PD雷达系统的仿真
PD雷达系统的仿真
文章来源： 微信公众号：EW Frontier
雷达仿真原理
1.1 发射信号原理
雷达发射信号采用线性调频信号，线性调频信号发射的时候这采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接收时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
线性调频信号LFM信号的数学表达式为：
图1.1典型的LMF信号（a）上调频（b）下调频
1.2 雷达回波仿真原理
1.3 匹配滤波原理
1.3.1 时域匹配滤波
在时域进行处理是采用滑动滤波器（FIR）来实现的。其运算量大，难以满足实时处理的要求，频域匹配滤波是傅立叶变换后频谱相乘，可采用FFT算法大幅度降低运算量，满足实时处理的要求。
1.3.1 频域匹配滤波
在时域进行处理是采用滑动滤波器（FIR）来实现的。其运算量大，难以满足实时处理的要求，频域匹配滤波是傅立叶变换后频谱相乘，可采用FFT算法大幅度降低运算量，满足实时处理的要求。
1.4 MTD（动目标检测）原理
MTD就是实现一个相参积累的过程。其目的是集中多个脉冲重复周期内雷达发射的所有信号所有能量，获取最大输出信噪比。脉冲积累可以采用横向滤波器实现。
因此，CFAR处理器需要利用周围临近单元中的数据值，对待检单元的平均干扰噪声功率进行估计。参考单元、保护单元和待检单元合在一起被称为CFAR处理窗。
1.5 恒虚警检测（CFAR）
因此，CFAR处理器需要利用周围临近单元中的数据值，对待检单元的平均干扰噪声功率进行估计。参考单元、保护单元和待检单元合在一起被称为CFAR处理窗。
1.6 距离测量
测量目标的距离是雷达的基本任务之一。雷达利用无线电波的匀速直线传播特性进行距离测量。则目标到雷达之间的距离R可以通过测量电波往返一次的时间tR得到。即
延迟时间tR。有两种定义回波到达时间tR的方法：一种是以目标回波脉冲的前沿作为它的到达时刻；另一种是以回波脉冲的中心(或最大值)作为它的到达时刻。
这里以单脉冲距离测量为例讨论距离测量的仿真方法，脉冲串的距离测量可以利用类似的方法实现。为了实现脉冲的全部潜在的测距分辨力，为了使距离测量的更精确，采样可能以比脉冲宽度小很多的间隔进行。然后在相邻距离仓中的数值之间采用插值法确定距离。
仿真中距离测量的公式为：
1.7 速度测量
在雷达应用的很多场合，仅仅知道目标相对于雷达的当前位置(角度和距离)是不够的，还必须能够预测雷达在未来某个时刻的位置。为此，我们就必须知道目标的运动速度。有两种常用的方法可用来测量速度。第一种方法称做“距离微分法'，是根据被测距离随时间的变化为基础，计算出速率。第二种方法，也是较优的一种就是用雷达测量目标的多普勒频率进而得到目标的运动速度。本次仿真采用第二种方法。
速度从多普勒频率表达式可以计算得出。
式中：fd为多普勒频率，λ为波长。因此目标的运动速度可以通过测量多普勒频率来得到。在没有多普勒模糊度的情况下，目标多普勒频率仅仅通过留意目标在滤波器组中的位置便可以测定。为了能同时测量多个目标的速度并提高其测速精度，一般在相位检波器后(或在杂波抑制滤波器后)应串接并联的多个窄带滤波器，滤波器的带宽应和回波信号谱线宽度相匹配，滤波器组相互交叠排列并覆盖全部多卜勒频率测量范围。有了多个相互交叠的窄带滤波器，就可以根据目标回波出现的滤波器序号位置，直接或用内插法决定其多卜勒频移和相应的目标径向速度。
1.8 角度测量
由于雷达要跟踪多个目标，数据率要求高，在对一个方向进行搜索和跟踪时，雷达波束在此方向驻留的时间很短，通常只有几个重复周期，因此，通常采用单脉冲测角法。通常所用的单脉冲测角方法主要有三种：比幅法、相位和差法、振幅和差法。这里主要研究振幅和差法。
振幅法测角是用天线收到的回波信号幅度值来做角度测量的，该幅度值的变化规律取决于天线方向图以及天线扫描方式。以图 1.8为例，当目标角度以两个波束轴线为基准偏离A波束时，波束A 的回波幅度更强。
振幅和差法需要形成和波束和差波束，利用和差波束的斜率关系进行角度测量。测角时采用两个相同且彼此部分重叠的波束，其方向图与和差波束如图1.10所示。
1.9 解模糊
雷达系统结构及仿真参数
2.1 雷达系统结构
仿真就是在计算机上重现整个雷达系统和其动态工作过程，并调整参数反复运行，使系统性能最优。建立雷达系统模型是雷达仿真工作中一个非常重要的环节，不管是系统验证还是系统设计，都必须给出一个完整的雷达系统模型(包括天线、发射机、接收机、信号处理机、检测器、恒虚警处理器和数据处理器等)，并且能用数学表达式进行描述，然后将其变成一个“软雷达”。当然，最好是能利用某种平台，事先建立各个单元的仿真模块，构建一个雷达模块库，仿真时按照系统结构将它们从模块库中调出来，用线连接起来，便构成了一个所需要的“软雷达”。雷达原理方块图如图2.1所示
2.2 雷达系统仿真流程
本课题仿真需要仿真雷达信号的发射、传播、散射、接收、滤波、信号处理、数据处理的全部物理过程，因此应当实现对雷达发射机、天线、接收机、回波信号处理、数据处理的建模与仿真。具体的仿真流程图如图2.2所示。
2.3 雷达系统仿真参数设置
- 发射功率 Pt=20kw；
- 中心频率 Fc=1GHz；
- 脉宽Tp=8us;
- 脉冲重复频率 Fr=8KHz,11KHz,13KHz；
- 带宽 B=10MHz；
- 采样率 Fs=20MHz；
- 噪声系数 F=10^(6.99/10)；
- 天线孔径 D=5 m；
- 天线增益 G=32db；
- 波束主瓣初始指向 Theta0=；
- 天线波束转速 Wa=/s；
- CPI周期数 Num_Tr_CPI=64；
- 目标距离 R=70km；
- 目标平均后向散射截面积 RCS=1m^2；
- 目标方位角 Theta_target=；
- 目标速度 V=2100m/s；