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杂波建模与仿真技术及其在雷达信号模拟器中的应用研究

张长隆  
【摘要】:来自地面、海面的雷达回波影响着雷达性能,所以对地海杂波进行建模与仿真技术研究已成为雷达工程师的关注焦点。雷达信号模拟器以其经济、灵活和可重复性等优点,已成为雷达系统设计、开发和测试中不可缺少的技术装备。杂波模拟模型是否具有精确性、通用性以及灵活性是衡量雷达信号模拟器性能的重要指标。对杂波建模与仿真技术进行研究,直接服务于雷达信号模拟器的设计,也可以为雷达系统设计、信号处理算法优化、性能仿真等方面服务。本文针对此,从服务于工程应用的角度出发,对多功能雷达信号模拟器中杂波建模方法、杂波模拟方法以及系统实现中的一些关键技术进行研究,以满足雷达信号模拟器设计的需求。论文的工作和成果主要概括如下: 介绍了基于雷达相干视频信号模拟方法的杂波仿真模型,分析了几种参数对杂波统计特性已经模拟方法的影响,给出了雷达信号模拟器中杂波模拟的基本方法。 对地面雷达地杂波建模方法进行了深入研究,给出了地杂波功率谱模型,分析了地杂波幅度概念分布特性。根据不同的模拟场合和模拟需求,提出了基于特定场地的地面雷达地杂波散射系数图计算方法、基于非特定场地的地面雷达均匀地杂波散射系数图计算方法、基于非特定场地的地面雷达非均匀地杂波散射系数图计算方法。 对舰载雷达海杂波建模方法进行了深入研究,给出了海杂波功率谱模型,分析了海杂波幅度概念分布特性。针对海面存在复杂大气波导环境,提出一种基于射线追踪方法的波束入射角计算方法,以及基于抛物型方程方法的传播因子计算方法,提出了一种蒸发波导环境下海杂波散射系数图计算方法。 对机载雷达杂波建模方法进行了深入研究,认为杂波功率谱计算是建模主要内容。介绍了一种脉冲多普勒雷达距离-多普勒杂波功率谱闭合计算方法,并对该算法进行了计算机仿真验证。在该算法基础上,给出了一种易于工程实现的杂波功率谱实时算法。 利用零记忆非线性变换方法和球不变随机过程方法,实现了雷达发射波形为常规脉冲情况下的相参相关Raylei曲分布、相参相关LogNormal分布、相参相关Weibull分布和相参相关K分布杂波模拟。 对杂波空间相关特性进行了研究,提出了一种实现常规脉冲雷达空间相关杂波模拟方法。 在对雷达回波信号研究和常规脉冲杂波模拟的基础上,提出了雷达发射波形为脉冲扩谱信号情况下杂波模型以及相应的模拟方法,并用蒙特卡罗仿真方法分析了雷达发射波形对杂波的幅度概率分布特性、时间相关特性、空间相关特性影响,分析结果对雷达杂波模拟以及雷达信号处理都有实际应用意义。 介绍多功能雷达信号模拟器总体设计原理,杂波产生支路的硬件软件设计方法。在系统软件设计方案中,采用Delphi软件在操作计算机中实现了雷达平台、发射信号波形、杂波类型、杂波功率谱、杂波分布以及杂波区域等相关杂波参数设置,采用C++语言在嵌 国防科学技术大学研究生院学位论文 入式计算机中实现了多种雷达平台下杂波散射系数图的计算以及随机调制序列的产生,采 用相关DSP软件在ADSP21161中实现了杂波数据实时再处理与调度。在系统硬件设计方案 中,采用了独特的“主控DSP+D DS+衰减网络”的硬件结构,利用DDS强大的信号生产功能, 保证了在相同的硬件结构上通过改变软件设置实现多种雷达发射波形下杂波模拟。与课题 组成员共同设计并实现了一套“多功能雷达信号模拟器”系统,测试结果表明该系统达到 了系统设计的主要技术要求,由于采用系统模块化设计,可以提供满足多种雷达调试要求 的雷达信号。 关键词:雷达信号模拟器杂波建模杂波模拟地面雷达舰载雷达机载雷达 常规脉冲雷达脉冲压缩雷达 一一-一一一一一一一 II


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