号,杂波分布统计特性包括瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布、K分布;(6)目标模块可生成多目标理想直线、圆形及八字形运动轨迹的回波。最后针对典型参数设计了测试用例,将生成的模拟数据按照相参处理的方式进行信号处理,通过脉冲压缩(PC)、动目标检测(MTD)、恒虚警率(CFAR)处理和点迹凝聚等处理过程,获得回波中目标的位置及多普勒信息,并与理论设定值进行对比分析,模拟结果的距离误差在一个距离门内,角度误差在0.2°以内,验证了模拟数据的正确性。阵列雷达基带回波模拟系统具有实时性强、灵活性高、处理结果准确、操作简单和人机交互友好等优点,对实际阵列雷达系统的测试及完善具有一定的工程参考意义。


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