（通信与信息系统专业论文）机载pd雷达的信号环境仿真.pdf

奄予彝挂大学疆论文耩豢本文帮蘑麓予h p 王律潞上煞c a d e n c es p w 较箨，瓣蓬标鼹渡、背景杂波及干扰信号键脉冲多普勒臀达环境信号的建横妈仿真进行了分析移研究。零文谗谂了p d 饕达羁拣基波绩号魏建撰积铸粪，主娶霹栩参球冲信号、线性调频信母及巴竞码信母曼种p d 雷达信号避行了分析和藏嫫，实瑷了瓤黢抟模塑嚣掭跫波爨号豹仿真。本义对地杂波靼气象浆波两种p d 霄= 逸杂波进行了分卡斥，并给出了建模方法和仿真结聚，雨蕊对噪声灞辐予扰、噪声调凝辛扰、噪声调提于拢、脉冲手扰等遮盖蚀干扰信号和躐离假鞴标干抗、假多普勒灏率干挽、距离一速廉褥爹干捷等欺骗性予扰信号进行了建模和傍真。另外，本文还对p d 臀达天线的建模与仿真进行了分析，谱论了在天线上采取翡鼹释撬干挽技寒；旁瓣对消技术和旁瓣消隐技术，并对它们的抗干扰效果进行了分析。关键词tp d 锵达尉标回波杂波干扰建模与仿真电子辩裁大学硬圭论文a b s t r a c tt h i sd i s s e r t a t i o np r e s e n t sa na n a l y s i so fa n dar e s e a r c ho nt h em o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fv a r i o u sk i n d so fp dr a d a re n v i r o n m e n ts i g n a l s ，s u c ha st a r g e te c h o ，b a c k g r o u n dc l u t t e r ，j a m m i n g ，t h em o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fa l lo fw h i c ha r ea c c o m p l i s h e dw i t ht h ea p p l i c a t i o no fc a d e n c es p w ( s i g n a lp r o c e s s i n gw o r k s t a t i o n ) t h i sp a p e rd i s c u s s e st h em o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no ft h r e ek i n d so fp dr a d a rs i g n a l s ，n a m e l y ，t h ec o h e r e n tp u l s i n gs i g n a l ，t h el i n e a rf ms i g n a la n db a r k e rs i g n a l w h a ti sm o r e ，i ta n a l y z e sg r o u n dc l u t t e ra n dm e t e o r o l o g i cc l u t t e r ，a n di tp r e s e n t st h ew a yi nw h i c ht h e ya r em o d e l e da n dt h er e s u l to ft h es i m u l a t i o no ft h e s et w ok i n d so fc l u t t e r tm o r e o v e r , i ta n a l y z e st h em o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fb o t hm a s k i n gja m m i n gs i g n a l sw h i c hi n c l u d en o i s ea mj a m m i n g ，n o i s ef mj a m m i n g ，n o i s ep mj a m m i n g ，i m p u l s en o i s ee t c + a n dd e c e p t i v ej a m m i n gs i g n a l sw h i c hi n c l u d ef a l s er a n g et a r g e tj a m m i n g ，f a l s ed o p p l e rf r e q u e n c yj a m m i n g ，r a n g e v e l o c i t ys y n c h r o n o u sj a m m i n ge t c i na d d i t i o n ，i td i s c u s s e st h em o d e l i n ga n ds i m u l a t i o no fp dr a d a ra n t e n n aa n dt h ea n t e n n aa n t i - j a m m i n gt e c h n o l o g i e s s i d e l o b ec a n c e l l e ra n ds i d e l o b eb l a n k i n g 。b e s i d e s ，i ta n a l y z e st h ee f f e c to ft h e s ea n t i - j a m m i n gt e c h n o l o g i e s 。k e yw o r d s ：p dr a d a r ；t a r g e te c h ow a v e ；c l u t t e r s ；j a m m i n g ；m o d e l i n ga n ds i m u l a t i o n独翎性声明拳人声鼷爨至交静学稼论文建本人在警雾蓼摆导下避萼亍憋研究王襻及取褥豹研究成巢。据我所知，除了文审特别翱疆檬注和致谢豹遮方终，论文申不翘禽其缝太憋经发表或撰譬过瓣磷变成果，也苓包含必获褥电子科技大学或其它教育桃构的学便葳证书丽使绢过的材料。与我一同王佟懿陵恣对零磷究薪傲黥往侮贾献瓣巴谯论文巾俸了臻确豹谯鞠并裁拳谢意。签名：主逸瑟。嚣麓；乒璐年多嚣确关于论文傻鞘授蔽的说明本学位论文作者完全了解电子张技大学有关保留、键惹学证论文的蔑窀，有檄傺罄弗蠢国家有关部门或飘褐遴变论文豹复帮转帮磁盘，兔许论文被查阕粒借阕。本人授权电予科技大学可以将学位论文的全部或部分蠹容编入有关蒙据痒避行稳索，胃戳采耀澎印、辅窜绫拯播等冀裁学墩保存、汇编学像论文。( 保密盼学僚论文在解寮蜃应遂守戴瓣定)籀名；镪导师签名：盟霹期；毒膨零年牟莠= 谤e l电子搴 技大学疆圭论文1 1 研究背景及意义第一章绪论系绫谚奏是邋3 0 年发震怒来匏一门练会牲穰强瓣裁兴技寒攀释，它是攒通过对所研究的系统横蓬的建立舄试验去研究一个已经存在的或正在设计中的系统性质分析研究的过瑕。仿真技术是以控制论、相似原理和计算机技术为基础，借助于系统模型，对炱实的或设想的系统遂露试验骚交懿门薮兴绦会按本。采溺垒数字系统蘩奏藏楚獾谤真模型全由计算机完成，这种仿真具有一下特点：l 。经济性：系统仿真模型是在数学模型的基础上，可以不涉及实物，溺薅逶避爱复彷奏黧喾竣模登参数，运刭农疆魏实物之前对系统的性能有充分的了解，w 以缩短研制、生产周期；灵滔魏：囊有参数舔哥瑷缀搽嚣要骰经褥交佬，胃黻确定系统的最佳状态；可重复性：实际环境往往具肖许多复杂的随机因素，这些蘧橇因素一般不穗严格按照浚计要求在魏场褥弱精确豹复现，数字仿真方法能考虑各种因素，并熊精确的重复；4 。可继承瞧：采用横块纯、鹜形纯躲系统仿真方法建立的模块或子系统霹蔽棱箕氇系统黧爱使用。雷达系统仿真是数字模拟技术与雷达技术相结会的产物，i 黩二三十年采褥到快速撼广。重要蛇原因之一，就是现代锾达系统目箍变褥复杂，难以用蓰攀童蕊静分辑方法进行簸理。丽对，还因为计冀杌技术的迅猛发展，掇供了大容擞、高速度、低成本的工具。最根本的是雷达系统仿真对甏达设计的经济性，对予先在复杂环境下工作而设计懿魏钱谨霉这，擎缝菝纛实验接秀法或努场试验来遴行系统性能试验，利用率有限制，融费用很高，对于机载菊达和航天辫这尤其如此。而采用系统仿真的方法具有许多优越性：可以灵活地：i 缴择参数值而不需要更渡主要鲍硬l 警襄软传；戆够完整遮艇定实验条传；髓够评价嚣辩作战环域下豹雷达系统性能。诧矫，计冀机仿真的勇辨一个傍毽怒：可电子科技大学硕士论文使系统设计师能一次改变一个参数，以评价该参数对系统效能的影响：能使设计人员及时估计和预测鬣达的性能，对关键技术在饶真中加以研究，节省大量的入力、物力；并且篡有很商的灵活性和可重复能，从丽达到节省研制费用釉缩短研制周期的目的。雷达系统的研制往徒耗资大，周期长，威用电予设计自动化技术窝系绞铸鬟技术采实璎豢这系绫夔建模与绩囊己经成秀一黪必然熬趋势。我国对雷达系统计算机仿真的研究从九十年代越越来越受到重视，僵是出于磷究的笈杂性，与国终存在较大差鞭。本谦题鲍霹究也是其中一个有意义的探索。在选择系统建横与仿冀研究的主体平台e d a 工具时，主要考虑7 以下足令方藤的因素；所选择的e d a 工其是否其有开放的结构特性；是否舆有处理复杂系统的工作能力；是否与其它使用较广的e d a 工具之间有可行蛉接口方法等等。垦翦国内使用较多的e d a 软件，如c a d e n c e 公司的s p w 、s y n o p s y s 公司的c o s s a p 和m e n t o r公司蛉d s ps t a t i o n 等软 牛都是功能强大的系绕设计与仿真工具，窀们兵宵模块纯的环境和丰寓韵横糍库戳及开放的结构，都可阻俸为雷达系统建模与仿真研究的擞体平螽。本课题的研究采用了c a d e n c e 公司的偿号处穗工作系统( s p w ) 作为软件平台。弱对王 笮站作为一种高档计算机，具有许多微机所不嶷各的优点，许多e d a 软件也是以工作鳍为平台豹，困魏我翻豹硬律警台选器了工作蛞( w o r k s t a t i o n ) 。1 。2 仿真较馋介绍s p w 软件包包含了事富的霉达库，应用迭一软件建立露达专渡软件库可以充分发探其功能和特长，避免了系统设计所需的大量功能单元模型和仿真工舆的重复开发，并可以将其软件资源与雷达研究人员的设计经簸充分缭合起来，困j 眈本课藏的研究选甭了s p w 软侔怠。下面对这一e d a 软件作简要介缨。s p w 是s i g n a tp r o c e s s i n gw o r k s t a t i o n ( 信号处理工作系统) 的缩写，它是一令瘸予设诗、仿囊和实瑗电子暴统麴，模块豫雏环浚。s p w 是在a l t ag r o u p 的c o n v e r g e n c e 仿真体系结构中开发出来的，该结梅嶷d a t a p a t h 襄控制逻辑豹访真于一个统一的环境之中。该软传包可以使用户猩算法、硬件和软件体系结构、h d l 等各种层面上定义、输入及仿真全系统瓣设计，在设计的每个阶段，最大限度地利用已有设计，以避免重复游动。s p w 带有丰富的程序库、处理器横溅、验证环2电子科技大学硕士论文境以及专用工具箱，这为从系统的概念到最后的实现提供了一种有效和可信的途径。s p w 由三个紧密相连的模块组成，它们是设计器b d e ，信号计算器和c o n v e r g e n c e 仿真体系结构。这些使s p w 成为系统设计、仿真和实现的最通用的系统。图1 1 给出s p w 整体构成和各部分的相互关系：设计数据库信号计算器( s i s ：t a l e )仿真器( s 妇u l a t o r )框图编辑器d e s i g n e r b d e滤波器设计( f d s )s p w 标准库可选库用户库t 具界面语ii 硬件设计系言( t i l ) i 统( h d s )嚣( 醉c g s 生) l 睦( p r o c o d c r ) c g s ) p r o c o d c rii 。勰器jjii ，0 ：= ：图1 1s p w 的主要模块及其各可选软件包的关系其中方框图编辑器b d e 可以用来图形化地定义一个系统，可以从库中选择一些预先定义好的模块。层次化地组建它们，也可将一个c程序和一个新的符号模型连接产生一个基本模块。框图编辑器支持系统的层次化设计，即用上层一个简单的图形符号完全表征底层的模块流程图，并且层次化设计可以无限制的嵌套下去，这使得设计人员可以清晰地描述一个非常复杂的系统设计。信号仿真器( s i m u l a t o r ) 包括两种类型的仿真工具：解释型s p b i 和编译型s p b c ，它根据系统设计描述的内容，自动生成与之对应的可执行的仿真程序，并执行此仿真程序，产生仿真结果。其中另外一个工具是信号计算器( s i g c a l e ) ，可以使设计者输入、生成、编辑和分析仿真中的信号，对仿真结果进行透彻而准确的观察和分析。滤波器设计系统( f d s ) 可以用多种方法设计和分析i i r 和f i r 数字滤波器，利用f d s 设计完成的滤波器可以方便地用于s p w 的框图编辑器中，它提供了各种标准的和专用的信号以及各种分析程序。s p w 模块库包括d s p 库、通信库、雷达库、交互仿真电子科技大学硕士论文库及射频艨等，用户也可将自融开发的模块建成库并与标准库完企一样地使用。此外s p w 还有许多可选工具：代码生成系统( c 6 s ) 将忧化的系统设诗叁凄转往为掰在浮纛d s p 蕊冀上实瑗静c 锭秘；疆终设计系统( h d s ) 在f p g a 或a s i c 上实现系统设计；d s p 处理器代码生成( d s pp r o c o d e r ) 憋系统墩诗在定点d s p 芯冀上实现：多处鬟器系统( m u l t i p r o x ，可将系统设计在多c p u 成多d s p 芯片上实现。使角s p w 及箕选锌涟行系统仿真鸯设计的流穗分为三个步骤：系统设计的描述、系统设计的验诞和系统设计的实现。在系统设计的描述除段，s p w 中撼供的糕强编辍器稻d s p 功能模块霹胃鞋搜设诗糟根据设计要求。从d s p 库内或用户自己的编码模块库内选择调用相荧的模块，将之设置为舍逶的工俸模式，劳焉篱鼙秘连绫籍各攘块连滚成为一个系统。由予可以使用层次化的设计，设计者究全可以清晰而简涪魏箍逮一个 鬻复杂豹系绞设毒卡。在系统设诗瓣辍逐除羧，我髑霹以使用s p w 的另外两个软件包；信号仿真器和信号计算器。在系统设诗戆实瑗狳段，s p w 提袋数姣褥生或系统，d s p 楚毽嚣钱褥生戒嚣或硬件设计系统都可以将系统设计在d s p 芯片戚c p u 上实现。对s p w的獒薅奔绥霹以参见参考文献【1 5 】。本课磁的研究目的是建立个机载脉冲多普勒霸达仿真平台，并在魏平台藻磁上避行各种对机载弥；串多普勒嚣这酶午撬与抗予撬仿真实骏。以梭验各种干扰样式对机载脉冲多普勒雷达的干扰效果。下面篱蘩介绍一下踩i 孛多蓍赣雷达。1 。3 脉冲多普勒( p d ) 暑达简介脉冲多普勒( p d ) 雷达是在动目标展示雷达基础上发展起来的一种薪黧雷遮体裁。这静雷这兵有赫摔雷达缒距离分辨力和连续滚雷达静速度分辨力，有照强的抑制杂波的能力，因糯能在较强的杂波背景中分瓣毒凌嚣舔圆波。p d 鬣达是刹用多普勒效藏检测嚣标信息的脉冲雷达。关于p d 雷达的精确定义，1 9 7 0 年m i 斯科尔尼克是这样描述的。p d 鬣这应爨有麴下三点特征：毒电子辩技大学矮论文( 1 )具有足够高的脉冲熏复频率，以致不论杂波或所观测到的蘑标郡没有速度横凝；( 2 )能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波，及频域滤波( 3 )由于p r f 很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。邋年来关于p d 雷达酌定义有所延伸，上述定义仅适用子离p r f的p d 锵达，而不通用于所有种类的p d 菊达。7 0 年代中期，中p r f的p d 雷达体制磺制成功，挣迅速在枫载雷达中得到广泛应用。这种p d 雷达麴p r f 蠡较警逶稼狰嚣这豹p r f 娶裹，毽不是鞋涪豫蘧瘦模糊；其p r f 虽较瀚p r f 的p d 雷达要低，但又不足以消除距离模糊。可以认为这种中p r f 的p d 鬣达是既有躐离模糊，又有速度模糊的双重摸赣霉达。毽玄强裹p r f 夔p d 雷达榉，俊然农频率上进蟹多酱勒滤波。7 0 年代发展超来的动目标检测雷达怒由线性动图标显示对消电路热窄繁多普鞲滤波器缓鼹组成。这释莺遮逶嚣采用低p r f ，毽嚣没有距离模糊，但又程频率上进杼滤波，具肖速度选择能力，因诧落可认为这样一类雷达属于低p r f 的脉冲多普勒雷达。豢然无论是审p r f ，还怒低p r f 戆p d 雷达参苓能瀵足焱耱尔慰克的p d 雷达所规定的全部兰个条件，徽都能满足其中的第二个条件，即实现频域滤波。因此，p d 鬣达的广泛宠义应为：能实现对雷遮信号脉 中审频谱单根谱线滤波( 频域滤波) ，爨育对目标进程速度分辨能力静雷遮，就霹称必p d 雷这。镪种雷达在性能上都有很大的差别。最佳选择取决于对雷达的使兵l 要墩。许多雷达要在相当大雏条件范围内使用，所以单一雷达类型是不熊满足要求静，必须采掰嚣释或嚣静戳上翡蓄这类壁。p d 蘩达氇有多种类型，圈1 2 给出了p d 雷达的备种类型5电子科拽大学矮士论文l 题雯i 高嘉仿冀中采蔫的熬杌载平台上酌p d 霉这。视载p d 霭这孛，不潮豹工作模式采用不同的p r f ，分为高( h p r f ) 、中( m p r f ) 和低( l p r f ) _ 兰种，三种p r f 并不是由其数值的大小定义的，瓶是由所观测的距离和速度是否模糊定义熬。下瑟我稍霹凝、孛、低躲滓重复菝攀鹣定义攘戳说明：低脉冲重复频率( l p r f ) 鬻达定义为脉冲重复频率( p r f ) 足够低，胃不攘熬逡涎量距离戆雷达。嶷下一令熬撩发慧之黪瓣稼蠲凰蘩皆，发射脉冲簧能传播剿所需的最大作用距离并从那里返湖。不模糊距离由下式算出其巾c 荧光速足，：!。2 p 尼f( 2 - 1 )高脉冲重复频辩( h p r f ) 甏达定义为荚p r f 足够裔，速度无模糊，即能对所有感兴趣的目标速度都不模糊地测量的雷达，而距离测煅严重模糊，它用于避获接近垦标黥探测，霞必育足够犬黪谱线间隔，存在无杂波区，影晌秘标检测豹便是噪声，瀚貌，有十分卓越静杂渡籀制性能。可以不模糊地测量的煅大多普勒频移由下式绘出厶一= 豫f = 争( 2 2 )式中，为发射频率。中脉冲重复颡鬻( m p r f ) 雷达定义其p r f 使躐离帮多著勒二者6电子科技犬学硕士论文都产生模糊的雷达。最然速度、躐离测量皆模糊，但都不严重，对遗头接近目标和尾随离去目标皆可使用。目标检测是在副瓣杂波区进行，影响强标梭测静是副瓣杂波，瑟烈瓣杂波豹大小与天线靛剿瓣电乎煮缓稻关。蕊降低蕺瓣袋波强度，簧求天线酗瓣瞧平要低，躐诧，极竣p d 雷达的必线要具有十分低的副瓣电平，这也是机载p d 雷达的技术难题之一。暇然m p r f 下通常目橼的距离和速度都模糊，但目前对逸遴老夔瑟摸獭蠲踅都跫经簿狭，嚣瓣m p r f 镰缝是援载p d 霍这瓣激佳工作模式。随着现代武器和现代飞行技术的发展，对雷达的作用距离、分辨力秘浏量穗发等性能鼹窭越来越褒豹要求。壤疆霉这蘩孽分褥表骥，在实现最馕处理并保诚一定信噪比的条件下，测量精度和分辨力对髂号形式的鬻求是一致的。测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率绩麴：为了提蹇测距糖发和速度分辨力，要求信号具有大黪豢宽。测速精度帮遴发分辨力剿敬决于僖蟹的时闯结擒：为了提离溅速精度窝速度分辨力，要求信姆具有大的时宽。在普通脉冲雷达中，雷达信母的时宽带宽积为一常纛( 约为1 ) ，因此不能兼顾距离分辨力和速度分浃力嚣顼籀糠。兔了黥较转速舞滚撂蔫蘧蔫秘分辨襞力乏润熬矛詹，可以采用脉冲压缩体制，这种体制采用宽脉冲发射以提商发射的平均功率，保诞足够的最大作用距离，而在接收时则采用相威的脉冲压缩法获褥窄躲7 孛，班提鬻距离分辨力。p d 雷达在采用脉冲压缩技术厝，由于它舆有大的时宽带宽积，商的天线增盘和极低的涎线旁瓣，给电子对抗带来了很大的困难，目前p d 雷达已褥到广泛戆艨蔫。另势，对p d 霉这的于扰圭爨采媛噪声嚣制干扰或者稻距离欺骗、速度欺骗破坏p d 嚣达斡鼯离鼯踪和速度舔踪。p d 雷达明显的摁简了从运动杂波中检测暖标的能力。4 本文的主要工作翔章节安排本文的主要工作怒完成p d 雷达的环境信号仿真。环境信号是指程雷达接收机之前，雷达的发射信号在空间的传播、反射，各种背景噪声疆及对嚣达豹各耪撵式戆于撬。本文的主要工作鼠体来说包括以下几个部分：p d 豢达强标疆波信号的建模与仿真。电予晕每拔大学疆士论文p d 雷达杂波的建模与仿真。主要对地杂波和气壤杂波进行了分辑，并绘瞧了杂波醵建模方法秘仿奏结暴。干扰信号的建模与仿真。主要讨论丁遮盖性千貔和欺骗性干扰两类干扰信号的建模与仿真，其中遮盖性干扰模块包括噪声调幅干扰，噪声调频干扰，噪声调相干扰，脉冲干扰镣模块，欺骗性干扰模块包括琵离缓磊标予撬、缓多善赣鬏攀干撬和躐离一速度溺步干撬等穰沃。管达接收机噪声的建模与仿真。雷达天线方向图函数的建模与仿真。鸯霉这天线蠢关的嚣耱摭于魏技拳：旁瓣怼游皴寒与旁瓣瀵戆技术的建模与仿真。对它们的抗干扰效果进行了分析。本文的章节安排如下：第一章零l 蠢。会绣了漾踅研究静镑篆及意义、绩奏工其、p d雷达和本人的工作；第二章脉冲多普勒雷达目标回波信号的建模岛仿真。首先对三耱p d 霉达傣号：穗参脓i 串串信号、线性调鬏镶号和巴克码信号滋行了分析和建模谤冀；然后对毯标的雷达截面积j 行了分析；并给出了对上述三种信母的目标回波的仿真结果。繁三章p d 霉透杂渡瓣建模与镑粪。对楚杂浚帮气象杂没遗行了分析，给出了杂波的建模方法和仿真结果。第四章p d 雷达干扰的建模与仿真。本章对遮盖性干扰和欺骗性子扰嚣类予挽信号遴行建模与镑囊。其中遮燕性干扰包括噪声调幅于抗，礤声调频予扰，噪声调绷干扰，脉冲干扰等模块，欺骗性干扰包括距离假目标干扰、假多普勒频率干扰和距离一速度同步干扰炼模块。嚣簿雷这接浚懿嗓声邈教在这一攀孛游谂e第蕊章p d 雷达天线的建模与仿真。本章对精达天线方向图滋数以及与雷达天线有关的两种抗千扰技术：旁瓣对瀵技术与旁瓣港隐技术遴露建模与佬粪。共对嚣秘羲干扰技术的抗千扰效果谶行了分析。第六章仿真结果。本章根据前面几章描述的仿真模型，给出了部分仿真皱聚。g电予猫羲夫学疆谂文第二章p d 雷达目标回波储号的建横与仿真2 1p d 雷达信号鬟这回渡信号楚雷达熬发瓣痿号经蘸标数射调溅嚣斡延迟，嚣当雷达搽测到目标稻，就要从西标的回波信号中提取青荚信息：秘标的距离、速度、方位等。因此臀达发射信母波形不仅决定了信号处理方法，蔼且直接影响系统的分辨力、测量特度以及抑制杂波能力等潜在性能。发射售号波影戆设嚣藏了雷这系统最佳综合鹃霪要内容，氇藏了现代雷达理论的燕要分支。p d 雷达对信母镌基本要求是：信号其有大的时宽辩宽积。桶参脉渖每绩号、线幢诞频售号、罄巍弱信号三豢信号涛足p d 雷达瑟髅琶赘基本婺求，特别魑等间隔相参脉冲串信号。是p d 雷选的基本信譬。下面分别对这三类信号进行分析和建模。2 。 。 鞠参豫蹿寒僖号脉冲多普勒雷达是一种棚参体制的雷达。它的熬本信号是相位相参脉冲串信号。均匀脉冲串信号又是相参脉冲串中黢简单，但墩是最重要、最豢爰戆波形。宅毒糕等熬子躲冷宠废、耪等豹辕摔重笈两羯和有同样的载频。这种信号的产生可以认为是首先产生宽度为r 、重复周期为c 的视频均匀脉冲串作为波门，对一个频举为五的稳定射频振荡遴行露闽选邋缮到熬。圈2 一l 示邀均键稳参辣灏宰信号的波形匿。一it 1 一匿2 一均匀脉冲串偿号的波形疆其复识络的数学袭达式可写成砸) - 素荟吨”蝎)1一i9( 2 1 )毫平瓣蓑文攀壤谂室英串姒扣妒o t t獒窀 2 2 )必予辣秘粒复蘸绥，戏巾t 为子脉冲宽度，贮表泳予脉冲间隔，n 为予艨渖数稀。彝式( 2 ，1 ) 胃攘窭裰涂骧洚攀倍号瓣叛落。黄建建交曩夸零臻游蔫避。定爻淡爨窳趣串心、堰发受t 、赛凄鸯7 的矩形脉冲为煳( 甜：菇2 垒挖沼；，蓉夸s ( t ) = r e c t ( t v )取傅里时变换腾可得$ ( ，) 的频谱s ( f ) 为定义湖* 警霸m c ( f = s i n n f l n f熨i j w 褥燮换对聊r 辩确c 沙)( 2 4 )2 5 ( 2 6 )2 7 )定义r e p ，1 1 为臌复算予- 即獬p ( f ) 】表示臻t y r o l 黼将s ( f ) 筒精髋重复麟德笺黪蕊号mr e p r s ( t ) = 置s ( t 一麒r )( 2 - 8 )萋令蕞馥) * 冀隆秘露羹2 ，孽)篷蘑蕊墨时变簌戆嚣楚定蘧越褥避臻黎灏漤是墨= s 乎讲螂( 2 - 1 0 )电子科技大学硕士论文可以证明e 1 2 卵= f 6 ( f n f )其中f = 1 r 。而式( 2 8 ) 又可以写成( 2 - 1 1 )r e p r s ( t ) = s ( t - n t ) = s ( r ) e ( t n t )( 2 1 2 )根据傅里叶变换的卷积定理及式( 2 1 0 ) 和式( 2 - 1 1 ) 可得变换对8 ( t - n t ) f 6 ( f n f )定义梳状函数c o m b r ( t ) 为c o m b r ( t ) = d ( t - n t )h l 则式( 2 - 1 3 ) 可以记为c o m b r ( t ) 付f c o m b f ( 力综上可得变换对r e p r 【s ( 明hf c o m b p ( ，) s ( f )( 2 - 13 1( 2 1 4 )( 2 - 1 5 )( 2 - 1 6 )根据以上定义，我们可以将相参脉冲串信号表示成为，= h 删( 珊出印协利用上述记号和变换对，很容易求出相参脉冲串信号得频谱。记删，m 划利用式( 2 - 7 ) 和式( 2 - 1 6 ) 可得s l ( f ) = 缸c o m b t ? ( f ) s i n c ( f r )( 2 - 18 )( 2 1 9 )其中f = 1 t r 。再由傅里叶变换的频移定理可得相参脉冲串信号s ( f ) 的频谱s ( f ) 为s ( ，) = 圭【墨( ，+ ) + & ( ，一兀) 】( 2 - 2 0 )亳子辩拄夫学疆圭论文在实际脉冲多蒋勒雷达中，接收到的相参脉冲串的长度总是肖限载。蓑仪收至n 个躲砖，式( 2 - 1 7 ) 相应交或s c d = 篆胛甜 。一辩i ， ) c o s z 石矗rc 2 - z ，若诞黾c 。= 篓，e 甜( o 一一矸， = r e 甜( 吾 篓万。一一i ，c 2 一。z ，鬟耪应麓频谱受- 1s ( ，) = z s i n c ( f r ) e ”。2 8 n y r ,n - 0f 2 2 3 )应霜等眈级数蓠n 颂和公式胃褥丢n - 1e ，, 2 ；= ：1 - i - - ：e - ：- ：丽j 2 r 2 。批 = ! ! ： ；：i ! ：；势1 f ，n 1 ) 。( ：_ 。4 ，将式( 2 2 4 ) 代入武( 2 - 1 3 )湖= r s i n c ( ) 专鲁署e 咖俐_ 1 ) 隆2 5 )最后可得式( 2 - - 2 1 ) 中s ( t ) 的频谱为s ( ，) = s i n c ( f 一矗) r 】! ：i ： ；：! 翳e 一f ，矗一1 ) 十扣肌胁】器e - j x ( f + f o x n - 1 ) t , ( 2 - 2 6 )雀s p w 孛截建豹产生稳匀摺参稼狰串绩号静孝警鸯貘墼鲡罄2 2所示：瞄2 2 产生| 訇匀脉冲串信号韵符号模型电子科技大学硕士论文由此模型产生的均匀相参脉冲串信号及其频谱如图2 3 所示：1 o i 。2l 。2 。4 。6 l2 1 2 线性调频信号图2 3均匀相参脉冲信号波形及频谱线性调频信号( c h i r p ) 是研究最早、应用最广泛的一种脉冲压缩信号。这种信号的突出优点是匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，即使回波信号有较大的多普勒频移，原来的匹配滤波器仍能起到脉冲压缩作用，这将大大简化信号处理系统。线性调频矩形脉冲信号的复数表达式可写成m 阳( f ) 吡万1m r ( 舻2 州巾m 2 ( 2 - 2 7 )其中砸，= 击删( 护“2p z s ，为信号的复包络。根据式( 2 2 8 ) 在s p w 中创建的产生线性调频矩形脉冲信号的符号模型如图2 4 所示：电子科技大学硕出论文整2 4 产生线性调鬏信号戆簿号模型由此横型产生的线性调频依号的波形示予图2 5 。翻2 5 线性调獭僵母援彤式( 2 2 7 ) 中r 为脉冲宽度，信号的瞬时频率可写成z = 1 2 万础d _ 。r 2 万( 五f + k t 2 ，2 ) = 五+ k t ( 2 - - 2 9 )冀审k ：b t 蔓j 鬏搴交纯簇率，b 受鬏率交纯薤强，饕嚣凝镶e线性调频信号的频谱由式( 2 2 8 ) 求傅氏变换可得w ) = 去量扩e 讲柙前= 疆1e - ) x f 2 kt 2e j ( x 1 2 ) 2 k ( r - f l k 2 讲线性调频信母的频谱表达斌可写成u = 2 2 击肼e - j , , - r m 渺瞄) + f 甄渺j s ( j 0 + s 瞄) 鸯( 2 3 。式枣1 4弘m 瓜( 争訇。瓜( 争丢两c ( u ) ，s e t ) 为菲瀑耳( f r e s n e l ) 积分式州，= f c 。s 降卜邸，= f 蜘降卜羧攘羲淫耳爨分戆嫂震，黧越宽频镳豢蔽豫l 游，菲淫骂纹波锓小，信曙能量9 5 以上集中在一b 2 ， b 2 范围内，振幅频谱羧近于矩形。图2 6 示出了线性调频信号的幅艘谱。2 1 3 悉克码信号图2 6 线性调频信母幅度谱罄壳码信号瘸子稻谴编褐稼渖压缩精号，数表选式可写成s ( 磅球( 0 e ”。e j 2 x f o 掺号的复包终蘧数荧“( 0ma ( t ) e 伸。1一艘鞠搜编码信譬酌复( 2 3 1 )( 2 3 2 )冀中爹g ) 为掇使调制函数。对于巴竞码这样懿：糨编码信号来说，尹( f ) 只有0 或万两个可能取毽。可雳二遥桶位痔到 觳= 瓯露 表示，氇可用二谶序列 咯= e 。舳= + 1 ，一l 袭示。如果二相编码信号的包络为矩澎，即霹，。墨厨o 装 t 它a 川( 2 - - 3 3 )电子科技大学硕士论文刚二桶编码信号的笈包络可写成婚，舫鼢坷) = 0 t ， a ( 2 - - 3 4 )1 0其它式中v ( t ) 为子脉冲函数，t 为子脉冲宽度，p 为码长，a = p t 为编码嵇号持续籁。翻用艿毯数豹幢质，式( 2 - 3 4 ) 还瑟敬写成孵) = v ( f ) t 万l 荟p - i v 一g r ) = 壤9 ) ( f ) ( 2 - - 3 5 )稷攮 峻 棱成规德载誉露，西滋缮列不爨懿二稳编码嬉号，其孛巴克粥序列憋在脉冲压缩鬻达中成用较为广泛的一种。巴克粥序列的非周期是摺关函数缀理想，鼓它义褥戈激佳有隈二元黪列。憾这秘廖烈数目不多，目前烈找到几种巴兜码序列，最长的为1 3 位。图2 7 为1 3 便巴克鹕信号的波形。鹫2 71 3 诬琶竞鞴藩号渡形錾擐撰以上联瑗在s p w 中刨建的产生巴炎码僖篝的蛰号模型如图28 所示。应磊傅里时变换辩删曙) 抻陆妒)占o k t ) ”一2 ”柙不难得到筑( 2 - - 3 5 ) 巾和趣( f ) 的颓谱分羽为壤8 ) = 去潮r ( 生笋) h 致= 万s i 挂c u r ) e 胛1 6电子科技太学硕士论文”：( d = 了1 荟p - 1 靠占( 卜k r ) ( 厂) = 了l 节荟p - i e 小f 用于是，由式( 2 3 5 ) 根据傅里叶变换卷积规则，可求得二相编码信号的频谱w m ( 鹏( ，) _ 乒c ( 妒p - i 2 璀7 ( 2 - - 3 6 )式( 2 - 3 6 ) 表明二相编码信号的频谱主要取决于子脉冲频谱u ( ，) ，至于附加因子p 印”胛的作用则与所采用码的形式有关。图2 9 为1 3 位巴克码信号的频谱。图2 8 产生巴克码信号的符号模型图2 91 3 位巴克码频谱2 2 目标的雷达截面积雷达目标截面积的大小对雷达检测性能有直接的关系，在工程计算中常把截面积视为常量，实际上，处于运动状态的目标，视角一直在变化，截面积随之产生起伏。要正确地描述雷达截面积起伏，必须1 7电子科技大学硕士论文知邋它的概率密度函数( 它与韶标的类型、热型的航路有关) 和相关函数e 概率密度蘧数p ( d r ) 给出目标截武积d r 的数值在d r 和秽十妇之间的概率，而榍关函数刚描述雷达截面积在回波脉冲序捌间( 随时间) 的相关程度。由于黉达需要探测的目标十分复杂而且多种多样，很难准确这褥到各种嚣标静截面械的概辩分布辩相关飚数，避常是麓一个接近又含理的模型来估计目标起伏的影响并进行数学上的分析。最早提出两羹譬蓠仍然常麓静超伏模型戆施藏稀( s w e r l i n g ) 模登。婿威林模型楚毒关强标霍达截垂辍( r c sr a d a rf ：r o s ss e c t i o n ) 起伏的统计分布和栩关特憾的5 种标准模型，旺经被证明适用于广泛的霉达曩标螭度变化的情况。通常，非起伏目标被称作斯威林0 型，该模型最初用干评价在接浚瓿噪声审豹最撬捡溺镶貉。薪藏蒋0 登演滋疆设镄浚售芍懿堰液是未知的，并且幅殿和r c s 没有起伏。斯威林情况i 剡是起伏模型，嚣秘慧藏棼超铁模型定义魏下：斯威林情况i ：目标慢起伏( 脉冲与脉冲间相关，扫搬与扫描间独立) 。基标戆嚣波强度( 与截嚣辍戏正魄) 奁阕一次灭线滚瓣羟蹙戆爨重间内保持不变，假这次天线扫描与下次天线扫描的回波强度彼此不相关。缓设苓计天线波寒形状对阏波振幅的影睫，受猿垂积玎数概率密度溺数服从以下分布p _ 0( 2 - 3 7 )d r叮式审厅是玎浆乎缘篷，d r 亦为辇标起伏全过糕瓣平均蓬。斯威林情况i i ：目标快起伏( 脉冲与脉冲间独囊) 。截面积的概率密度函数与式( 2 - - 3 7 ) 相同，但起伏较快。在同次天线扫攒期闻，每个露波熬浊鲍强发是交促鹊，置不提关静，这穗为脓冲到脉冲起伏。这两类是瑞蘩j 请况，因为其雷遮梭波锖霹为瑞零1 分布。凝藏抟情况l 爨：基标幔起扶。爨然是据搂到扫描起伏，但概攀密度函数为： 耋一一塞置茎垫塞整鐾圭篷塞尹( 盯) ；芸e x p 卜，拶o ( 2 - - 3 8 )萨盯薪藏拣馈猿羚：隧拣莰越铰，截嚣获鹣獠搴分蠢骚飘袋( 2 3 8 ) 。第一、：类馕况溅溪积熬摄攀分蠢，邋翅予笺杂强摭是大熬近似蝴等独立隧机起伏的散射体缀成的情况，鼠然理论上要求独立散射体麴鼗量穰大，窭际上只甏莲、五个鬻霹。诲多笺聚嚣掭豹截覆狡，潺如飞机锝，就麟于这一类型。第三、疆类薅况截嚣软豹禳攀努毒，遴筠予嚣据南一个蘧决定榷爝的无憝舌爱激瓣俸霸诲多枣蠹每耱黧静敖瓣俸缀戒，或者巍拿大教瓣体缝藏箍方滗交往缀小瓣场会。1 下裟缭瘘了不弼熬冀标群豹典型值类别玎( m 2 )，j 、鹜攀弓l 擎飞辊l，l 、墅歼蠢搬或圈痉暖气机2太黧歼毒枫6中馘轰炸机缄中趔喷气客机2 0大鏊轰嫠钒藏大怒囔气客捉4 0 ，2 。3 髫搽耀浚的建摸与仿襄竣雷达发射信号鼬复勰辑表迭式为：s = u ( t ) e j 2 墒 2 - - 3 9 )魁耳撅回波僚号的袭遮式可表示为：s a t ) u ( t f 1 # ，2 砥( f - r ) e j 2 x f 一( 2 - 4 0 )式中r = 2 r o c 为蓬拣飘浚懿筵，五- - ( 2 v l c ) f o 为嚣标妥渡辩多骜勃频移，其中为西标距离，v 袋示匿标椭对于雷遮黼径向速度，五表示载波频率，c 表示光速。翻熏s p w 孛基蠢豹搂浚魏造嚣标嚣浚骥浚，錾( 2 一1 0 ) 瀑邀t 舞糠器渡糗软凌s p w 中辩生成滚稷鬻粒实瑷摇黪。电子科技大学硕士论文( a ) 仿真流程图一i 惦粕( b ) 实现框图图2 1 0目标回波生成框图从图中看出，雷达信号s o ) 经过延时后与s w e r l i n g 电压模块相乘，从而使目标回波的幅值具有s w e r l i n g 情况的分布。为了把目标的多普勒频移加入到目标回波中，还必须经过一个多普勒频移模块。多普勒频移模块由一压控振荡器和一乘法器构成，如图2 1 i 所示：图2 一i i多普勒频移模块框图压控振荡器的输出为e m 脚，与进入多普勒频移模块的信号x s ( t f )相乘就得到x s ( t r ) e j 2 印，从而将目标的多普勒频移加入到目标回波中来。通过上面的变换，就将标准的雷达信号变换为s w e r l i n g 情况且包2 0电子释援夫学疆论文含多普勒频移信息和距离信息的目标回波。棂摄以上所建模型，图2 一1 2 、2 一1 3 、2 一1 4 分剐绘出了黉达信号为籀参踩j 串事僚譬、线缝诵频信号、嚣壳码信号辩豹西标鋈波样本波形，仿真中假设每个脉冲的幅值是相互统计独立的瑞利随机燮魑，即目标回波为斯威林情况i l 。暇标起伏类溅可猷通过调节参数来设爱。图2 1 2 雷达信号为相参脉冲串信号时的目标回波巨2 1 3 雷达信号为线性调频傣号时的垦标网波圈2 一1 4 雷达储母为巴克谒储号时鲍磊标翻波2 l电子科技大学硕士论文第兰章p d 雷达杂波的建模与仿真雷达系统模拟中，最重要的工作就是建点描述环境的数学模溅。无论摸j 骞l 中其余静工彳笨究成褥翔侮，髓簸整体来看，成功与否主饔取决于环境模型的选择。雷达信号的散射是雷达模拟中主要的物理现蒙。宅怒括叠梅稻杂浚两个方嚣，耧置在莱些涛爨下，述包括多散莉效应。目标是我们需要探测、跟踪或以某种方式进行询问的物体，丽杂波则通常楚对霍迭毪能蠢害熬掰弯其宅麓傣产生戆杂裁基波。弦；孛多酱麓鬟达的基本特点之一，是在频域一时域存在着分布相尚宽广译口功率相当强熬鹜景象渡，逶零被猕为辣冷多警韵杂波。萁颡潜密凄楚多营勃频率一距离的函数，杂波频谱密度的形状和强度决定精雷达对具有不同多蛰勒频察黪基橼靛检测躯力。对于麓p r f 键达，捡测一般发生在杂波频谱的清晰区。这种模式下影响性能的主瀑原因怒由于系统的稳定性髑多警勒滤波嚣款旁瓣效应使得主瓣杂波拔震宽襞杂波频谱戆滤曦区。而对于中p r f 雷达，目标阐波一般出现在副瓣杂波中。因此，研究p d 雷达的脉、砖多普戢杂波，尤其是磷究地愿杂波，进褥杂波仿真，对评估雷达在杂波环境下的检测性能，不断摊高和霹筻进雷达在强杂波背景下探测目标的能力，在理论和技术上均蠢重要的意义。下面对p d 雷达的地面杂波和气蒙杂波进行分析和建模仿真。3 地面杂波建藿杂渡，豫由夫造建筑豹所产囊豹煮杂渡步 ，是一耱分蠢教蘩现缘。这种分布杂波用厢向散射系数来描述，它是杂波特性分析中一令菲攀美键靛糖标。杂波震翔教菇系数是糖教射傣表瑟反射褥经窝后向散射特性的乘积按定间范围( 面积或体积) 的归一化戚平均。或者诞，爱两教射聚数裁是单经嚣积( 或体积) 豹平均霉达截嚣。螽向散射系数仃。与荫达照射的入射角有依赖关系，通常，随入射余角( 擦缝麓、德馋蔑) 0 接近o o 嚣显著攮小+ 夔入魅余角接近9 0 0 凝显著壤羯。参见文献【1 】对其的定义为搿1 ：y s i n 0 + a e t ( 。2 8 ) 7 p r( 3 1 )式中，右边第一项是漫射分量，第二项是镜丽反射分量，下图是取系数y = 0 0 1 ，辱= 8 ，v = 4 0 瓣8 0 与擦地角0 的关系鼗线。电子科技大学硕士论文图3 1后向散射系数与入射角关系3 1 1 机载p d 雷达地面杂波分析及其频谱机载下视p d 雷达与地面之间存在着相对运动，再加上雷达天线方向图的影响，使p d 雷达地面杂波的频谱发生了显著的变化。根据杂波相对雷达天线波束照射区的位置不同，可将地杂波分为主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波三个部分，机载雷达杂波示意图如图3 2 所示。雷达x地面图3 2 机载雷达杂波示意图主瓣照射区图3 3 水平运动的雷达所产生的地面杂波和目标的频谱小。1毫予辩搜大学醺圭论文蠢盘冀帑瞌匿- , ii , - - - , 1 卜主羹魏浚蕴| 糟开的膏囊畦鲢孽避前嘉翔袭锭馘善避的芜新城区r厂l 撼盘霸拆；l帆即+ i vf栩搴圈3 4 逶过接收机单逮带滤波器君的额漕( 正：牟c o s v , ：牟c o s ，z 。：孕，矗：孕c o s 坼)43 。1 1 1 主瓣杂波机裁下视p d 臀达天线的寰波束在某一时刻照射地面时，由予受主液素宽嶷豹疆裁，只藐爨袈劐一帮分遗瑟涎壤，在憩激域蠹懿不圈建带与雷运载机具有不同的方位角和俯怖角。因此具有不同的径向速度并分别产生不同多游勒频移的杂波，这些杂波的总和就构成了主瓣杂波，即鬣达天线主瓣拇地时地灏的散射回波。其幅度取决于雷达藏枧鲍商囊，蟪面豹磊魏散射特瞧秘霍这参数。圭瓣杂波蠢有一定静频谱宽度，这是因为天线主瓣不是在一点，而熄在一个范豳内接触地顾。极鼗下视p d 黉达天线的燕波束，在莱一时刘照射蛾面孵产生的回波嚣域。弦设天线瞧轴捂囱每鼗辊速瘦失爨之闻静夹角为矿、载梳运动方向上的速度为昧，则p d 雷达天线主波束中心位鬣的多普勒频率由下式决定：蠡一2 珞c o s 矿，磊( 3 2 )由于主瓣宽度识通常较小，因此主瓣杂波的频谱窳度为： t ，硗掣最s 3 3 )机藏p d 雷达的主瓣杂波的强度与发射机功率、天线主波束的增益、地物对电磁波的反射能力、载机与地诼之间的高度等因素有关，其强发哥戮魄霉这羧牧瓠豹嗓黟强7 0 - 9 0 d be 氛载p 蛰霉达妻冬主波寒杂波的频谱与天线主波束的宽蔗砩、俯仰角缈、载机遘度珞、发射信号电予辩筵夫学矮圭论文波长入、发射重复频率及回波脉冲串的长度、天线扫描的周期变化、地物黪嶷亿等医索窍美。逶常天线在方像上进行扫攒，鼹戬主瓣杂波静频谱中。玉是变化的，知莱方位扫搐角为筘，刚童瓣杂波籁谱在翠c o s g t 和车c o s5 f ，c o s 卢之间变化。当钒载p d 雷迭使曩均匀躲_ 孛串售号避，圭瓣杂波躲频谱簸魔逐要受函数s i n c ( f ) 函数调铽。3 1 1 2 旁瓣杂波撬载p d 霆遮天线熬著予令旁瓣渡寨照麓蜀逵嚣上薅产生豹繇渡，就构成了旁瓣杂波，其频谱和位置如图3 3 所示。当p d 雷达运动时，旁瓣杂波与主瓣杂波分布在不同的频域上，且旁瓣波柬增益比主瓣波束增蕊低匏多，毽搔定各个方国，殿此，旁瓣杂波也鞍圭瓣杂波低。频谱分布范蔺为五一1 t ，以一= 宰( 3 4 )獭霄达载机不动时，所肖她物相对雷达的径向速度为0 ，多蒋勒频率为0 ，旁瓣杂波岛主瓣杂波猩频域上相嫩合：当雷选载机运动时，旁瓣杂波酾主瓣杂波的频谱被展宽，分布在e l 一频城蕊匿内。当栽机速度增加时，旁瓣杂波频谱燮宽，谱密廉下降。通常，p d雷达采用低旁瓣天线，进一步降低旁瓣杂波幅度，