《2022年2022年雷达系统中杂波信号的建模与仿真 .pdf》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2022年2022年雷达系统中杂波信号的建模与仿真 .pdf（37页珍藏版）》请在taowenge.com淘文阁网|工程机械CAD图纸|机械工程制图|CAD装配图下载|SolidWorks_CaTia_CAD_UG_PROE_设计图分享下载上搜索。
1、1.雷达系统中杂波信号的建模与仿真目的雷达的基本工作原理是利用目标对雷达波的散射特性探测和识别目标。然而目标存在于周围的自然环境中，环境对雷达电磁波也会产生散射，从而对目标信号的检测产生干扰，这些干扰就称为雷达杂波。对雷达杂波的研究并通过相应的信号处理技术可以最大限度的压制杂波干扰，发挥雷达的工作性能。雷达研制阶段的外场测试不仅耗费大量的人力、物力和财力，而且容易受大气状况影响，延长了研制周期。随着现代数字电子技术和仿真技术的发展，计算机仿真技术被广泛应用于包括雷达系统设计在内的科研生产的各个领域，在一定程度上可以替代外场测试，降低雷达研制的成本和周期。长期以来， 由于对杂波建模与仿真的应用己
2、发展了多种杂波类型和多种建模与仿真方法。然而却缺少一个集合了各种典型杂波产生的成熟的软件包，雷达系统的研究人员在需要用到某一种杂波时，不得不亲自动手，从建立模型到计算机仿真，重复劳动，造成了大量的时间和人力的浪费。因此，建立一个雷达杂波库，就可以使得科研人员在用到杂波时无需重新编制程序，而直接从库中调用杂波生成模块，用来产生杂波数据或是用来构成雷达系统仿真模型，在节省时间和提高仿真效率上的效益是十分可观的。从七十年代至今已经公布了很多杂波模型，其中有几类是公认的比较合适的模型。而且，杂波建模与仿真技术的发展己有三十多年的历史，己经有了一些比较成熟的理论和行之有效的方法，这就使得建立雷达杂波库具
3、有可行性。为了能够反映雷达信号处理机的真实性能，同时为改进信号处理方案提供理论依据，雷达杂波仿真模块输出的杂波模拟信号应该能够逼真的反映对象环境的散射环境。模拟杂波的一些重要散射特性影响着雷达对目标的检测和踉踪性能，比如模拟杂波的功率谱特性与雷达的动目标显示滤波器性能有关;模拟杂波的幅度起伏特性与雷达的恒虚警率检测处理性能有关。 因此，杂波模拟方案的设计是雷达仿真设计中极其重要的内容，杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。2.Simulink 简介Simulink 是 MATLAB最重要的组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中，无需大量书
4、写程序，而只需要通过简单直观名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 37 页 - - - - - - - - - 的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Simulink 具有适应面广、结构和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink 已被广泛应用于控制理论和数字信号处理的复杂仿真和设计。同时有大量的第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink 。Simulink 是 MATLAB中的一种可视化仿真工具，是一种基于MATL
5、AB的框图设计环境，是实现动态系统建模、仿真和分析的一个软件包，被广泛应用于线性系统、非线性系统、数字控制及数字信号处理的建模和仿真中3。Simulink 可以用连续采样时间、离散采样时间或两种混合的采样时间进行建模，它也支持多速率系统，也就是系统中的不同部分具有不同的采样速率。为了创建动态系统模型，Simulink 提供了一个建立模型方块图的图形用户接口(GUI) ， 这个创建过程只需单击和拖动鼠标操作就能完成，它提供了一种更快捷、直接明了的方式，而且用户可以立即看到系统的仿真结果。S-函数是系统函数(System Function) 的简称， 是指采用非图形化的方式(即计算机语言， 区别于
6、 Simulink 的系统模块 )描述的一个功能块。用户可以采用MATLAB代码， C，C+ ，FORTRAM 或 Ada 等语言编写S-函数。 S-函数提供了函安息代码与 Simulink 之间的接口，使得用户编写的代码既能像Simulink 模型库中的模块那样具有统一的仿真接口，同时能够实现各种灵活的控制和计算功能。S-函数是一种特定的语法构成，用来描述并实现连续系统、离散系统以及复合系统等动态系统；S-函数能够接收来自Simulink 求解器的相关信息，并对求解器发出的命令做出适当的响应，这种交互作用非常类似于Simulink 系统模块与求解器的交互作用。一个结构体系完整的S-函数包含了
7、描述动态系统所需的全部能力，所有其它的使用情况都是这个结构体系的特例。往往 S-函数模块是整个Simulink 动态系统的核心。3. 主要内容1首先综述常规脉冲雷达杂波产生的机理，具体阐述了在指定的杂波功率谱下，幅度服从 Rayleigh 分布、 LogNormal 分布、 Weibull 分布和 K 分布的杂波建模与仿真的方法。指出杂波散射现象可以理解为与地、海面随机形态相关的一种随机过程，因此通常用杂波幅度分布统计模型和杂波相关模型来描述。(1)Rayleigh 分布适用于描述气象杂波、箔条干扰、低分辨率雷达的地杂波。当在一名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - -
8、- - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 37 页 - - - - - - - - - 个杂波单元内含有大量相互独立的、没有明显贡献的散射源时，雷达杂波包络服从Rayleigh 分布。(2)LogNormal 分布使用于低入射角， 复杂地形的杂波数据或者平坦区高分辨率的海杂波数据。(3) Weibull 分布的动态范围介于上述两种分布之间，能在更广阔的范围内精确表示实际的杂波分布。通常，在高分辨率雷达，低入射角的情况下一般海情的海浪杂波能够用 Weibull 分布精确地描述，地杂波也能用Weibull 分布描述。(4)K 分布适用
9、于描述高分辨率雷达的非均匀杂波，多见于对海杂波、地杂波的描述。K 分布是一种符合分布模型， 它可由一个均值是慢变化的Rayleigh 分布来表示， 其中这个慢变化的均值服从 分布。除了上述具有特定概率密度函数的非相关雷达杂波仿真外，在雷达信号处理的有些场合还需要知道雷达杂波功率谱分布，常见的有 Gaussian型、Cauchy型、AllPole 型等。2针对以上论述的十二种杂波分布给出了在MATLAB 平台下用 m 语言实现的算法实现流程。3将这十二种杂波模型生成Simulink 自定义模块，并添加到Simulink 仿真模型库中供仿真调用。4.杂波建模与模拟方法杂波可以说是雷达在所处环境中接
10、收到的不感兴趣的回波。就像目标回波一样，杂波也是极为复杂的。为了有效地克服杂波对信号检测的影响，需要知道杂波的幅度特性以及频谱特性。除独立的建筑物、岩石等可以认为是固定目标外，大多数地物、海浪杂波都是极为复杂的，它可能既包含有固定的部分又包含有运动的部分，而每一部分反射回来的回波，其振幅和相位都是随机的。通常采用一些比较接近而又合理的数学模型来表示杂波幅度的概率分布特性，这就是雷达杂波模型。目前描述杂波模型主要有三种方式：(1)描述杂波散射单元机理的机理模型; (2)描述杂波后向散射系数的概率密度函数的分布模型; (3)描述由实验数据拟合与频率、极化、俯角、环境参数等物理量的依赖关系的关系模型
11、。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 37 页 - - - - - - - - - 4.1 雷达杂波幅度分布模型到目前为止，人们已经提出了许多杂波模型，有关描述杂波后向散射系数的概率密度函数的分布模型，比较公认的幅度概率密度函数分布模型为Rayleigh 分布、LogNormal、Weibull 分布、 K 分布等。(1) Rayleigh（瑞利）分布在雷达可分辨范围内，当散射体的数目很多的时候，根据散射体反射信号振幅和相位的随机特性，它们合成的回波包络振幅是
12、服从瑞利分布的6。以 x 表示杂波回波的包络振幅，以 2表示它的功率，则x 的概率密度函数为 : 222( )exp()2xxf x(4-1)相对应的概率密度函数分布曲线如图4.1 所示。图 4.1 瑞利分布概率密度函数分布曲线图瑞利分布与每个散射体的振幅分布无关，只要求散射体的数目足够多，并且所有散射体中没有一个起主导作用。需要说明的是，瑞利分布只能代表同一个距离单元上杂波从这次扫描到下次扫描的变化规律，它不能用来表示同一个扫描过程中杂波回波的振幅分布，因为杂波的强度一般都是随着距离的增大而减弱的。对于低分辨力雷达，当高仰角和平稳环境时，瑞利分布的杂波模型可以得到较为精确的结果。但是，随着对
13、雷达杂波分布特性分析的逐步深入，人们发现，对于海浪杂波和地物杂波，瑞利分布模型并不名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 37 页 - - - - - - - - - 能给出令人满意的结果。特别是随着距离分辨力的提高，杂波分布出现了比瑞利分布更长的“ 尾巴” ，即出现高振幅的概率相当大。因而，如果继续采用瑞利分布模型，将出现较高的虚警概率。海浪杂波的分布不仅是脉冲宽度的函数，而且也与雷达极化方式、工作频率、天线视角以及海情、风向和风速等因素有关，地物杂波也受类似因
14、素的影响。对于高分辨力雷达，在低仰角或恶劣海情下，海浪杂波己不服从瑞利分布，而通常能用韦布尔分布来描述。类似地，地物杂波通常能用LogNormal 分布来描述7。(2) LogNormal（对数一正态）分布设 x 代表杂波回波的包络分布，则x 的 LogNormal 分布是 : 22ln ( /)1( )exp22mx xf xx（4-2）其中 代表 lnx 的标准差， xw是 x 的中值。相对应的概率密度函数分布曲线如图4.2 所示: 图 4.2 LogNormal 分布概率密度函数分布曲线图LogNormal 分布的严重缺点是在最影响虚警和灵敏度的区域里，吻合程度反而较差。对数一正态分布和
15、瑞利分布之间的主要差别在于前者的“ 尾巴” 较长，也就是说，大幅度的概率要比后者大一些。(3) Weibull（韦布尔）分布一般来说，对于大多数试验和理论所确定的杂波幅度分布，瑞利分布模型和对数一名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 37 页 - - - - - - - - - 正态分布模型仅适用于它们中的有限分布。瑞利分布模型一般地倾向于低估实际杂波分布的动态范围，而对数一正态分布倾向于高估实际杂波分布的动态范围8。韦布尔杂波分布模型比瑞利分布模型、 对数一正
16、态杂波分布模型常常能在更广的环境内精确的表示实际的杂波分布。适当地调整韦布尔分布的参数，能够使它成为瑞利分布或接近于对数一正态分布。通常，在使用高分辨力雷达，低入射角的情况下，海浪杂波能够用韦布尔分布模型精确地描述，地物杂波也能够用韦布尔分布模型描述。设 x 代表杂波回波的包络振幅，则x 的韦布尔分布为 : 1( )exp ( /) mmxf xx xx（4-3）其中:xm为尺度参数，是分布的中值;a为分布的形状 (斜度)函数。相对应的概率密度函数分布曲线如图4.3 所示: 图 4.3 Weibull 分布概率密度函数分布曲线图如果把式 (2-3 )形状参数 a 固定为 2，并把2mx 改写成
17、 22，则式 (2-3 )变为: 222( )exp()2xxf x（4-4）这就是瑞利分布。所以，瑞利分布是韦布尔分布的特例。如果 a=1，并把2mx 改写成 22，则韦布尔分布变为 : 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 37 页 - - - - - - - - - 221( )exp(/ 2)2f xx（4-5）这就是指数分布。从信号检测的观点来说，对数一正态分布代表着最恶劣的杂波环境:瑞利分布代表最简单的杂波环境;韦布尔分布是中间模型9。在许多情况下，
18、它是一种比较合适的杂波模型，因此，它比瑞利分布能适应更宽的杂波范围。(4)K 分布: 它的表达式如下 : 12( )()()(1) 2vxxp xkvavaa（4-6）其中 x 为幅度， a为量化参数， v 为形状参数，它的取值范围为一1v=maxN ，Nc （4-12）式(4-12)中，N 是所要产生的杂波过程的长度;Nc 是杂波过程的相关长度。利用 IFFT 变换就可以得到相关随机序列x(kt)，其过程如图 4.5 所示。图 4.5 相关高斯序列产生原理方框图图 4.5 中，()()H fS n ff(4-13)当且仅当相位因子 n各分量的概率分布是高斯分布时，x(k t) 的各分量才是高
19、斯分布。这样便产生了符合特定功率谱要求的相关高斯分布序列。ZMNL 法需要找到高斯序列与所需序列相关系数之间的非线性关系g(.)，且它随不同的分布而不同，故不能对协方差矩阵和概率密度函数进行独立控制12。4.3.2 相关对数正态分布杂波的建模利用已产生的相关高斯随机序列，可得到相关对数正态分布的随机序列，分析如下 :对于随机变量 yN(lnu，2) ,做线性变换 x=exp(y)， 得到具有两个参数的对数正态分布随机变量 X 的 PDF 为: 221ln ( / )( )exp22x uf xx(4-14)名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - -
20、 - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 37 页 - - - - - - - - - 式(2-14)中，u 为比例因子，根据具体的环境而不同。由于在时域幅度上的变换会对功率谱产生影响，所以图5.4 中的 H(f)不再是单纯的高斯谱采样，而是要经过非线性补偿。设Si,j为 y(nt)的自相关函数，对应高斯谱Pi,j为经过补偿的功率谱序列 P(nt) 对应的自相关函数，设其对应的随机序列为w(nt)，则 Si,j与 Pi,j有对应关系 : 2,2ln1(1)i ji jSeP(4-15)其中，形状参数决定了非线性变换造成的谐失真程度，Pi,j经过 FFT
21、 得到经线性补偿的功率谱序列 P(nt) 。令图 4.5 中的()()HfP n tt（4-16) 则可得到非线性补偿功率谱高斯分布的随机序列y(n t) ，在经非线性变换x=exp(y)，可得高斯谱对数正态分布的随机序列x(n t) ，此过程如图 4.6 所示: 图 4.6 相关对数止态分布序列产生方框图4.3.3 相关韦布尔分布杂波的建模韦布尔分布的概率密度函数为: 1( )()exp() ppzpzP zqqq(4-17)式(2-17)中:q 为比例因子， p为形状因子。若p=2，就成为瑞利分布，若P=1 就是指数概率密度函数。Si,j, Pi,j的关系为 : 22212(11/)( 1
22、/, 1/;1;1)(12/)(11/)ijijpSFppPpp p(4-18)式(2-18)中: (.) 为 gamma函数，2F1(.)为高斯超几何分布函数。高斯超几何分布函数的定义如下 : 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 37 页 - - - - - - - - - 210( )() ()(,; ; )() ()()!nnnnn z zFznn(4-19)由于无法由上式 (4-19)解出 Pij的表达式，因此无法象对数一正态分布一样直接计算Pij。
23、实际的应用中可以把两者的关系存入一个表中，通过查表法来计算。此模拟过程如图 4.7 所示图 4.7 相关韦布尔分布序列产生方框图4.3.4 相关 K 分布杂波的建模在相关 K 分布模型中，杂波回波的幅度被描述为两个因子的乘积，第一部分是斑点分量(即快变化分量 )，它是由大量散射体的反射进行相参叠加而成的，符合瑞利分布，即第二部分是基本幅度调制分量(即慢变化分量 )，它反映了与大面积结构有关的散射束在空间变化的平均电平，具有长相关时间，服从x 分布13。相关 K 分布的概率密度函数为 : 12 ; , ()()(1) 2vvxxK x a vKavaa(4-20)其中，x0 是杂波幅度， (.)
24、 为 Gamma函数，Kv(.)为第二类修正的 v 阶 Bessel函数v一 1 是形状参数， a 是标度参数。形状参数v 规定了与平均值有关的较大的矩，并通过混合模型规定了在平均值中的不均匀量;对于大多数杂波，形状参数v 的取值范围是0.1v0.1)杂波有较长的拖尾，并意味着有尖峰杂波;而当v 时，杂波的分布接近于瑞利分布。K 分布随机序列的 n 阶矩为 :(2 )(/2) (1/ 2)()( )nnaznnE zz,则杂波功率为 :22()4czPE za.K 分布的混合模型包含了杂波起伏的两个部分，它们具有不同的相关时间。第一部名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -
25、 - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 37 页 - - - - - - - - - 分是基本幅度调制分量 (即慢变化分量 )，它是由与散射体结构有关的散射束在空间变化的平均电平所致。 它用取平方根的伽马分布表示， 并且具有相关性 ;该相关性依赖于风速等环境条件，有秒量级长的相关时间，且不受频率捷变的影响。这种基本调制分量可通过对数据进行 1/4 秒的积分而分离出来。第二部分是斑点分量 (即快变化分量 )，它是由任何距离单元中杂波的多路径散射性质产生的，它是通过散射体内部运动或通过频率捷变而去相关。斑点分量可以从相当短的
26、时间序列的杂波数据中分离出来，这个杂波数据序列时间在单一距离选通波门的清况下约为 200毫秒。所以杂波功率 z2可以表示成两个独立随机变量的乘积:z2=XY 其中， X 代表斑点分量，符合瑞利分布;Y 代表调制部分，符合x2分布。产生 K 分布杂波的过程如图4.8 所示，随机序列是独立的、不相关的高斯分布随机向量。整个随机序列经过处理后， 前 个随机变量产生Y，剩余的两个随机变量生成X，这样 K 分布随机序列 zi 的 PDF 由 X 和 Y 乘积的平方根构成。图 4.8 相关 K 分布序列产生方框图Sij、Pij的关系为 : 2222112( 1/ 2, 1/ 2;1;1)2( 1/ 2,
27、1/ 2;1;1)1ijijijFvrFqSv(4-21)式(4-21)中，2F1(.)为高斯超几何分布函数，A=(v+3/2)(3/2)/(v+l)综上所述，产生相关K 分布的具体步骤为 : (l)根据具体模拟目的的需要，适当选择f，对于给定的功率谱密度函数S(f)进行采样得到序列 Sn，其中 n=1，2，N。(2)对于已得到的序列 Sn，进行 IFFT 变换，获得所求的随机序列的自相关函数序名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 37 页 - - - - -
28、 - - - - 列Sn ，其中 n=1，2，N。(3)查 Sijrij曲线，求得 rij，其中 n=1，2，N。(4)对序列 rij 进行 FFT变换， 得到随机序列 X 及 Y 的功率谱密度序列 uij 其中 n=1，2，N。(5)产生相关高斯分布的随机序列uij，其中 i=1，2， +2;n=1 ，2，N。如果要求产生的 K 分布随机序列是时域的， 那么，这里还要将产生的相关高斯分布的随机序列经过 IFFT 变换，变换到时城中，然后继续下面的运算。(6)进行如图 4.8所示的步骤，得到相关K 分布随机序列nnnZX Y上面分析介绍了相关对数正态分布、相关韦布尔分布和相关K 分布杂波的计算
29、机模拟方法，重点介绍了 K 分布相关杂波的模拟方法， 因为随着雷达技术的进步和精度的提高，相关 K 分布模型被认为是描述地面和海洋等的杂波分布的最佳模型。5 雷达系统杂波信号的仿真在第二章我们对杂波的建模和仿真算法作了详细研究。完整的杂波仿真应该从实际条件出发，根据具体的雷达参数和环境参数，确定一个较为合理的杂波分布模型和功率谱模型，采用适当的随机数产生方法来实现已知模型的杂波数据仿真。在仿真中，杂波模块取用瑞利分布高斯谱杂波块，其它模块直接从工具箱里面调用。5.1 雷达系统的一般工作模型我们知道，雷达发射信号和通讯机发射信号不同，通讯机的全部信号都在发射信号里，而雷达发射信号则毫无信息，它只
30、是信号的运载工具，发射信号碰到目标后被返回为回波信号，回波信号还包括噪声和杂波。回波信号经过相干解调和抽样量化后返回目标信号。一般雷达系统的工作框如图5.1 所示：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 37 页 - - - - - - - - - 目标回波叠加示波器接收机相乘系统躁声发送信号脉冲信号延时，衰减相乘图 5.1 一般雷达系统的工作框图在雷达系统中，我们用的发送信号为一个高频正弦波。对于目标回波，实际上它就是发送信号的一个时延，其大小为雷达发射波从信
31、源到目标物所花的时间的两倍。系统噪声的加入由于外界环境的复杂性，我们假设回波传输是在一个理想的环境下进行的，即只存在高斯白噪声（ Gaussian ）和瑞利衰落信道下的噪声（Rayleigh Noise） 。5.2 雷达系统中杂波信号的仿真在仿真前，根据第二章的仿真方法，用M 文件 S 函数编写十二种杂波模块，M 文件代码见附录，图5.2 为十二种杂波模块。图 5.2 十二种杂波模块把雷达系统做成Simulink 下的仿真文件可以得到图5.3 的仿真图形：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - -
32、- - - - 第 14 页，共 37 页 - - - - - - - - - 图 5.3 在 Simulink 中雷达系统仿真模型 相参脉冲信号：相参脉冲串信号可以写成以下形式：s(t) = u(t) sinw0t (3-1) u(t)为距形脉冲波，在这里设置T=1e-4 ，sinw0t 为正弦波，设置 w0= 1e5*2*pi ，图 5.4 是用 Simulink 建立的相参脉冲发生器框图，图3.5 是相参脉冲波形图。图 5.4 用 Simulink 建立的相参脉冲发生器框图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名
33、师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 37 页 - - - - - - - - - 图 3.5 发送端相参脉冲波形图 回波信号：在这里，假设delay 为 0.002ms，信号传送回来后幅度衰落为0.5，其回波波形如图 5.6 示：图 5.6 无干扰噪声条件下回波信号波形图 高斯白噪声信号：在这里我们假设sigma=0.1，则波形如下图5.7 示(sample time=1e-5) ：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 37 页 - -
34、- - - - - - - 图 5.7 加性高斯白噪声信号 杂波信号：信号在自由空间里面传输，故我们还要加上杂波信号到系统中，假设加入的是瑞利分布高斯谱杂波， sigmac=0.1，波形如图图5.8 示(sample time=1e-5) 图 5.8 瑞利噪声信号 接收端的混频信号：接收端混频信号由发送回波信号，高斯白噪声信号，和杂波信号组成。他们算术叠名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 37 页 - - - - - - - - - 加就得到了接收端的混频信
35、号。如图5.9 所示。图 5.9 接收端的混频信号 同步检测以后得到的信号在雷达系统中其接收端采用相干解调来接收有用信号，故其波形如下图5.10所示：图 5.10 接收端相干解调后的信号7抽样判决后得到的信号波形和输入脉冲信号得到的波形如下图5.11 所示名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 37 页 - - - - - - - - - 图 5.11 抽样判决后的信号和输入脉冲信号5.3 雷达系统中其它杂波信号的仿真在雷达杂波库建模与仿真时， 可以产生常用的三
36、种谱分布、 四种幅度分布的交叉组合，共十二种参数任意的相关杂波。三种功率谱模型为:高斯谱、柯西谱、全极谱，四种幅度分布模型为 :瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布、K 分布。在上面仿真过程中，我们用的是瑞利分布高斯谱杂波，采用第二章所描述的模拟方法，我们可以生成其它十一种杂波模块，然后再放入雷达系统中进行仿真。在这里我们不详细进行仿真。6.雷达系统性能分析6.1 瑞利杂波条件下雷达系统的性能分析进行雷达系统性能分析时， 在 Simulink 仿真框图的发射端加一个抽样量化模块和一个 To Workspace 模块， To Workspace 模块变量名叫send，在接收端添加一个To Work
37、space模块， To Workspace模块变量名叫 receive ， 把杂波模块的标准差改为变量b0。Simulink 框图如下图 4.1。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，共 37 页 - - - - - - - - - 图 6.1 在 Simulink 下雷达系统性能分析框图然后建立一个 M 文件，改变变量 b0 的值，计算系统的漏检测概率。M 文件代码见附录。写仿真时间设置为1s，在 MATLAB窗口里运行 M 文件，得到一个随着变量b0改变而改变
38、的漏检测概率曲线图，如图6.2。图 6.2 雷达系统漏检测概率曲线图由图可以看出， 当瑞利杂波的标准差在0-0.85之间时，系统的漏检测概率基本为0，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 37 页 - - - - - - - - - 当标准差到了 1 之后，系统漏检测概率开始上升，而且上升的幅度比较大，当标准差到2 时，系统漏检测概率已经到了0.2 以上。由此可知，为了保持雷达系统的性能，瑞利杂波的标准差最好是在在0-1 之间。6.2 十二种不同杂波条件下雷达
39、系统的性能比较当改变雷达系统里面的杂波模块时，系统的性能同时也发生变化。在这里，我们把十二种杂波模块进行仿真并对比系统的漏检测概率曲线，如下图6.3，6.4，6.5。图 6.3 四种 Gaussian 杂波的漏检测概率曲线图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 37 页 - - - - - - - - - 图 6.4 四种 Cauchy 杂波的漏检测概率曲线图图 6.5 四种 AllPole 杂波的漏检测概率曲线图由图 6.3，6.4，6.5 可知，当杂波的标
40、准差比较小时， 其杂波对雷达系统的影响不大，名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 22 页，共 37 页 - - - - - - - - - 当标准差大于 0.2 时，系统性能明显发生了变化，漏检测概率曲线都随着杂波的标准差变大而变大，其中 Rayleigh 杂波的漏检测概率曲线变化比其它三种幅度分布杂波的变化小。所以，在 Rayleigh 杂波环境下雷达系统的性能较好。8.仿真程序sfun_RayleighGaussian.m函数程序function sys,x0,str
41、,ts = sfuntmpl(t,x,u,flag,st,sigmac) m=50;alpha=(m-1)/2;dw=2*pi/m; l=0:m-1;xl=dw*l; k1=0:floor(m-1)/2);k2=floor(m-1)/2)+1:m-1; hrs=exp(-(400*xl/(2*pi).2/(4*sigmac2); angh=-alpha*dw*k1,alpha*dw*(m-k2); H=hrs.*exp(j*angh); switch flag, case 0, sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(st); case 1, sys=mdlDeriv
42、atives(t,x,u); case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u); case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,H,sigmac); case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u); otherwise error(Unhandled flag = ,num2str(flag); end function sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(st) sizes = simsizes; sizes.NumContStates =
43、0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 1; sizes.NumInputs =0; sizes.DirFeedthrough = 0; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = ; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 23 页，共 37 页 - - - - - - - - - str = ; ts = st 0; function sys=mdlDer
44、ivatives(t,x,u) sys = ; function sys=mdlUpdate(t,x,u) sys = ; function sys=mdlOutputs(t,x,u,H,sigmac) w1 = filter(H,1,randn(1,1); w2=w1*(sigmac2); sys=sqrt(2*w22); function sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u) sampleTime = 1; sys = t + sampleTime; function sys=mdlTerminate(t,x,u) sys = ; sfun_RayleighC
45、auchy.m函数程序function sys,x0,str,ts = sfuntmpl(t,x,u,flag,st,sigmac,fc) m=50;alpha=(m-1)/2;dw=2*pi/m; l=0:m-1;xl=dw*l; k1=0:floor(m-1)/2);k2=floor(m-1)/2)+1:m-1; hrs=1./(1+(400*xl./(2*pi)./fc).2); angh=-alpha*dw*k1,alpha*dw*(m-k2); H=hrs.*exp(j*angh); switch flag, case 0, sys,x0,str,ts=mdlInitializeSi
46、zes(st); case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u); case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u); case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,H,sigmac); case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); case 9, sys=mdlTerminate(t,x,u); otherwise error(Unhandled flag = ,num2str(flag); end function sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(st) sizes = sim
47、sizes; sizes.NumContStates = 0; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 24 页，共 37 页 - - - - - - - - - sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 1; sizes.NumInputs =0; sizes.DirFeedthrough = 0; sizes.NumSampleTimes = 1; sys = simsizes(sizes); x0 = ; str = ; t
48、s = st 0; function sys=mdlOutputs(t,x,u,H,sigmac) w1 = filter(H,1,randn(1,1); w2=w1*(sigmac2); sys=sqrt(2*w22); sfun_RayleighAllPole.m 函数程序function sys,x0,str,ts = sfuntmpl(t,x,u,flag,st,sigmac,fc,n) m=50;alpha=(m-1)/2;dw=2*pi/m; l=0:m-1;xl=dw*l; k1=0:floor(m-1)/2);k2=floor(m-1)/2)+1:m-1; hrs=1./(1+
49、(400*xl./(2*pi)./fc).n); angh=-alpha*dw*k1,alpha*dw*(m-k2); H=hrs.*exp(j*angh); switch flag, case 0, sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(st); case 1, sys=mdlDerivatives(t,x,u); case 2, sys=mdlUpdate(t,x,u); case 3, sys=mdlOutputs(t,x,u,H,sigmac); case 4, sys=mdlGetTimeOfNextVarHit(t,x,u); case 9, sys=m
50、dlTerminate(t,x,u); otherwise error(Unhandled flag = ,num2str(flag); end function sys,x0,str,ts=mdlInitializeSizes(st) sizes = simsizes; sizes.NumContStates = 0; sizes.NumDiscStates = 0; sizes.NumOutputs = 1; 名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 25 页，共 37 页