脉冲多普勒雷达实验平台的研究与设计

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随着雷达干扰与反干扰技术的快速发展,雷达干扰对抗技术的测试成为众多工程技术人员面临的重大课题。主要原因包括测试成本高,组织实施难,附带风险大。针对这些原因,人们开始研究雷达模拟装置以缩减成本,简化程序,降低风险。利用计算机仿真技术进行雷达系统模拟具有经济、高效、安全、可重复、易控制等优点,目前已成为雷达系统方案论证、设备研制与调试,雷达对抗技术试验,武器性能测试与评估等方面的先导技术,是雷达技术领域的研究热点之一。而脉冲多普勒雷达作为先进体制雷达的代表,对其模拟系统的开发与研究最为广泛和深入。   本文从干扰对抗试验角度出发,利用PC机从模拟PD雷达系统的底层功能和显控终端两个层面进行了PD雷达仿真实验平台的建模与仿真研究。从信号处理角度讨论了实验平台中模拟雷达系统部分关键技术的仿真模型与实现方法,设计并实现了实验平台显控界面。论文的主要工作在于:   首先,参照雷达工作过程将雷达系统模拟分为信号环境模拟,信号处理过程模拟,数据处理过程模拟以及显示控制终端模拟四个部分。根据PD雷达的基本原理与实验平台设计目标给出了实验平台的整体构架及其基本要素,并最终完成了实验平台信号环境模拟,回波信号处理以及显控终端等三个方面的建模与仿真工作。   其次,在信号环境模拟部分,本文从信号和干扰两个方面讨论了雷达发射信号,接收机噪声和雷达杂波的建模与仿真工作。在发射信号方面,结合几种典型的波形,给出了PD雷达发射信号的设计指标,重点研究了恒单频相参脉冲串的计算机模拟过程;在接收机噪声方面,重点研究了采用线性同余法生成[0,1]区间均匀分布随机变量,并在此基础上讨论了基于统计近似抽样法产生高斯型随机变量的数学模型与仿真算法;在雷达杂波部分,主要研究了基于零记忆非线性变换(ZMNL)法生成相关瑞利分布杂波的实现过程。最后,仿真实现了以相参脉冲串为发射信号,以高斯噪声为接收机噪声,以幅度瑞利分布、功率谱高斯型杂波为雷达杂波的模拟信号环境。   第三,在回波信号处理部分,本文对雷达接收机信号处理单元中的正交相干检波,距离门存储,多普勒滤波,恒虚警处理等模块的功能,原理与实现方法进行了深入讨论。重点研究了基于正交混频低通滤波法进行相干检波,基于快速傅里叶变换(FFT)进行多普勒滤波以及两侧单元平均选大法恒虚警处理(CAGO-CFAR)等关键技术的仿真过程。最后,结合模拟的雷达回波,通过中频信号采样与正交相干检波,利用二维数组完成了距离门重排,采用FFT和CAGO-CFAR先后进行了多普勒滤波以及恒虚警处理。通过对仿真结果进行分析,验证了各功能模块数学模型的准确性和仿真方法的有效性。   最后,在显控终端设计部分,本文分别从终端的显示部分,控制逻辑部分以及接口和外围部分的整体布局,逻辑关系和设计方法进行了深入研究。在显示部分,基于单文档界面框架实现了具有余辉效果的模拟P型雷达显示器、用于对比雷达处理结果的实验目标参照图以及实验平台参数的显示窗口;在控制逻辑部分,阐述了实验平台系统菜单、工具按钮等控制单元的设计步骤与实现方法,重点研究了平台运行过程中,各控制单元间的使能状态关系;在接口与外围部分,给出了实验平台整体数据结构以及显控界面外围部分的设计要素,重点研究了基于属性对话框设计实验平台外部数据接口的方法与实现流程。最后,以PC机为载体,仿真实现了操作界面由标题栏,菜单栏,工具栏,客户区和状态栏五部分组成的,符合标准Windows应用程序要求的实验平台显控终端。
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