基于VSS的雷達目標回波建模與仿真

摘 要：在高級設(shè)計系統(tǒng)軟件VSS仿真平臺上，建立了雷達目標回波生成模型，對線性調(diào)頻信號模型和斯威林起伏模型做了詳細介紹，并通過仿真驗證，取得令人滿意的仿真結(jié)果。對VSS軟件在雷達系統(tǒng)建模與仿真中的應(yīng)用進行了有益的探索，為基于VSS軟件開發(fā)雷達系統(tǒng)模型庫和進行復(fù)雜雷達系統(tǒng)仿真打下了基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：目標回波；VSS；建模與仿真

前言

雷達系統(tǒng)仿真是數(shù)字仿真技術(shù)與雷達技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，與傳統(tǒng)的現(xiàn)場試驗相比，雷達系統(tǒng)仿真具有經(jīng)濟性、靈活性、可重復(fù)性等優(yōu)點。隨著雷達技術(shù)的發(fā)展，雷達系統(tǒng)的種類和用途越來越多，相應(yīng)地，雷達仿真技術(shù)所涉及的內(nèi)容也越來越豐富，對雷達的研制提出了更高的要求。隨著計算機技術(shù)的不斷發(fā)展，采用系統(tǒng)仿真技術(shù)來模擬雷達的發(fā)射、接收、信號處理等工作過程，并完成雷達系統(tǒng)的測試和性能指標檢驗，已成為雷達系統(tǒng)設(shè)計中不可缺少的途徑[1]。VSS是AWR公司推出的一套功能完備、用于設(shè)計完整的端對端通信系統(tǒng)的套件。VSS中擁有獨立的雷達開發(fā)包，比如天線庫、RF模型庫、信號處理模型庫等，為雷達系統(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仿真平臺上，建立雷達目標回波模型，并仿真驗證。

1 目標回波模型

目標回波是指雷達發(fā)射的信號照射到目標后，經(jīng)過目標的散射回到雷達天線的信號。目標回波模型里包含目標起伏，目標的距離、速度，雜波和噪聲，干擾等信息。文章不考慮雜波和噪聲，回波信號的仿真原理框圖如圖1所示。

1.1 線性調(diào)頻信號發(fā)生器

線性調(diào)頻（LFM）信號也稱Chirp信號，它是通過對載波進行線性頻率調(diào)制而得到的，線性調(diào)頻信號的復(fù)數(shù)表達式為[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)頻脈沖信號波形。通過仿真得到脈沖重復(fù)周期為20us，占空比為5%，帶寬為10MHz的線性調(diào)頻信號的時域波形和頻譜，如圖3所示。

1.2 斯威林起伏模型

由于雷達要探測的目標十分復(fù)雜且多樣，因此目標回波的幅度和相位在不同時刻可能會有起伏，相位起伏稱為角閃爍，而幅度起伏稱為幅度閃爍。角閃爍導(dǎo)致目標的遠場后向散射波前變成非平面的，在對目標參數(shù)測量時產(chǎn)生測量誤差，特別是可能嚴重影響測角精度。目標的幅度閃爍可依據(jù)目標的尺寸、形狀、動態(tài)特性以及相對于雷達的運動而快速或慢速變化。

式（2）給出了目標的反射特性。

目標RCS的幅度閃爍通常可以用一個接近而又合理的模型來估計目標起伏的影響，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3中已經(jīng)介紹了斯威林2型隨機序列的生成算法，文章不再贅述。

同MATLAB進行協(xié)同建模與仿真是VSS軟件的一大優(yōu)勢，因此可以使用這一優(yōu)勢進行斯威林起伏模型的仿真，圖4給出了斯威林起伏隨機序列的生成結(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，然后均勻分布隨機序列經(jīng)過MALTAB4模塊的計算后，便可得到斯威林隨機序列。

2 基于VSS的目標回波模型仿真

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

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

3 結(jié)束語

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

參考文獻

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

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

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