胡海莽1，杨万海
（西安电子科技大学电子工程学院，陕西 西安 710071）
摘要：利用计算机仿真技术的可控制性，可重复性，无破坏性，安全性，经济性等特点与优势对雷达电子对抗装备及其技术与战术运用等进行仿真与效能评估，是当前和未来雷达与电子对抗领域研究中的一种重要手段。本文的工作是建立一个基于Simulink的雷达系统仿真库，因为MATLAB的使用广泛性，因此基于其上的雷达系统仿真库较易推广。该雷达系统仿真库不仅可以协助设计雷达系统而且可以帮助学生学习雷达系统。柔性自动化生产线
关键词：雷达；建模；仿真
Modeling and Simulation of PD Radar System Based on Simulink
HU Hai-Mang, YANG Wan-Hai
(Xidian Univ, Xi’an 710071, China)
Abstract: The modeling and simulation of radar systems with system simulation tools make it possible to complete scheme reasoning and performance evaluation efficiently. This paper constructs some radar function blocks and models and simulates a pulse Doppler radar system based on Simulink5.0.The software is perfectly applied in the study of algorithms in radar signal processing and displays the system’s performance.
Keywords: radar; modeling; simulation; Simulink;
1 引言
在雷达信号处理系统中系统级仿真占有极其重要的地位，经过系统级仿真能够保证产品在最高层次上的设计正确性。因为外场模拟真实战场复杂电磁环境是非常困难的，同时也耗资巨大。外场试验的次数有限，难以全面反映雷达系统在各种复杂环境下的性能，外场测试和设计修改使得试验周期长，并造成巨大浪费。 以往的工作多是基于EDA平台如SPW和SystemView，这些软件专业性很强，而且价格较贵，因此基于这些平台的雷达系统仿真库也较难推广。本文的工作是建立一个基于Simulink的雷达系统仿真库，因为MATLAB的广泛性使用，因此基于其上的雷达系统仿真库较易推广。该雷达系统仿真库不仅可以协助设计雷达系统而且可以帮助学生学习雷达系统。
Simulink是一种开放性的，用来模拟线性或非线性的以及连续或离散的或者两者混合的动态系统的强有力的系统级仿真工具。它是MATLAB的一个附加组件，用来提供一个系统级的建模与动态仿真工作平台。Simulink是用模块组合的方法来使用户能够快速、准确地创建动态系统的计算机模型的。另外，Simulink还提供一套图形动画的处理方法，使用户可以方便地观察到仿真的整个过程。
Simulink5.0在软硬件的接口方面有了长足的进步，Simulink已经可以很方便地进行实时的信号控制和处理、信息通信以及DSP的处理。仿真程序经过编译可以直接下载到DSP等硬件设备中去，使得从系统级仿真到硬件实现可以一气呵成。
本文的仿真基于MATLAB6.5及其所带的Simulink5.0。
2 脉冲多普勒雷达系统仿真
脉冲多普勒（PD）雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制。这种雷达具液化气燃烧器
作者简介：胡海莽（1977-），男，江苏省淮安市人，现为西安电子科技大学电路与系统学科硕士研究生，研究方向为信息处理，系统仿真。
有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强的抑制杂被的能力，能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波。PD 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达，能实现对雷达信 号脉冲串频谱单根谱线滤波(频域滤波)，具有对目标进行速度分辨的能力。
图1是PD 雷达系统仿真原理框图，脉冲发生器产生相参脉冲串信号，然后通过目标回波模块加入目标信息，包括目标的多普勒信息和距离信息，还包括目标的起伏。然后加入地物杂波信号和系统噪声信号，接下来通过高放模块和中放模块将信号变为中频信号，再经过零中频正交双通道处理将信号变为视频信号，再将视频信号通过主杂波对消器，滤除零频杂波后进行多普勒滤波，也就是进行FFT 处理。在经过多普勒处理后，再做CFAR 处理，最终得到所要观察的信号。
图1 仿真原理框图
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Figure 1.Block diagram of PD radar system simulation
下面对图1中的几个重要部分给予说明，并给出部分仿真结果。为了提高仿真速度适当降低了系统各部分的频率，但这并不影响仿真结果的正确性。
2.1 脉冲发生器模块及目标回波模块
脉冲发生器将矩形脉冲串调制到高频，图2是将脉冲重复频率为10KHz ，脉冲宽度为4微秒的矩形脉冲串信号调制在1MHz 的相参脉冲串的波形，图3是其频谱图。产生的相参脉冲串信号再经过目标回波模块加入目标的延迟及多普勒信息，及目标的起伏信息。
2.2 杂波产生模块及系统噪声产生模块
杂波有三种谱类型，即高斯谱、柯西谱和全极谱；四种幅度分布，即瑞利分布、对数正态分布、
韦布尔分布和K分布。它们交叉组合共计有十二种杂波类型。杂波的产生采用无记忆非线性变换法（ZMNL）。图4是仿真的瑞利分布的高斯谱杂波的功率谱密度图，图5是其概率密度分布图。
系统噪声用白高斯噪声模拟。图6给出了在图2的相参脉冲串信号上叠加了杂波和系统噪声的波形，信号完全被杂波和噪声湮没。图7为其频谱图，与图3比较可以看到零频处的幅度很大。
2.3 零中频正交双通道处理
当用数字技术对信号进行处理时，在中频进行是不适当的，这就要求进行零中频多普勒信号处图4杂波功率谱密度
Figure4. Psd of clutter
保持区分正负频率的能力，采用正交双通道处理。图8是经相干检波器后输出信号的频谱，图9是经低通滤波器滤除高频分量后的信号频谱，可见信号已被变为视频信号。为了减轻后续数字信号处理的负担，要使用主杂波对消器，将主瓣杂波尽可能的减弱。
2.4 多普勒滤波
杂波滤波器后串接窄带滤波器组，在数字信号处理中用快速傅里叶变换来实时计算出各频谱单元信号的频谱数据，它等效于多个距离单元的窄带滤波器组。图10为作FFT 后信号的频谱，经窄带滤波器后只保留单根谱线，如图11所示，可以看出该目标的多普勒频移为5KHz 。价格搜索
3 结论
基于Simulink5.0的雷达仿真系统取得了较好的仿真结果，并且由于仿真算法的优化相比以前的版本仿真速度有了很大的提高。仿真好的程序经过编译可以直接下载到DSP 等硬件设备中去，使得设计人员可以将精力集中于系统级的设计，而不是将精力耗费于如何用硬件实现该系统。由于MATLAB 的广泛使用，该雷达系统库较易推广使用，并且在使用中将不断得到扩充和改进。
参考文献：
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[5] 向敬成, 张明友. 雷达系统[M]. 北京：电子工业出版社，2001:77～107
[6] 吴枫. 基于PC 的雷达系统建模与仿真[D]. 西安电子科技大学硕士论文, 2002:17～41高斯加速器
本人：姓名: 胡海莽、导师: 杨万海、学科：电路与系统、硕士入学年月:2002.8，Email:huhaimang@126
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