LabVIEW和Matlab在雷達系統仿真中的應用

張廷軍

摘要：為了使雷達系統更接近真實雷達效果并充分利用Matlab強大的數據計算分析能力與LabVIEW優越強大的圖像界面設計能力，我們先應用Matlab設計優化算法，然后用LabVIEW與其聯合仿真，最終實現LabVIEW仿真結果與Matlab設計結果相同。文章對于相對簡單的線性調頻脈沖壓縮雷達系統進行試驗，通過試驗證明此方法可行，并驗證了相關結論。

關鍵詞：雷達系統仿真 線性調頻 聯合

中圖分類號：TN955 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0055-02

1 引言

近年來，數字信號處理技術、電子技術及計算機技術的革命性發展，使得雷達仿真技術有了新的發展。因此雷達模擬仿真成為性能測試過程中不可缺少的重要方式。Matlab是現在非常受歡迎的擁有強大的數據計算分析能力的軟件。信息與計算機技術通過不斷的發展，各個領域對數據計算的能力都有廣泛的需求，是雷達模擬仿真的重要工具。Matlab的循環的執行速度、符號計算功能較弱，界面開發能力較差。LabVIEW是由美國國家儀器公司研制開發的面向對象的圖形化編程語言，根據需求，用戶可以設計相應的儀器系統。LabVIEW 提供眾多輸入控件和顯示控件用于創建用戶界面。創建用戶界面后，可用VI和結構來添加代碼，從而控制前面板對象。因此結合兩者的優點，可以通過LabVIEW來實現Matlab所設計與改進的雷達模擬仿真系統，這樣結合當進行雷達系統仿真時可以得到更優秀的交互界面，便于操作并能將雷達系統仿真效率大大提高。

2 LabVIEW與Matlab相結合在雷達系統仿真中的應用

2.1 雷達信號仿真原理簡介

下面對一個具體實例“線性調頻（Linear Frequency Modulation LFM）脈壓雷達”進行仿真討論[1-2]。

脈沖壓縮雷達通過發射寬脈沖信號，然后經過對回波的接收與處理輸出窄脈沖信號的雷達。首先將發射的寬脈沖進行編碼，然后在接收機中采用匹配濾波的方法處理，之后便可獲得脈沖壓縮效果的信號。脈沖壓縮技術的提出很好的解決了當在發射端發射大的時寬、帶寬信號時，可以提高信號的速度分辨力以及速度測量的精確度，而在雷達的接收端，將寬的脈沖信號通過壓縮將其變為窄脈沖信號，用來將雷達對目標距離向的分辨精度以及分辨力提高[3]。脈沖壓縮雷達的發射信號最常使用的是LFM信號，在接收端的脈沖壓縮采用匹配濾波器（Matched Filter）來實現[4]。雷達（radio detection and ranging）是用無線電的方法來發現目標并進一步探測它們的位置、速度等參數的設備。

2.2 LabVIEW與Matlab共同實現雷達系統的仿真

直到現在LabVIEW已經可以很好地把Matlab合成起來。但是它還是依然不可以自己獨立于Matlab運行，如果想使應用獨立于Matlab開發，可以選擇的方法有基于DLL與COM的組件等。

LabVIEW主要用于數據采集與信號處理，儀器控制，自動化控制等，在圖形化編程語言中相對易學易用，在虛擬儀器的設計方面與測控軟件的開發上已經是在事實上的工業化的標準。然而Matlab在矩陣運算與圖像處理方面提供了強大的運算能力，而且在工程的計算方面有著非常廣泛的使用，其他軟件與它的優勢是無法比擬的。所以，對于使用兩者一起來聯合編程也被人們普遍的討論。到現在為止，應用程序在相互通信方面的技術其中有動態數據交換技術，動態鏈接庫技術，還有基于COM的ActiveX和組件對象模型的技術。不僅LabVIEW而且Matlab也支持這些技術，這些就為兩者之間的數據通信提供了條件。

調用“Matlab Scrip”節點方法雖然快捷但不利于較大應用程序的開發，調用ActiveX服務器和COM組件的方法相對復雜，且不便于修改程序，后者也不便于查看中間變量。

本文采用的是首先使用Matlab設計雷達系統仿真的方法與算法，然后使用LabVIEW實現Matlab的方法，以便使方法更接近于真實的雷達系統，達到更好的效果。

2.3 基于LabVIEW與Matlab雷達系統仿真平臺的開發

根據以上原理編寫了Matlab程序，并進行優化，實現了線性調頻脈沖壓縮雷達的多目標測距的功能。

圖中第一個圖為沒有經過脈沖壓縮的雷達回波，第二個圖為經過脈壓之后并將橫軸換算成距離的雷達回波圖，可以看出與給定的參數比較接近，第三個波峰放大后可以看到可以分辨出相距20米的目標，但第四個波峰相對分辨的不是很清晰。第三個圖橫軸為點數沒有反映出距離信息。

根據上述Matlab程序，利用LabVIEW實現的雷達系統仿真操作界面圖2所示。

主題框架由參數輸入控件，波形圖顯示控件組成，通過參數輸入控件可以通過改變系統參數來分析系統性能。經過對比，應用LabVIEW編寫的程序運行結果與Matlab設計的仿真系統結果相同，其參數控制及結果顯示更為直觀便捷。本文是對相對簡單的情況做出分析說明。

3 結語

本文針對LabVIEW和Matlab在雷達系統仿真中廣泛應用的情況，將兩者的優勢相結合，首先利用Matlab強大的數據處理能力設計優化算法，然后利用LabVIEW簡潔直觀并且更接近真實系統的特點實現Matlab的功能，為后續工作打下良好基礎。后續可以將LabVIEW進行模塊化封裝及調用，可以開發出更加完善的雷達系統仿真系統，使其參數可調并實現發射信號的多樣化及可隨意更換的功能。

參考文獻

[1]張德豐.Matlab語言高級編程[M].北京：機械工業出版社，2010.

[2]陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典叢書[M].2011.

[3]王杰.脈沖壓縮雷達的干擾技術研究[D].電子科技大學，2010.

[4]向敬成，張明友.雷達系統[M].北京：電子工業出版社，2001.