基于VSS的雷達(dá)目標(biāo)回波建模與仿真

摘 要：在高級(jí)設(shè)計(jì)系統(tǒng)軟件VSS仿真平臺(tái)上，建立了雷達(dá)目標(biāo)回波生成模型，對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)模型和斯威林起伏模型做了詳細(xì)介紹，并通過(guò)仿真驗(yàn)證，取得令人滿(mǎn)意的仿真結(jié)果。對(duì)VSS軟件在雷達(dá)系統(tǒng)建模與仿真中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索，為基于VSS軟件開(kāi)發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)模型庫(kù)和進(jìn)行復(fù)雜雷達(dá)系統(tǒng)仿真打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：目標(biāo)回波；VSS；建模與仿真

前言

雷達(dá)系統(tǒng)仿真是數(shù)字仿真技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場(chǎng)試驗(yàn)相比，雷達(dá)系統(tǒng)仿真具有經(jīng)濟(jì)性、靈活性、可重復(fù)性等優(yōu)點(diǎn)。隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，雷達(dá)系統(tǒng)的種類(lèi)和用途越來(lái)越多，相應(yīng)地，雷達(dá)仿真技術(shù)所涉及的內(nèi)容也越來(lái)越豐富，對(duì)雷達(dá)的研制提出了更高的要求。隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來(lái)模擬雷達(dá)的發(fā)射、接收、信號(hào)處理等工作過(guò)程，并完成雷達(dá)系統(tǒng)的測(cè)試和性能指標(biāo)檢驗(yàn)，已成為雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)中不可缺少的途徑[1]。VSS是AWR公司推出的一套功能完備、用于設(shè)計(jì)完整的端對(duì)端通信系統(tǒng)的套件。VSS中擁有獨(dú)立的雷達(dá)開(kāi)發(fā)包，比如天線庫(kù)、RF模型庫(kù)、信號(hào)處理模型庫(kù)等，為雷達(dá)系統(tǒng)的建模與仿真提供了有效的工具。文章的主要內(nèi)容就是在VSS仿真平臺(tái)上，建立雷達(dá)目標(biāo)回波模型，并仿真驗(yàn)證。

1 目標(biāo)回波模型

目標(biāo)回波是指雷達(dá)發(fā)射的信號(hào)照射到目標(biāo)后，經(jīng)過(guò)目標(biāo)的散射回到雷達(dá)天線的信號(hào)。目標(biāo)回波模型里包含目標(biāo)起伏，目標(biāo)的距離、速度，雜波和噪聲，干擾等信息。文章不考慮雜波和噪聲，回波信號(hào)的仿真原理框圖如圖1所示。

1.1 線性調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器

線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)也稱(chēng)Chirp信號(hào)，它是通過(guò)對(duì)載波進(jìn)行線性頻率調(diào)制而得到的，線性調(diào)頻信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式為[2]：

式中：？子為脈沖寬度，？滋=？注？子為頻率變化斜率， f0為雷達(dá)中心頻率，B為帶寬。

圖2給出了基于VSS的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)發(fā)生器的內(nèi)部結(jié)構(gòu)，可以改變其中的參數(shù)得到不同的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)波形。通過(guò)仿真得到脈沖重復(fù)周期為20us，占空比為5%，帶寬為10MHz的線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜，如圖3所示。

1.2 斯威林起伏模型

由于雷達(dá)要探測(cè)的目標(biāo)十分復(fù)雜且多樣，因此目標(biāo)回波的幅度和相位在不同時(shí)刻可能會(huì)有起伏，相位起伏稱(chēng)為角閃爍，而幅度起伏稱(chēng)為幅度閃爍。角閃爍導(dǎo)致目標(biāo)的遠(yuǎn)場(chǎng)后向散射波前變成非平面的，在對(duì)目標(biāo)參數(shù)測(cè)量時(shí)產(chǎn)生測(cè)量誤差，特別是可能?chē)?yán)重影響測(cè)角精度。目標(biāo)的幅度閃爍可依據(jù)目標(biāo)的尺寸、形狀、動(dòng)態(tài)特性以及相對(duì)于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)而快速或慢速變化。

式（2）給出了目標(biāo)的反射特性。

目標(biāo)RCS的幅度閃爍通常可以用一個(gè)接近而又合理的模型來(lái)估計(jì)目標(biāo)起伏的影響，目前廣泛使用的起伏模型是斯威林（Swerling）模型，文章采用斯威林2型。文獻(xiàn)3中已經(jīng)介紹了斯威林2型隨機(jī)序列的生成算法，文章不再贅述。

同MATLAB進(jìn)行協(xié)同建模與仿真是VSS軟件的一大優(yōu)勢(shì)，因此可以使用這一優(yōu)勢(shì)進(jìn)行斯威林起伏模型的仿真，圖4給出了斯威林起伏隨機(jī)序列的生成結(jié)構(gòu)圖。

由圖4可知，首先使用VSS軟件中的MATLAB4模型調(diào)用產(chǎn)生斯威林2型的matlab程序，然后均勻分布隨機(jī)序列經(jīng)過(guò)MALTAB4模塊的計(jì)算后，便可得到斯威林隨機(jī)序列。

2 基于VSS的目標(biāo)回波模型仿真

圖5給出了基于VSS的目標(biāo)回波信號(hào)產(chǎn)生模型，從圖中可得，線性調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器首先經(jīng)過(guò)斯威林2型起伏模塊，從而使目標(biāo)回波的幅度具有斯威林2型情況的起伏，然后信號(hào)分別經(jīng)過(guò)延時(shí)和多普勒頻移模塊，加入目標(biāo)的距離和速度調(diào)制信息。

通過(guò)仿真，就將標(biāo)準(zhǔn)的線性調(diào)頻信號(hào)變換為包含距離、速度信息和斯威林2型起伏模型的目標(biāo)回波信號(hào)。得到目標(biāo)回波的時(shí)域波形如圖6所示。

3 結(jié)束語(yǔ)

文章對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)和斯威林起伏模型進(jìn)行了研究，建立了線性調(diào)頻信號(hào)發(fā)生器模型和斯威林隨機(jī)序列生產(chǎn)算法，最后基于VSS軟件建立了雷達(dá)目標(biāo)回波模型，通過(guò)仿真，得到了目標(biāo)回波信號(hào)。對(duì)VSS軟件在雷達(dá)系統(tǒng)建模與仿真中的應(yīng)用進(jìn)行了有益的探索，為基于VSS軟件開(kāi)發(fā)雷達(dá)系統(tǒng)模型庫(kù)和進(jìn)行復(fù)雜雷達(dá)系統(tǒng)仿真打下了基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)

[1]朱持恒.PD雷達(dá)接收機(jī)及信號(hào)處理系統(tǒng)SPW仿真研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2004：3-4.

[2]邱麗原.線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮仿真與分析[J].電子科技，2011，24（7）：117-118.

[3]徐喜安.單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)的建模與仿真研究[D].成都：電子科技大學(xué)，2006.