雷达信号处理系统仿真

何 凯 ，高娇娇，温秀丽

（江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212003）

雷达信号处理系统仿真

何 凯 ，高娇娇，温秀丽

（江苏科技大学 电子信息学院，江苏 镇江 212003）

该文以海上作战指挥系统中的舰载雷达为背景，对战场环境下舰艇编队作战指挥系统中的舰载某脉冲压缩雷达信号处理系统进行建模与仿真，仿真结果表明这种方法能够较好的反映雷达信号处理系统的各部分性能，满足系统调试的要求。

信息科学与系统科学；脉冲多普勒雷达；雷达信号处理；动目标显示

雷达仿真技术是随着雷达理论的发展而深入研究的，大量的理论研究提供了雷达仿真系统建立数学模型的基础。本文以海上作战指挥系统中的舰载雷达为背景，对战场环境中的雷达系统仿真方法进行研究。Mathworks公司的Matlab提供了强大的仿真平台，在科研工作中Matlab已经成为一种非常重要的研究工具[1]。

1 雷达信号处理系统仿真

脉冲多普勒（pulse_doppler，PD）雷达是在动目标显示雷达的基础上发展起来的一种新型雷达体制。图1是PD雷达系统仿真原理图。

图1 PD雷达系统仿真原理图Fig.1 PD Radar system simulation diagram

该雷达回波信号包括目标信号、海杂波和系统噪声[2]，对接收到的雷达回波信号进行正交双通道处理，再进行脉冲压缩处理，然后进行动目标显示（MTI）和动目标（MTD），可以抑制杂波，提高信噪比。最后利用恒虚警检测（CFAR）就可以检测出目标。

1.1 雷达设计

设计一部舰载雷达实现搜索和跟踪任务，计算中使用如下雷达方程[3]：

式（1）中 Pav=Ptτfr是平均发射功率，Pt是峰值发射功率，τ是脉冲宽度，fr为脉冲重复频率 （PRF），Gr是发射天线增益，Gr是接收天线增益，λ 是波长，σ 是目标截面积，I（np）是改善因子，np是积累脉冲数，k=1.38×10-23J/K是玻尔兹曼常数，Te是有效噪声温度，F是系统噪声系数，B是接收机带宽，Lt是总的系统损失包括积累损失，Lf是由于目标起伏造成的损失，（SNR）1是检测所需要的最小单个脉冲的SNR，R是雷达距离。

线性调频（LFM）脉冲是指在持续期间（脉内）频率连续线性变化，中频的LFM信号表达式为：

回波信号的杂波信号仿真中采用瑞利分布杂波，瑞利分布杂波信号的概率密度函数表示如式（3）：

式（3）中σ是杂波的标准差，x是回波的包络振幅。

1.2 雷达信号处理仿真

采用脉冲压缩（PC）雷达体制，频域脉压是先对输入信号进行FFT，然后和匹配滤波器的频率特性H（f）在频域相乘，最终进行了IFFT得到频域脉压结果，即

经脉冲压缩处理，采用加权匹配滤波器的方法，权系数为chebwin窗，通过脉冲压缩后可以提高信噪比。将信号进行动目标显示（MTI），消除杂波，再进行动目标检测（MTD）将信号与剩余的杂波在频域上进行相参积累，提高信杂比，最后利用恒虚警检测（CFAR）可检测出目标。

2 仿真结果

本文中某脉冲多普勒雷达系统的仿真参数如下：雷达射频为1.57 GHz，雷达发射线性调频信号带宽为5 MHz，时宽为 12 μs，中频为 30 MHz，采样频率为 80 MHz，雷达发射功率为10 kW，天线增益为20 dB。下面给出雷达系统中几个关键点波形。

2.1 线性调频信号

雷达发射的复线性调频信号如图2所示。图2中截取显示信号的一部分，以坐标是时间 t（单位：s×10-5）为单位。

图2 线性调频信号的实部Fig.2 The real part of the linear FM signal

2.2 雷达回波信号

雷达回波信号[7]如图3所示。雷达回波信号包括目标信号、杂波和系统噪声。目标信号淹没在雷达回波信号中，无法辨识。

2.3 脉冲压缩信号

进行脉冲压缩处理首先要获取雷达发射信号的匹配滤波器，求线性调频信号的脉冲压缩系数，只需要将线性调频信号取共轭和翻转即可。雷达回波信号经脉冲压缩后如图4所示。经脉冲压缩后，雷达回波信号的信噪比有大幅度提高。

图3 雷达回波信号Fig.3 Radar echo signal

图4 脉冲压缩信号Fig.4 Pulse compression signal

2.4 MTI和MTD处理后信号

信号经过动目标显示（MTI），消除杂波，经过动目标检测（MTD），提高信杂比，处理后信号如图5所示。

图5 MTI处理后信号Fig.5 MTI signal processing

2.5 CFAR处理结果

信号经过恒虚警（CFAR）处理后进一步确定目标数据，信号经过CFAR处理后的信号如图6所示。

通过恒虚警处理的输出可以计算目标的距离和多普勒频率的测量值，与目标的真实距离和多普勒频率比较，可以验证本文的雷达信号处理系统仿真真实有效，基本满足设计要求。

3 结 论

该文仿真结果表明这种方法能够较好的反映雷达系统处理的各部分性能，实现起来又不致于太复杂而影响系统的运行速度和效率。该模型分析法具有一定的通用性，为后续的海上作战指挥系统性能评估研究提供了参考。

图6 CFAR处理后信号Fig.6 CFAR processed signal

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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 稿件编号：201310145

何 凯（1993—），男，安徽马鞍山人。研究方向：信号处理。