基于ZMNL方法的海杂波模型仿真探讨

合集下载

用ZMNL方法实现地面杂波的建模与仿真

简报
用ＺＭＮＬ方法实现地面杂波的建模与仿真
刘凡１甜，艾加秋１’２
（１中国科学院电子学研究所，北京１００１９０；２中国科学院研究生院，北京１００１９０）（２００９年９月１４日收稿；２００９年１１月２５日收修改稿）
ＬｉｕＦ，ＡｉＪＱ．ＭｏｄｅｌｉｎｇａｎｄｓｉｍｕｌａｔｉｏｎｏｆｇｒｏｕｎｄｃｌｕｔｔｅｒｕｓｉｎｇＺＭＮＬａｌｇｏｒｉｔｈｍ［Ｊ］．ＪｏｕｒｎａｌｏｆｔｈｅＧｒａｄｕａｔｅＳｃｈｏｏｌｏｆｔｈｅＣｈｉｎｅｓｅＡｃａｄｅｍｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅｓ，２０１０，２７（２）：２７５－２７９．
对上面杂波建模的过程进行仿真．在仿真结果中，我们假设随机序列长度为２００００点，方差为１，带宽为１００Ｈｚ，采样频率为１６００Ｈｚ．对数正态分布模型仿真结果和韦伯分布模型仿真结果如下．
由图１、图２对数正态分布和韦伯分布的仿真结果与理想函数之间的比较可知，使用ＺＭＮＬ方法模拟地杂波能够准确地符合理想分布函数模型，证明ＺＭＮＬ是有效的地杂波模拟方法．图２中韦伯分布函数的２个参数设定为ｑ＝１．２。Ｐ＝２．
ｃＩ＝省ＩＣＯＳＯ）。ｔ＋ｊ），Ｉｓｉｎｗ。ｔ，
（１）
其中，菇。、Ｙ。一Ｎ（０，矿２），杂波载频为Ｚ．电压吼可以表示为
ｑ＝√菇；＋Ｙ：，
（２）
可知，如果用…表示瑞利分布杂波回波的包络振幅，则ＩｚＩ的概率密度函数（ＰＤＦ）为
ｆ（Ｉ…＝等唧『ｔ一（粤）】２．
（３）
矿
、盯，ｏ
当高分辨率雷达对地面进行低入射角探测时，地物杂波的分布与瑞利分布明显不同．杂波包络的
ｆ（Ｉｚ１）＝号（掣）Ｐ１唧【（一粤）’】，
（１３）
累积概率分布函数（ＣＤＦ）
Ｆ（Ｊ川“一ｅｘｐ｛一（掣）’），

基于改进的ZMNL和SIRP的K分布杂波模拟方法

基于改进的ZMNL和SIRP的K分布杂波模拟方法朱洁丽;汤俊【期刊名称】《雷达学报》【年(卷),期】2014(3)5【摘要】Zero Memory NonLinearity (ZMNL) and Spherically Invariant Random Process (SIRP) are two commonly used methods in K-distribution clutter simulations. An improved simulation method, which adds abranch of Gamma-distributed variable and extends the shape parameter to arbitrary positive real, is proposed to address the clutter simulation error in the conventional ZMNL method. To reduce the computation required for the conventional SIRP method, an improved method of modulation variable generation is also proposed, what avoids large computations for solving nonlinear equations and improves the simulation speed. The simulation results verify the effectiveness of the improved methods.%零记忆非线性变换(ZMNL)法和球不变随机过程(SIRP)法是模拟K分布杂波的两种常用方法。

针对传统ZMNL方法中形状参数(半)整数化所导致的杂波模拟偏差问题，该文提出采用增加Gamma分布生成支路的方法进行改进，改进后的方法能够模拟任意形状参数的 K 分布杂波；针对传统 SIRP 方法运算量较大的问题，给出了一种改进的调制变量产生方法，该方法能够避免求解非线性方程，极大地降低了运算量，提高了仿真速度。

一种改进的ZMNL雷达杂波仿真方法

姜斌王宏强。和湘郭桂蓉
（１国防科技大学四院空间信息技术研究所，长沙４０７；１０３２通信指挥学院，武汉４０１）３００摘要：雷达杂波仿真是雷达研究的一项关键技术，本文首先深入研究了几种经典杂波模型的统计特性；在此基础上，
维普资讯
第２３卷第３期
２ｏ７０
信号处理
ＳＧＮＲＯＣＳＩＩＡＬＰＥＳＮＧ
Ｖｏ．３．Ｎｏ３Ｉ２．
６月
Ｊｎ２ｏｕ．０７
一
种改进的ＺＭＮＬ雷达杂波仿真方法
Ｋｅｙｗｏｒｓ：ＺｄＭＮＬ；ｇｎｒｌｔｒｍｏｅｓｏｌｘｃｐｔｕ；ｒａｉａｌｉｅｌｒｉｈｓｃ；ｓｌｔｎｅｅａｃｕｔｄｌ；ｃｍｐｅｅｓｍｌｅｒｅｚｅｌａｆｔｎｐｙｉｓｉａｉｌｂｎｒｉｅｍｕｏ
引入最小相位特性与复倒谱技术，给出了一种物理可实现的滤波器产生方法，同时详细阐述了物理可实现经典杂波随机序列产生的流程；最后，进行了仿真实验，仿真结果证明了该方法的准确性和有效性。该方法产生的杂波信号可用于雷达信号模拟、雷达图像分析及雷达最优信号处理器的设计。关键词：ＺＬＭＮ；经典杂波模型；复倒谱；物理可实现线性滤波器；仿真
ｆａｕｅａｄｃｍｐｅｅｓｕｔｃｎｌｇ，ｉｐｐｒｅｕｅｅｔｃｎｑｅｏｅｒａｉｂｅｆｔｒｉｈｓｃ．ｅｈｔｏｆｇｎｒ — ｅｔｒｎｏｌｘｃｐｔｍｈｏｏｒｅｙｔｓａｅｄｃｓｔｅｈｉｕｆｔｅｚｌｌｐｙｉｓＴｎｔｅｍｅｈｏｅｅａｈｈｈｌａｉｅｎｈｄｔｎｏｅｅａａｄｍｌｔｒｅｕｎｅｓｓｔｆｒｍｆｕｄｙＦｎｌ，ｈｉｌｔｎｉｐｃｓｅｎｈｅｕｔｐｖｈａｉｉｉｆｎｒｒｎｏｃｕｔｓｓｑｅｃｓｉｅｏｔｐ０ｎｌ．ｉａｙｔｅｓｍｕａｉｓｒｅｓｄａｄｔｅｒｓｌｒｅｔｅｖｄｔｏｇｌｅｈｌｏｏｓｏｌｙｎｅａｉｏｔｔｄｐｏｏｅｎｔｉａｅ．ａｄｖｒｃｔｅｍｅｏｒｐｓｄｉｈｓｐｐｒＴｅｃｕｔｒｇｎｒｔｄｂｉｍｅｏａｅｕｅｎｔｅｓｍｕａｉｎｏａａｉｎ，ｙｆｈｈｈｌｔｓｅｅａｅｙｔｓｅｈｔｄＣｂｓｄｉｈｉｌｔｒｄｓｇａｈｎｏｆｒｌｎｌｓｓｏａａｉｇｎｐｉａｉｒｄｓｌｐｏｅｓｒａａｙｉｆｒｄｍａｅａｄｏｔｚｔｎｏａａｉａｒｃｓｏ．ｒｉ：Ｉｎｆｔｅｋｙｔｃｎｑｅｎｔｅｒｄｒｒｓａｃｏｅｒｄｌｔｒｓｍｕａｉｎ，ｒｔ，ｉａｅｔｄｅｔｔｔｓｓｒｔａｔｓｏｅｏｅｈｉｕｓｉｈａａｅｒｈｆｒｔａａｃｕｔｉｌｔｉｈｅｅｈｒｅｏｆｌｔｓｐｐｒｓｕｉｓｓａｉｉｉｙｈｓｓｃ

《2024年杂波建模与仿真技术及其在雷达信号模拟器中的应用研究》范文

《杂波建模与仿真技术及其在雷达信号模拟器中的应用研究》篇一一、引言随着雷达技术的快速发展，杂波的建模与仿真技术已经成为雷达信号处理中的重要一环。

杂波的准确模拟不仅对雷达目标检测和跟踪有着重要影响，同时对于提高雷达系统的性能也具有重要意义。

本文旨在探讨杂波建模与仿真技术的原理、方法及其在雷达信号模拟器中的应用研究。

二、杂波建模与仿真技术概述杂波建模与仿真技术是利用数学模型和计算机技术，模拟出雷达系统中杂波的特性。

杂波主要包括地杂波、海杂波、气象杂波等，这些杂波对雷达系统的性能产生重要影响。

杂波建模与仿真技术的目的是为了更准确地模拟出这些杂波的特性，以便于进行雷达系统的设计和优化。

三、杂波建模的方法杂波建模的方法主要包括统计模型和物理模型两种。

统计模型是通过分析杂波的统计特性，如均值、方差、协方差等，来建立杂波模型。

物理模型则是根据杂波产生的物理过程，如散射、反射等，来建立杂波模型。

这两种模型各有优缺点，应根据具体的应用场景选择合适的模型。

四、仿真技术的实现仿真技术的实现主要包括数学建模、算法设计和计算机仿真三个步骤。

首先，根据杂波的特性建立数学模型；其次，设计合适的算法来模拟杂波的产生和传播过程；最后，利用计算机技术实现仿真过程。

在仿真过程中，需要考虑到仿真精度、计算效率等因素。

五、在雷达信号模拟器中的应用雷达信号模拟器是用于模拟雷达系统中的各种信号和杂波的设备。

杂波建模与仿真技术在雷达信号模拟器中的应用，可以帮助研究人员更好地理解和分析雷达系统的性能。

通过模拟出各种复杂的杂波环境，可以对雷达系统的目标检测、跟踪、抗干扰等性能进行评估。

同时，还可以用于训练和测试雷达系统的性能。

六、实例分析以某型雷达系统为例，介绍杂波建模与仿真技术在其中的应用。

首先，根据实际的地形、气象等条件，建立相应的杂波模型；其次，设计合适的算法来模拟杂波的产生和传播过程；最后，利用雷达信号模拟器进行仿真。

通过对比实际雷达系统的性能和仿真结果，可以验证杂波建模与仿真技术的有效性和准确性。

基于ZMNL法的相关雷达杂波建模与仿真

基于ZMNL法的相关雷达杂波建模与仿真杜勇;李依林;杨海粟【摘要】本文应用零记忆非线性变换（ZMNL）法，对幅度分布特性为Rayleigh 分布、Lognormal分布以及WeiBull分布，功率谱特性为高斯谱的雷达杂波进行了建模和仿真，并总结出ZMNL法仿真雷达杂波的一般步骤，实现了满足一定幅度分布和功率谱特性的相参雷达杂波动态实时模拟。

仿真结果与模型比较吻合，证明了ZMNL法的有效性。

%Based on Zero Memory Nonlinearity (ZMNL) transform algorithm, the radar clutter with amplitude dis- tribution characteristic as Rayleigh, Lognormal/and Weibull distributions and power spectrum characteristics as Gaussian spectrum is modeled and simulated and a general procedures for simulating radar clutter based on AMNL are summarized for Radar clutter; and real-time dynamic simulation for coherent radar clutter is implemented which can meet some amplitude distribution and power spectrum characteristics. The simulated results are coincided with the model, and prove validity of ZMNL algorithm.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2012(000)004【总页数】4页(P11-14)【关键词】零记忆非线性变换;分布;相关;杂波建模【作者】杜勇;李依林;杨海粟【作者单位】西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100;西安电子工程研究所,西安710100【正文语种】中文【中图分类】TN951 引言在杂波背景下进行信号处理和目标检测是雷达的基本任务之一，在实验室快速、准确地模拟雷达杂波，不仅仅能为雷达目标检测算法的设计、杂波抑制处理器的设计提供重要的参考，还能将部分外场试验的工作量转移到实验室进行，缩短雷达研发周期，节省大量试验经费。

雷达模拟器中海杂波模拟的一种新方法

雷达模拟器中海杂波模拟的一种新方法谢永亮;赵朋亮;甘怀锦【摘要】海杂波的建模方法已趋于成熟,而如何在光栅显示器上快速逼真地模拟海杂波是当前模拟器面临的一个重要问题.在成熟的海杂波模型基础上,用ZMNL快速模拟杂波序列,并通过距离和近程增益调制可快速逼真地模拟海杂波.【期刊名称】《微型机与应用》【年(卷),期】2011(030)003【总页数】4页(P67-69,72)【关键词】海杂波;ZMNL;距离调制;近程增益调制【作者】谢永亮;赵朋亮;甘怀锦【作者单位】海军蚌埠士官学校,安徽蚌埠,233000;海军蚌埠士官学校,安徽蚌埠,233000;海军蚌埠士官学校,安徽蚌埠,233000【正文语种】中文【中图分类】TN391迅速而准确地模拟雷达杂波的方法对雷达系统模拟及雷达信号处理来说十分重要[1]。

目前海杂波建模主要有三种方式：散射机理建模、杂波统计建模和杂波非线性建模，其中杂波统计建模是最常用的方式[2]。

产生具有一定概率分布的随机序列的方法主要有：球不变随机过程法（SIRP）和零记忆非线性变换法（ZMNL）[3]。

海杂波在模拟中有着非常重要的地位，如何将建模得到的海杂波快速逼真地反应在模拟器的光栅显示器上显得尤为重要。

本文采用经典的海杂波模型，通过ZMNL来产生海杂波序列，再进行距离和近程增益调制，可以快速逼真地模拟海杂波。

较为经典的海杂波模型有：（1）瑞利分布[4]：式中，x为海杂波幅度瞬时值，2σ2为杂波幅度的均方值。

假定海杂波由许多相互独立的随机散射体形成，根据中心极限定理，其功率服从于正态分布，其包络的概率密度函数为瑞利分布，这种分布适合于低分辨率雷达（天线波束宽度＞2°，脉冲宽度＞1 μs）的地杂波、海杂波及气象杂波。

（2）对数正态分布[5]：式中，x为海杂波幅度瞬时值，eu+σ2/2为杂波幅度的均方值。

在分辨力提高或高海情下，海杂波的后向散射特性偏离了瑞利分布，尾部较长，适合于用对数正态分布模拟。

基于ZMNL的杂波仿真

基于ZMNL的杂波仿真杨自柱摘要杂波在雷达环境模拟中有着重要的作用，其特性可以用幅度分布特性和频率分布特性来描述。

ZMNL法和SIRP法是目前最常用的两种杂波模拟方法，文中对这两种方法分别作了详细的介绍，并且详细讨论了基于以上两种方法的瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布和K分布杂波的产生原理和仿真流程。

为了研究杂波环境下的信号处理问题，本文借助ZMNL 方法设计了一套雷达杂波仿真系统，利用统计模型对雷达接收机可能遇到的气象杂波、地杂波、海杂波、箔条干扰等各种杂波类型进行了计算机模拟，并给出了合理的仿真结果。

随后重点用ZMNL 法对高斯谱对数正态分布分布杂波进行了仿真，同时得出了有价值的仿真结果。

最后，对所产生的杂波作了功率谱估计。

实验结果证明，基于ZMNL方法的雷达杂波模拟方法是快速准确并且有效可靠的。

关键词:ZMNL；相关雷达杂波；建模与仿真；统计模型；功率谱估计AbstractRadar clutter plays an important role in the simulation of radar environment, statistical characterization of which can be described by the amplitude distribution characteristic and frequency distribution characteristic. Zero Memory Nonlinearity (ZMNL) transform and Spherically Invariant Random Process (SIRP) are two kinds of simulation methods of radar clutter used frequently at present. A detailed introduction of the two methods is given in this paper. Based on the two methods, the principle and flow of simulation of Rayleigh, Log-Normal, Weibull and K-distributed clutters are discussed in detail.In order to process signals embedded in clutter, a simulation system of radar clutter based on ZMNL using statistic models is designed. It simulates some kinds of radar clutter such as weather, ground, sea clutter, chaff and the result is reasonable for practical work. Subsequently, Log-Normal-distributed clutters based on Gaussian spectrum are simulated using ZMNL method, and some valuable simulation results are drawn. Finally, some power spectrum methods are used to analyze the clutter data. The validity of the methods is proved by simulated results，and the radar clutter simulation based on ZMNL is fast and accurate, as well as effective and reliable.Keywords:ZMNL; coherent radar clutter; modeling and simulation; statistical model; power spectrum estimation第一章概述杂波是雷达信号检测和处理的固有环境，在杂波背景下进行信号处理是雷达的基本任务之一。

基于ZMNL的杂波仿真设计

基于ZMNL的杂波仿真摘要杂波在雷达环境模拟中有着重要的作用，其特性可以用幅度分布特性和频率分布特性来描述。

随后重点用ZMNL 法对高斯谱对数正态分布分布杂波进行了仿真，同时得出了有价值的仿真结果。

最后，对所产生的杂波作了功率谱估计。

实验结果证明，基于ZMNL方法的雷达杂波模拟方法是快速准确并且有效可靠的。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

基于ZMNL方法的海杂波模型仿真探讨
摘要海杂波作为环境波形中最为复杂的一种波形，常利用瑞利分布、对数正态分布、韦伯尔分布和K分布等几种常见模型对其进行描述。

本文主要介绍利用零记忆非线性变换法（ZeroMemory Nonlinearity）對于雷达波形进行仿真。

关键词海杂波；零记忆非线性变换法；杂波统计模型
雷达杂波干扰历来是雷达科技工作者和观测者十分关注的课题，很多情况下，限制雷达探测能力的不是接收机的内部噪声，而是环境杂波。

研究杂波的形成机理，杂波的反射强度与雷达参数的关系，讨论杂波的分布特性等这些都可以为制定雷达方案、选择雷达参数，采取各种抗杂波的措施、杂波模拟等工作提供理论依据，指明技术方向，避免雷达的设计研究工作一定程度上的盲目性。

近半个世纪以来，人们对雷达杂波问题进行了大量的理论研究和试验测定，对雷达杂波的特性认识已经逐渐深入。

先后建立了几种雷达杂波统计模型，包括瑞利分布、对数正态分布、韦伯尔分布和K分布等。

对杂波进行分析，建立准确的杂波统计模型以及相应的仿真方法，一方面可以为雷达模拟器提供逼真的杂波环境模型；另一方面，也有助于雷达杂波滤波器的设计和实现，提高抑制杂波的能力，提高雷达探测性能。

所以，雷达环境特性的研究，对提高雷达性能有着十分重要的意义，特别是面对现代目标隐身技术和超低空突防的威胁，愈加显得重要。

现代雷达系统越来越复杂。

在雷达研制和生产的各个阶段，都离不开对雷达性能和指标的测试。

如全部采用外场测试，将消耗大量的人力、物力、财力且易受天气状况影响，延长研制周期。

而利用现代仿真技术和数字电路技术的雷达信号模拟器，以其经济灵活和可重复性等优点，已成为雷达系统的设计、开发和测试中不可缺少的重要组成部分。

一些技术发达国家都比较普遍的使用雷达信号模拟器，凡是用雷达作为探测手段的武器系统，一般都配有比较先进的雷达信号模拟器，以便逼真地模拟威胁背景。

因此，研制高性能的雷达信号模拟器是我军武器装备发展所迫切要求的下，以计算机为基础的仿真是目前雷达界公认的以可控方式经历和测量全部雷达性能的唯一办法。

由此计算机建模和仿真技术在雷达设计和开发中变得日益重要。

目标和环境的真实统计模型可以用来深入了解新的信号处理方案并解释真实系统在实际实验中的工作情况；也可以用对系统的逐个脉冲仿真来开发和实验实时信号处理算法，并检查这些算法的硬件和软件实现。

海杂波的建模与仿真是雷达目标模拟中环境模拟的重要部分。

仿真得到的海杂波数据良好与否是雷达最优化设计及雷达信号处理的关键。

对海杂波的研究迄今已有50多年，但其实验数据和理论远不能令人满意，还不可能对海面回波的电平（作为雷达参数和海面状态参数的函数）做出高度准确的预测。

对雷达波来说，海面是极其复杂的反射体，关键是找出一些合适的参数，以便建立一个描述海浪回波依从关系的数学模型。

海杂波往往是均匀的，而且对研究雷达性能来说，是一种统计现象。

对于低分辨雷达（天线波束宽度大于2°，脉冲宽度大于1μ，海杂波幅度一般服从瑞利型振幅分布。

在高分辨率雷达中，往往观察到的幅度一般服从对数正态分布、韦布尔分布和相关K分布。

在海杂波统计特性的基础上，通过详细分析雷达波长、海情、入射余角以及极化方式对海杂波特性的影响，得出近海距离、严重杂波情况下的海杂波信号特性，然后在现有雷达地杂波设备的基础上，快速、准确地模拟雷达杂波，是雷达系统模拟及杂波特性研究所必需的产生具有一定概率分布的相关随机序列的方法目前有两种具有代表性，其一是球不变随机过程法（Spherically Invariant Random Processes），这种方法的基本思路是：产生一个相关的高斯随机过程，然后用具有所要求的概率密度函数（pdf）的随机序列进行调制。

这种方法受所求序列的阶数及自相关函数的限制，同时计算量非常大，不易形成快速算法；其二是零记忆非线性变换法（ZeroMemory Nonlinearity），这种方法的基本思路是：首先产生相关的高斯随机序列，然后经某种非线性变换得到需要的相关非高斯随机序列。

这种方法比较经典，Bede Liu对这种方法进行了比较完整的理论分析。

这种方法得以应用的一个先决条件是必须寻找输入序列与输出序列的相关函数之间的非线性关系，得到所求的相关序列。

ZMNL方法对对数正态分布、韦伯分布、K-分布这三种非高斯分布杂波的这种非线性关系做出了很好的总结。

ZMNL的基本思路是：对于离散随机序列，用功率谱密度的方法研究线性系统输出随机过程的统计特性，所以只要已知输入、输出过程的功率谱密度，就可以求出线性系统的系统函数。

要得到仿真的海杂波数据，只要生成的N个样本数据满足：①具有特定的幅度分布；②具有一定的谱特性。

零记忆非线性ZMNL方法的基本思想是首先产生相关的高斯随机序列，然后经过某种非线性变换得到所求的具有特定分布的相关的随机序列。

这个过程如图1所示。

ZMNL法的基本原理如下：先产生高斯白噪声序列{vi}，{vi}通过一个线性数字滤波器H（w）得到随机序列{wi}，{wi}经过零记忆非线性变换G（·）得到{zi}，{zi}的幅度分布特性由非线性变换G（·）得到；其功率谱密度为海杂波信号的功率谱密度。

数字滤波器H（z）用来满足谱特性。

输入的高斯白噪声序列{vi}，经过线性系统H（w）仍服从高斯分布，而功率谱函数为系统幅频函数的平方；得到的序列{wi}经过非线性滤波器后就可以得到满足要求的序列，非线性滤波器用来保证输出随机序列的幅度分布特性。

通过研究输入序列{wi}和输出序列{zi}的相关函数和的关系。

，i，j=1，2，…，N
及
，i，j=1，2，…，N
用的相关函数来计算的相关函数；由，（F表示傅里叶变换），从而得到。

对于低分辨率雷达（天线波束宽度大于2度，脉冲宽度大于1μs：），海杂波的幅度一般服从瑞利型振幅分布。

对于瑞利分布的概率密度函数为
当，a>0，对于给定的，a为常数。

服从对数正态分布的海杂波信号仿真模型的基本思路：在雷达的鉴别力提高或者在高海情下，杂波的尾部较长，后向散射特性偏离了瑞利分布，比较符合对数正态的振幅分布。