基于labview的雷達系統(tǒng)仿真軟件的設計

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1、基于LabVIEW的雷達系統(tǒng)仿真軟件的設計-電氣論文基于LabVIEW的雷達系統(tǒng)仿真軟件的設計王東，董健，肖順平（國防科學技術大學電子科學與工程學院，湖南長沙410073）摘要：利用LabVIEW具有軟件開發(fā)周期短、開發(fā)成本低的優(yōu)勢，設計了一套基于LabVIEW的雷達系統(tǒng)仿真軟件。先后開展對雷達系統(tǒng)的結構分析以及模塊化設計等工作，并對設計的各個模塊進行分析與測試。其中，模塊化設計完成了雷達收、發(fā)波形的設計以及匹配濾波、脈沖積累、MTI處理、Doppler處理和CFAR門限檢測等雷達信號處理算法的實現(xiàn)。該雷達系統(tǒng)仿真軟件從信號的發(fā)射、接

2、收、處理以及顯示等過程復現(xiàn)了整個雷達系統(tǒng)的工作流程，通過測試，驗證了該軟件功能全面、性能穩(wěn)定。關鍵詞：雷達系統(tǒng)仿真；LabVIEW；雷達信號處理；軟件測試中圖分類號：TN955?34文獻標識碼：A文章編號：1004?373X（2015）13?0001?06收稿日期：2015?01?30基金項目：國家自然科學基金資助項目（61201330）0引言隨著電子技術的發(fā)展，計算機仿真不僅是理論研究的一種手段，更是開發(fā)電子系統(tǒng)必不可少的前提。當前雷達系統(tǒng)仿真軟件，大多采用Matlab或C語言作為軟件開發(fā)工具。可是，Matlab雖然圖像顯示美觀，但

3、是數(shù)據(jù)處理速度較慢，難以處理大規(guī)模的雷達仿真數(shù)據(jù)[1]；而C語言雖然數(shù)據(jù)處理速度較快，但是程序編寫復雜，并且程序讀寫不直觀、難懂[2]。結合Matlab與C語言的優(yōu)點，本文選擇LabVIEW作為軟件開發(fā)平臺。該平臺內(nèi)置大量數(shù)據(jù)分析和信號處理工具，并且采用“電線”等方式進行圖形化編程。將LabVIEW用于雷達系統(tǒng)仿真軟件的設計，不僅大大縮短了軟件開發(fā)周期，降低了軟件開發(fā)成本[3]，而且憑借LabVIEW的諸多優(yōu)點，使設計的雷達系統(tǒng)仿真軟件功能全面、性能穩(wěn)定。本文從雷達系統(tǒng)仿真軟件的系統(tǒng)結構設計、系統(tǒng)模塊設計以及性能驗證等三方面進行論述。

4、系統(tǒng)結構設計提供了該軟件的設計思路與設計流程；系統(tǒng)模塊設計則對整個雷達系統(tǒng)采用模塊化的設計方式，從信號的發(fā)射、接收、處理、顯示等過程復現(xiàn)整個雷達系統(tǒng)的工作流程；系統(tǒng)性能驗證則是對設計的雷達系統(tǒng)的各個模塊進行分析與測試，驗證該軟件功能的全面性和性能的穩(wěn)定性。1系統(tǒng)結構設計雷達是一種依靠電磁波的收發(fā)對目標進行檢測、跟蹤、識別成像等處理的設備[4]。本文設計的雷達系統(tǒng)仿真軟件主要是用于對雷達目標檢測性能的分析與驗證。雷達系統(tǒng)仿真軟件的系統(tǒng)結構如圖1所示。雷達系統(tǒng)仿真軟件的結構分為三部分：模擬器模塊、雷達信號處理模塊以及顯控界面。模擬器模塊包

5、括目標模擬器和信號模擬器。其中目標模擬器用于產(chǎn)生目標所處的方位角、俯仰角、目標的距離、目標的個數(shù)等；信號模擬器用于產(chǎn)生基帶發(fā)射波形以及回波信號，發(fā)射波形類型有簡單脈沖波形和線性調頻波形。雷達信號處理模塊是雷達系統(tǒng)仿真軟件的核心，為了從回波信號中提取出目標的距離、速度等有用信息，可以采用匹配濾波、脈沖積累、MTI處理、脈沖Doppler處理以及CFAR門限檢測等雷達信號處理算法。顯控界面包括控制部分和顯示部分，通過參數(shù)的設置，將檢測結果反饋到界面上。整套雷達系統(tǒng)仿真軟件各個模塊的實現(xiàn)是基于系統(tǒng)主控與調度模塊，主要由掃描控制和顯示控制等組

6、成，它將軟件各個部分有機地結合起來，使軟件可靠穩(wěn)定的運行。模塊設計與性能驗證2.1模擬器模塊目標模擬器用于產(chǎn)生目標的方位、距離以及個數(shù)等信息。用隨機函數(shù)使目標以一定概率分布于整個雷達探測的空域，以此模擬出不同方位、距離處的目標，此外，也可以人為設置目標的距離。信號模擬器用于產(chǎn)生雷達的收、發(fā)信號。發(fā)射信號主要設計了簡單脈沖波形和線性調頻波形兩類，而將發(fā)射信號進行幅值衰減、時間延遲、頻率偏移、加噪等處理后，則得到雷達系統(tǒng)的接收信號。2.1.1回波信號的幅度設計對于點目標，雷達距離方程[4]為：式中：Pt是雷達發(fā)射峰值功率；Gt是發(fā)射天線增

7、益；Gr是接收天線增益；λ是雷達工作波長；σ是目標截面積RCS；L是總損耗（包括系統(tǒng)損耗、大氣衰減等）；R為目標距離；Pr是回波信號的峰值功率。假設該雷達共用收發(fā)天線，雷達天線方位角寬度θa，雷達天線俯仰角寬度θe，則雷達收發(fā)天線增益[4]近似為：2.1.3回波信號的頻率設計若探測的目標存在徑向速度，則回波信號的頻率相對于發(fā)射信號的頻率有所偏移，這就是多普勒頻移現(xiàn)象[4]。利用該現(xiàn)象可以推知目標的徑向速度為：設置一個點目標位于9800m處，將回波信號在不同的脈沖數(shù)下，通過匹配濾波器，得到如圖2所示的結果。如圖2（a）所示，當脈沖數(shù)M=

8、1時，脈沖壓縮后，回波信號的信噪比SNR1≈6dB；而進行相干積累，如圖2（b）所示，當積累脈沖數(shù)M=100時，脈沖壓縮后，回波信號的信噪比改善為SNR100≈25dB，信噪比提升了近20dB，與理論值接近。此外，通過比