雷達(dá)信號仿真平臺的設(shè)計與實現(xiàn)

張宇 辛強

摘要：雷達(dá)是現(xiàn)代軍事行業(yè)中的主要設(shè)備，其種類不同，對雷達(dá)系統(tǒng)的開發(fā)和設(shè)計也更為復(fù)雜，為了能達(dá)到時間與費用的節(jié)約性，實現(xiàn)雷達(dá)系統(tǒng)仿真平臺，不僅會促進雷達(dá)性能的發(fā)揮，也能達(dá)到良好應(yīng)用。因此，在文章中，對雷達(dá)信號仿真平臺的設(shè)計和實現(xiàn)做出詳細(xì)探討，保證為各個領(lǐng)域的應(yīng)用人員提供參考意見。

關(guān)鍵詞：雷達(dá)信號；仿真平臺；設(shè)計；實現(xiàn)

為了促進雷達(dá)信號仿真平臺的優(yōu)化設(shè)計，并在系統(tǒng)中將雷達(dá)性能參數(shù)、發(fā)射后信號、回波信號能優(yōu)化處理，需要基于仿真圖形進行分析和思考，為其組建多個雷達(dá)信號仿真平臺，這樣才能為雷達(dá)系統(tǒng)技術(shù)發(fā)展提供有力依據(jù)。

一、雷達(dá)信號仿真平臺的設(shè)計

雷達(dá)的工作原理，是通過雷達(dá)發(fā)射機發(fā)送更多的電磁熱量，并在天線輻射下傳輸?shù)酱髿庵?，多集中在一個較窄的方向上，促使波束的形成和傳播。當(dāng)電磁波遇在波束內(nèi)確定目標(biāo)后，基于各個方向進行反射，其中的電磁能量能反射雷達(dá)，從而傳輸?shù)浇邮諜C中，這種情況為回波信號。在實際傳輸?shù)臅r候，隨著距離的改變，電磁波的性能不斷降低，雷達(dá)的回波信號也減弱，噪聲增大。在接收機內(nèi)，通過對大量回波信號的分析和處理，將提取的回波信號送到顯示器，將達(dá)到目標(biāo)距離、方向和速度的獲取。為了獲得雷達(dá)的距離，基于對發(fā)射脈沖和回避脈沖之間的時間差測量，在天線的尖銳方位，獲得目標(biāo)方位，測量出仰角，根據(jù)仰角和距離計算出目標(biāo)高度，也能基于自身和目標(biāo)之間的運動頻率，再結(jié)合多普勒效應(yīng)原理，達(dá)到目標(biāo)速度的測量。當(dāng)這些參數(shù)獲取后，結(jié)合雷達(dá)信號處理進行設(shè)計。

在軍事領(lǐng)域，雷達(dá)應(yīng)用中的距離、分辨能力和測量精度等性能指標(biāo)逐漸提高，為了能滿足多方面的需求，需要對各個方面進行設(shè)計，促進雷達(dá)系統(tǒng)作用的發(fā)揮，在獲取信號的同時，增強技術(shù)的研究，保證雷達(dá)在各個領(lǐng)域得到應(yīng)用和發(fā)展[1]。

二、雷達(dá)信號仿真平臺的實現(xiàn)

第一，信號輸入。信號的輸入為雷達(dá)回波，利用中頻信號。隨著雷達(dá)射頻信號頻率的不斷增加，其數(shù)據(jù)量更大，仿真的消耗時間長。因此，要在信號處理工作中滿足多方面的需求，需要使用中頻信號。雷達(dá)回波主要為目標(biāo)回?fù)?、雜波和噪音，要獲得距離分辨率，引進脈沖壓縮技術(shù)，促進發(fā)射波形線性調(diào)頻。要對雷達(dá)的參數(shù)進行選擇，可以在期間分析脈沖重復(fù)周期、目標(biāo)信號位置、振幅、脈沖持續(xù)時間等。為了在期間使用雙脈沖對消器，可以仿真截取脈沖重復(fù)周期。與此同時，為其輸入信號，形成波形仿真。在每個脈沖重復(fù)周期內(nèi)，都存目標(biāo)回波、噪音等，其目標(biāo)回波信號的大小也是不同的。隨著目標(biāo)的運動，雷達(dá)截面積不斷產(chǎn)生變化，當(dāng)回波電壓變化劇烈的時候，雷達(dá)的截面積變化縮小，各個脈沖的重復(fù)周期是相同的，在整個仿真時長中也存在噪音[2]。

第二，正交化處理。雷達(dá)中頻信號是一個帶通信號、窄帶信號，通過表示，能獲得正交分量。執(zhí)行正交化處理工作，能獲取雷達(dá)中頻回波中的同向和正交，確保在后期有效處理和分析。在正交化處理工作中，存在兩個方式，分別為模擬正交調(diào)節(jié)、數(shù)字化正交調(diào)節(jié)。這兩個方式的方法是相同的，都能實現(xiàn)模擬調(diào)節(jié)和生成模擬信號。其中，數(shù)字化正交調(diào)節(jié)是將信號輸入并且模擬轉(zhuǎn)換，通過數(shù)字化處理達(dá)到信號調(diào)節(jié)工作。在對雷達(dá)信號處理期間，多為脈沖壓縮技術(shù)，在數(shù)字化調(diào)節(jié)工作中，能達(dá)到脈沖壓縮信號的平衡性。而模擬正交調(diào)節(jié)無法促進信號幅度的一致性，其中的模擬器件隨著應(yīng)用，其性能不斷降低。因此，可以應(yīng)用MATLAB軟件，在信號處理工作中，對數(shù)字信號進行采樣，將達(dá)到合理應(yīng)用。

第三，脈沖壓縮。首先，要對濾波器進行匹配，在接收機的輸出端，隨著峰值信號的不斷變化，雷達(dá)接受機傳輸函數(shù)和接收信號能夠匹配獲取。濾波器輸出信號為輸出信號能量和輸出噪聲功率獲取的，和雷達(dá)波形不存在關(guān)系。所以，匹配濾波器具備很大意義。然后，分析時寬帶寬積，雷達(dá)系統(tǒng)要得到更大的發(fā)展目標(biāo)和距離，要確保其平均發(fā)射功率的提升，基于雷達(dá)的距離分辨率，發(fā)現(xiàn)雷達(dá)距離分辨率和發(fā)射脈沖寬度存在很大關(guān)系，較短的脈沖能促進雷達(dá)距離分辨率的提升，但無法獲得雷達(dá)性能。所以，要促進發(fā)射功率的增加，確保能獲得充足的距離分辨率。最后，脈沖壓縮。為了促進距離分辨率的改善，要減少回波脈沖寬度，基于對脈沖壓縮技術(shù)的應(yīng)用，在寬脈沖回波信號接收期間，在濾波器匹配上獲得窄脈沖回波信號。在該技術(shù)下，不僅能促進雷達(dá)目標(biāo)檢測能力的提升，達(dá)到更為理想的距離分辨率，也能更好的對平均發(fā)射率、距離分辨率之間的問題進行處理，也確保在雷達(dá)系統(tǒng)中的應(yīng)用。

第四，雙脈沖對消。一般情況下，固定物體的多普勒頻率為0，濾波器的目標(biāo)是將將固定物體的雜波消除。但是，由于其周期不同，雷達(dá)回波進行相減，將達(dá)到雜波的清除目的。因此，使用雙脈沖對消器，能達(dá)到兩個不同的輸入脈沖。在每個脈沖重復(fù)周期內(nèi)，將回波和噪聲顯示出來，將達(dá)到雜波的消除目的。

第五，動目標(biāo)檢測和求模。動目標(biāo)檢測是通過最佳濾波器獲取的，能改變MTI缺陷。但是，還無法完全將固定物體的雜波消除掉，在后期，要覆蓋整個頻率的窄帶多普勒濾波器組，這樣才能促進運動目標(biāo)的合理檢測。求模是通過對目標(biāo)檢測的分析，獲得同向、正交分量數(shù)值來獲取目標(biāo)的幅度信息，促進信噪比的獲取，保證在后期為其提出充足條件。

第六，恒虛警處理?；趯δ繕?biāo)信號的檢測和獲取，當(dāng)其存在高值噪聲的時候，在檢測的時候也會誤認(rèn)為是目標(biāo)信號，其虛警率提升。這時候，需要進行恒虛警處理工作。恒虛警為雷達(dá)信號處理中的主要模塊，在較為復(fù)雜的環(huán)境下，對雷達(dá)進行檢測，其存在的信號分別為目標(biāo)信號、各個雜波、噪音等。因此，在雷達(dá)系統(tǒng)中對目標(biāo)進行檢測的時候，如果發(fā)現(xiàn)其檢測門限恒定，噪聲增大，其虛警概率也會增大。這時候，將被誤認(rèn)為是信號。所以，在雷達(dá)檢測過程中，應(yīng)用恒虛警處理，在恒定不斷的情況下，對門限制改變，將降低虛警率。在恒虛警處理工作中，采用了快門限鄰近單元平均選大恒虛警處理，其主要原理如圖一所示。

總結(jié)：

通過以上對雷達(dá)信號仿真平臺的分析，將其作為重點，能明確各個組成部分，確保各個功能與方法的實現(xiàn)。在該作用下，為雷達(dá)信號仿真平臺的實現(xiàn)提供有效依據(jù)，在行業(yè)內(nèi)也得到充分應(yīng)用。

參考文獻(xiàn)：

[1]王濤，劉振華，王友林.超高速平臺圓軌跡SAR信號處理系統(tǒng)設(shè)計和實現(xiàn)[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2017（12）：34-37.

[2]王以華.高速數(shù)據(jù)采集播放系統(tǒng)硬件平臺的設(shè)計與實現(xiàn)[J].現(xiàn)代電子技術(shù)，2016（17）：93-97，101.

作者簡介：

張宇，男（1991.11），漢族，四川冕寧人，大學(xué)本科，助理工程師，研究方向：雷達(dá)發(fā)射機設(shè)計

辛強，男（1988.3），漢族，四川樂山人，碩士，助理工程師，研究方向：毫米波雷達(dá)發(fā)射機設(shè)計