雷達信號處理系統仿真

何 凱 ，高嬌嬌，溫秀麗

（江蘇科技大學 電子信息學院，江蘇 鎮江 212003）

雷達信號處理系統仿真

何 凱 ，高嬌嬌，溫秀麗

（江蘇科技大學 電子信息學院，江蘇 鎮江 212003）

該文以海上作戰指揮系統中的艦載雷達為背景，對戰場環境下艦艇編隊作戰指揮系統中的艦載某脈沖壓縮雷達信號處理系統進行建模與仿真，仿真結果表明這種方法能夠較好的反映雷達信號處理系統的各部分性能，滿足系統調試的要求。

信息科學與系統科學；脈沖多普勒雷達；雷達信號處理；動目標顯示

雷達仿真技術是隨著雷達理論的發展而深入研究的，大量的理論研究提供了雷達仿真系統建立數學模型的基礎。本文以海上作戰指揮系統中的艦載雷達為背景，對戰場環境中的雷達系統仿真方法進行研究。Mathworks公司的Matlab提供了強大的仿真平臺，在科研工作中Matlab已經成為一種非常重要的研究工具[1]。

1 雷達信號處理系統仿真

脈沖多普勒（pulse_doppler，PD）雷達是在動目標顯示雷達的基礎上發展起來的一種新型雷達體制。圖1是PD雷達系統仿真原理圖。

圖1 PD雷達系統仿真原理圖Fig.1 PD Radar system simulation diagram

該雷達回波信號包括目標信號、海雜波和系統噪聲[2]，對接收到的雷達回波信號進行正交雙通道處理，再進行脈沖壓縮處理，然后進行動目標顯示（MTI）和動目標（MTD），可以抑制雜波，提高信噪比。最后利用恒虛警檢測（CFAR）就可以檢測出目標。

1.1 雷達設計

設計一部艦載雷達實現搜索和跟蹤任務，計算中使用如下雷達方程[3]：

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

線性調頻（LFM）脈沖是指在持續期間（脈內）頻率連續線性變化，中頻的LFM信號表達式為：

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

式（3）中σ是雜波的標準差，x是回波的包絡振幅。

1.2 雷達信號處理仿真

采用脈沖壓縮（PC）雷達體制，頻域脈壓是先對輸入信號進行FFT，然后和匹配濾波器的頻率特性H（f）在頻域相乘，最終進行了IFFT得到頻域脈壓結果，即

經脈沖壓縮處理，采用加權匹配濾波器的方法，權系數為chebwin窗，通過脈沖壓縮后可以提高信噪比。將信號進行動目標顯示（MTI），消除雜波，再進行動目標檢測（MTD）將信號與剩余的雜波在頻域上進行相參積累，提高信雜比，最后利用恒虛警檢測（CFAR）可檢測出目標。

2 仿真結果

本文中某脈沖多普勒雷達系統的仿真參數如下：雷達射頻為1.57 GHz，雷達發射線性調頻信號帶寬為5 MHz，時寬為 12 μs，中頻為 30 MHz，采樣頻率為 80 MHz，雷達發射功率為10 kW，天線增益為20 dB。下面給出雷達系統中幾個關鍵點波形。

2.1 線性調頻信號

雷達發射的復線性調頻信號如圖2所示。圖2中截取顯示信號的一部分，以坐標是時間 t（單位：s×10-5）為單位。

圖2 線性調頻信號的實部Fig.2 The real part of the linear FM signal

2.2 雷達回波信號

雷達回波信號[7]如圖3所示。雷達回波信號包括目標信號、雜波和系統噪聲。目標信號淹沒在雷達回波信號中，無法辨識。

2.3 脈沖壓縮信號

進行脈沖壓縮處理首先要獲取雷達發射信號的匹配濾波器，求線性調頻信號的脈沖壓縮系數，只需要將線性調頻信號取共軛和翻轉即可。雷達回波信號經脈沖壓縮后如圖4所示。經脈沖壓縮后，雷達回波信號的信噪比有大幅度提高。

圖3 雷達回波信號Fig.3 Radar echo signal

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

2.4 MTI和MTD處理后信號

信號經過動目標顯示（MTI），消除雜波，經過動目標檢測（MTD），提高信雜比，處理后信號如圖5所示。

圖5 MTI處理后信號Fig.5 MTI signal processing

2.5 CFAR處理結果

信號經過恒虛警（CFAR）處理后進一步確定目標數據，信號經過CFAR處理后的信號如圖6所示。

通過恒虛警處理的輸出可以計算目標的距離和多普勒頻率的測量值，與目標的真實距離和多普勒頻率比較，可以驗證本文的雷達信號處理系統仿真真實有效，基本滿足設計要求。

3 結 論

該文仿真結果表明這種方法能夠較好的反映雷達系統處理的各部分性能，實現起來又不致于太復雜而影響系統的運行速度和效率。該模型分析法具有一定的通用性，為后續的海上作戰指揮系統性能評估研究提供了參考。

圖6 CFAR處理后信號Fig.6 CFAR processed signal

[1]丁毓峰.精通MATLAB混合編程[M].北京：電子工業出版社，2012.

[2]向敬成，張明友.雷達系統 [M].北京：電子工業出版社，2001.

[3]王澤偉，賈紅進.搜索雷達建模與仿真研究[J].雷達與對抗，2005（2）：7-11.

WANG Ze-wei，JIA Hong-jin.Search radar modeling and simulation[J].Radar and Confrontation，2005（2）:7-11.

[4]丁鷺飛，耿富錄.雷達原理[M].西安：西安電子科技大學出版社，1995.

[5]巫勝洪.雷達脈內特征提取方法的研究 [J].艦船電子對抗，2002（1）：25-28.WU Sheng-hong.radarpulse characteristics extraction method[J].Shipboard Electronic Warfare，2002（1）：25-28.

[6]趙樹杰.雷達信號處理技術[M].北京：清華大學出版社，2010.

[7]林琳.基于FPGA的雷達信號處理板設計與實現[J].現代電子技術，2014（11）:51-56.

LIN Lin.Design and Implementation of radar signal processing board based on FPGA[J].Modern Electronics Technique，2014（11）:51-56.

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：201310145

何 凱（1993—），男，安徽馬鞍山人。研究方向：信號處理。