基于Simulink的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真_胡海莽
基于Simulink的脉冲发生器仿真及脉宽调整
87收稿日期:2018-03-12作者简介:梁红卫(1967—),女,河南驻马店人,本科,工程师,教学部长,研究方向:电工电子、电气、机电一体化。
1 引言脉冲波形在电力负荷控制终端的检测、电路测试与维修以及雷达和通信等领域有着广泛的应用[1-2]。
因此,有关脉冲发生器的设计及其脉冲宽度调整电路分析在电子电工课程中具有十分重要的地位。
实际教学中,通过使用示波器直接测量脉冲发生器电路板各个测量点的电压波形,使学生掌握各个器件的特性和脉冲波形的产生过程。
尽管基于实际电路板的测量方法简单,但是电路设计的灵活性欠缺、实验成本高、效率低。
采用计算机仿真是解决这一问题的有效办法。
基于Simulink/Simscape的电路仿真,不仅可以通过物理仿真模块搭建控制灵活的仿真系统[3-4],而且可激发学生对问题本质的探究,具有教学成本低、学习效率高等一系列优势。
本文提出一种基于Simulink/Simscape平台的脉冲波形发生器,并对脉冲宽度进行调整。
根据Simscape工具箱中提供物理模型模块,结合各模块的连接关系,构建脉冲波形发生器电路,以直观形象的方式演示脉冲波形受电容和电阻变化的影响情况。
2 脉冲波形发生器电路及其Simulink模型2.1 仿真建模一种常见的脉冲波形发生器电路图如图1所示。
根据脉冲波形发生器的电路(见图1),采用Simulink软件包中的基于Simulink 的脉冲发生器仿真及脉宽调整梁红卫(广州市机电技师学院,广东广州 510435)摘要:根据脉冲发生器电路原理图,使用Simulink软件包构建了脉冲发生器电路模型,并分析了电容反向充电回路的时间常数对脉冲宽度的影响。
仿真结果验证了时间常数越小则脉冲宽度越窄,时间常数越大则脉冲宽度越宽。
关键词:脉冲发生器；时间常数；SIMUL INK；脉宽调整中图分类号:TM935.4文献标识码:A 文章编号:1007-9416(2018)04-0087-02应用研究DOI:10.19695/12-1369.2018.04.44图2 基于Simulink 的脉冲波形发生器电路模型图1 脉冲波形发生器电路图及电压波形测量节点. All Rights Reserved.88第 36 卷 数字技术与应用 A Simulation of the Pulse Generator Based on Simulink and Adjusting the PulseWidthLIANG Hong-wei(Guangzhou Electromechanical Technician College,Guangzhou Guangdong 510435)Abstract:A model of the pulse generator is constructed by using the Simulink package in term of the circuit diagram of the pulse generator. The effect of the time constant of capacitor reverse charging circuit on pulse width is also analyzed. Results of simulation demonstrate that, the smaller the time constant, the narrower the pulse width; the larger the time constant, the wider the pulse width.Key words:pulse generator; time constant; Simulink; pulse width adjustmentSimscape工具箱将其建模如图2所示。
matlab仿真脉冲多卜勒雷达信号处理
matlab仿真脉冲多卜勒雷达的信号处理目录目录-------------------------------------------------------- 1 第一章绪论-------------------------------------------------- 31.1 雷达起源 ---------------------------------------------- 31.2 雷达的发展历程 --------------------------------------- 4 第二章原理分析----------------------------------------------- 62.1 匹配滤波器原理 --------------------------------------- 62.2 线性调频信号（LFM） ---------------------------------- 82.3 LFM信号的脉冲压缩----------------------------------- 10 第三章多目标线性调频信号的脉冲压缩------------------------- 14 第四章仿真结果分析------------------------------------------ 164.1 时域图分析 ------------------------------------------ 164.2 回波信号频域图分析 ---------------------------------- 174.3 压缩信号图分析 -------------------------------------- 194.4 多目标压缩信号图分析 -------------------------------- 21 第五章问题回答--------------------------------------------- 23 第六章致谢与总结------------------------------------------- 24 附录（Matlab程序）------------------------------------------ 25第一章绪论1.1 雷达起源雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
基于Matlab_Simulink的测量雷达伺服系统的仿真方法
图 ’" 某天线负载仿真结构图 图 &&" 速度回路闭环幅频特性
万方数据
图 (" 某天线结构谐振频率
图 &%" 速度回路阶跃响应特性
第9 期
邹丽娟： 基于 %&’(&) / 0J?U(J>I 的测量雷达伺服系统的仿真方法
8N
量的天线负载速度回路模型。图 !! 为其速度回路闭 环幅频特性， 反映了结构谐振频率的影响。图 !" 为速 度回路阶跃响应特性。从图中可观察到阶跃的上升段 有明显的因弹性而引起的缺口变形， 和实际系统一致。
［ %］ 。该位置回路开环幅频特性如图 ? 所示。 回路带宽
是一个典型的!型系统。位置回路总开环增益 ! 4 表
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现代雷达
%! 卷
仿真结果以及实际系统结果， 仿真接近实际系统。
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第 "T 卷! 第 6 期
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matlab仿真脉冲多卜勒雷达的信号处理分析
matlab仿真脉冲多卜勒雷达的信号处理目录目录-------------------------------------------------------- 1 第一章绪论-------------------------------------------------- 31.1 雷达起源 ---------------------------------------------- 31.2 雷达的发展历程 --------------------------------------- 4 第二章原理分析----------------------------------------------- 62.1 匹配滤波器原理 --------------------------------------- 62.2 线性调频信号（LFM） ---------------------------------- 82.3 LFM信号的脉冲压缩----------------------------------- 10 第三章多目标线性调频信号的脉冲压缩------------------------- 14 第四章仿真结果分析------------------------------------------ 164.1 时域图分析 ------------------------------------------ 164.2 回波信号频域图分析 ---------------------------------- 174.3 压缩信号图分析 -------------------------------------- 194.4 多目标压缩信号图分析 -------------------------------- 21 第五章问题回答--------------------------------------------- 23 第六章致谢与总结------------------------------------------- 24 附录（Matlab程序）------------------------------------------ 25第一章绪论1.1 雷达起源雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
基于Matlab_Simulink的雷达系统仿真
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第 21 卷 第 11 期
文章编号：1006 - 934（8 2004）11 - 0235 - 04
计算机仿真
2004 年 11 月
基于Simulink的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真_胡海莽
第 27 卷 第 10 期
基于 Simulink 的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真
·1 693 ·
距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力 ,有更强的抑制 杂被的能力 。因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标 回波 。20 世纪 60 年代 ,为了解决机载下视雷达强地杂波 的干扰 ,研制了脉冲多普勒体制雷达 (pulse2doppler , PD) 雷达 。PD 雷达明显地提高了从运动杂波中检测目标的 能力 。PD 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的 脉冲雷达 ,能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波 (频域滤波) ,具有对目标进行速度分辨能力的雷达 。
参考文献 :
图 5 存在多径信号的时间同步仿真结果
[ 1 ] 杨振起 ,张永顺 ,骆永军. 双 (多) 基地雷达系统[ M ] . 北京 :国防 工业出版社 ,1999.
[ 2 ] 陈伯孝 ,张守宏. 稀布阵综合脉冲孔径雷达时域与频域脉冲综合 方法[J ] . 现代雷达 ,1997 ,19 (6) :12 - 17.
( School of Elect ronics Engi neeri ng , Xi dian U niv . , Xi’an 710071 , Chi na)
Abstract : As having controllable , repeatable , safety , economical and non2destructive characteristics , computer simulation is widely used in radar and ECM. A radar simulation module library based on Simulink is set up , describes the method of simulating a radar system. The simulation results show that the proposed method is computationally sim2 ple and efficent .
基于MATLAB的雷达杂波建模与仿真研究
基于MATLAB的雷达杂波建模与仿真研究赵瑶瑶;周天【摘要】为评估杂波对雷达探测目标的影响,方便后续设计雷达探测算法,对雷达杂波信号特性进行研究.从杂波幅度分布模型、杂波功率谱模型、杂波仿真方法三个角度做了深入论述,并采用高斯杂波功率谱模型.通过MATLAB Simulink对威布尔分布、对数-正态分布以及K分布的幅度分布和数据序列进行仿真实验;实验结果与理论分析基本一致,证明了杂波模型的准确性,为雷达探测目标和抑制杂波干扰的设计提供参考依据.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2018(047)003【总页数】6页(P75-80)【关键词】雷达;MATLAB Simulin;杂波高斯谱【作者】赵瑶瑶;周天【作者单位】合肥工业大学安徽宣城242000;合肥工业大学安徽宣城242000【正文语种】中文【中图分类】TN950 引言雷达杂波通常指的是除雷达探测目标以外的散射回波。
随着雷达研究的不断深入、以及现代战场复杂密集的电磁环境信号，使得雷达环境杂波问题日益突出。
因此，通过预先模拟研究复杂环境下的雷达杂波特性，不仅为雷达探测目标算法设计提供依据[1]，而且有利于减少雷达开发时间、节约成本，具有非常重大的实际意义。
1 杂波幅度分布模型自从雷达杂波被定义以来，人们对杂波特性做了大量研究和试验，并建立了多种统计模型来更进一步分析杂波的形成机制。
其中，常见的杂波幅度分布模型有：瑞利分布、威布尔分布、对数-正态分布和 K分布[2]。
当雷达的杂波主要来源于气象干扰或雷达分辨率较低，此时杂波包络服从瑞利分布。
瑞利分布是一种极限分布，且分布主要受单一参数影响，同时该分布理论上可由中心极限定理推导得出。
由于瑞利分布拖尾最短，且杂波的同相与正交分量均满足高斯序列，故又称为高斯杂波[3]。
随着科技的不断进步，今后雷达分辨率在逐步提高的同时其分辨率模块体积越来越小，当雷达工作在小后坐角时，杂波具有更长的拖尾、且大多不符合高斯分布[4]。
雷达系统中杂波信号的建模与仿真
雷达系统中杂波信号的建模与仿真摘要本设计主要实现了杂波信号的建模与仿真。
系统的开发平台为MATLAB 7.1，运行平台为Window XP。
杂波模拟也就等于模拟同时具有特定的概率密度(PDF)和功率谱密度(PSD)的随机过程。
本设计首先用M文件S函数编写了十二种常用的杂波模块（包括Rayleigh分布、LogNormal分布、Weibull分布、K分布的Gaussian谱、Cauchy谱、AllPole 谱杂波模块），然后用SIMULINK里面自带的一些模块建立一个雷达系统，把杂波模块放进雷达系统中进行仿真。
最后用M文件编写程序改变杂波中的标准差，画出漏检测概率曲线图，并对雷达系统进行性能分析。
关键词：杂波；建模；仿真；MATLAB/SIMULINKTHE SIMULATION AND MODELING OFCLUTTER SIGNAL IN RADAR SYSTEMABSTRACTThis project models and simulates the clutter signal. The system develops in MATLAB 7.1, and runs in Windows XP. Radar clutter simulation is equal to the simulation of random process of certain Porbability Distribution Function (PDF) and Power Specturm Density(PSD). Firstly, we simulate the 12 kinds of commonly clutter module (including the Rayleigh, LogNormal, Weibull, K distribution and Power spectrum models: Gaussian, Cauchy, AllPole) using M-file S-Function, Next, we build a radar system using a number of modules in the SIMULINK, and simulate the radar system under diffrent clutter module. Finally, we run model in various standard deviation of clutter use M file, obtained BER curves and analysis the radar system performance.Key words:Clutter; Modeling; Simulation; MATLAB/SIMULINK目录1 绪论 (1)1.1 课题背景及目的 (1)1.2 SIMULINK简介 (2)1.3 论文构成及研究内容 (3)2 杂波建模与模拟方法 (4)2.1 杂波建模 (4)2.1.1 雷达杂波幅度分布模型 (4)2.1.2 雷达杂波频谱分布模型 (8)2.2 相关杂波的模拟方法 (9)2.2.1相关高斯序列的模拟方法 (9)2.2.2相关对数正态分布杂波的建模 (10)2.2.3相关韦布尔分布杂波的建模 (11)2.2.4相关K分布杂波的建模 (12)3 雷达系统杂波信号的仿真 (15)3.1雷达系统的一般工作模型 (15)3.2雷达系统中杂波信号的仿真 (15)3.3雷达系统中其它杂波信号的仿真 (20)4 雷达系统性能分析 (22)4.1瑞利杂波条件下雷达系统的性能分析 (22)4.2四种不同杂波条件下雷达系统的性能比较 (23)5 结束语 (26)参考文献 (27)致谢 (28)附录 (29)附录A（sfun_RayleighGaussian.m函数程序） .......................................................... (29)附录B（sfun_RayleighCauchy.m函数程序） (31)附录C（sfun_RayleighAllPole.m函数程序） (32)附录D（sfun_LogNormalGaussian.m函数程序） (33)附录E（sfun_LogNormalCauchy.m函数程序） (34)附录F（sfun_LogNORMALAllPole.m函数程序） (35)附录G（sfun_WeibullGaussian.m函数程序） (36)附录H（sfun_WeibullCauchy.m函数程序） (37)附录I（sfun_WeibullAllPole.m函数程序） (38)附录J（sfun_KGaussian.m函数程序） (39)附录K（sfun_KCauchy.m函数程序） (40)附录L（sfun_KAllPole.m函数程序） (41)附录M（瑞利杂波下系统的漏检测概率计算程序） (42)附录N（十二种常用杂波下系统的漏检测概率计算程序） (43)附件 (45)附件一开题报告 (45)附件二英文原文 (52)附件三英文译文 (79)1 绪论1.1 课题背景及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[1]。
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文章编号 :10012506X(2005) 1021692202
系统工程与电子技术 Systems Engineering and Electronics
Oct . 2005 Vol. 27 No. 10
基于 Simul ink 的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真
[ 4 ] 姚俊 , 马松辉. Simulink 建模与仿真[ M ] . 西安 :西安电子科技 大学出版社 , 2002. 282.
[5 ] 向敬成 , 张明友. 雷达系统[ M ] . 北京 : 电子工业出版社 ,2001. 77 - 107.
[ 6 ] Gaspare Galati. Advanced radar techniques and systems[ M ] . Peter Peregri nes L t d , 1993. 287 - 301.
( School of Elect ronics Engi neeri ng , Xi dian U niv . , Xi’an 710071 , Chi na)
Abstract : As having controllable , repeatable , safety , economical and non2destructive characteristics , computer simulation is widely used in radar and ECM. A radar simulation module library based on Simulink is set up , describes the method of simulating a radar system. The simulation results show that the proposed method is computationally sim2 ple and efficent .
Simulink ,是一种开放性的 ,用来模拟线性或 非 线 性
的 、连续或离 散 的 、或 者 两 者 混 合 它是 MA TLAB 的一个附加组件 ,用 来提 供 一 个 系 统 级 的 建 模 与 动 态 仿 真 工 作 平 台 。 Simulink 是用模 块 组 合 的 方 法 使 用 户 能 够 快 速 、准 确 地 创建动态 系 统 的 计 算 机 模 型 。另 外 , Simulink 还 提 供 一 套图形动画处理方法 ,使用户可以方便地观察到仿真的 整个过程 。
参考文献 :
[ 1 ] 孙晓闻. 脉冲多普勒雷达信号处理系统的仿真[J ] . 系统仿真学 报 , 2002 ,14 (11) :1555 - 1558.
[ 2 ] 林博. 基于 EDA 平台雷达系统仿真与 Top2down 设计研究[ D ] . 西安电子科技大学 ,1999. 16 - 19.
[ 3 ] 吴枫. 基于 PC 的雷达系统建模与仿真[ D ] . 西安电子科技大学 , 2002. 44 - 49.
图 1 是 PD 雷达系统仿真原理框图 ,脉冲发生器产生相 参脉冲串信号 ,然后通过目标回波模块加入目标信息 ,包括 目标的多普勒信息和距离信息 ,还包括目标的起伏 。然后 加入地物杂波信号和系统噪声信号 ,接下来通过高放模块 和中放模块将信号变为中频信号 ,再经过零中频正交双通
道处理将信号变为视频信号 ,再将视频信号通过主杂波对 消器 ,滤除零频杂波后进行多普勒滤波 ,也就是进行 FF T 处理 。经过多普勒处理后 ,再做 CFAR 处理 ,最终得到所要 观察的信号 。
Key words : radar ; modeling ; simulation ; Simulink ; pulse2Doppler
1 引 言
在雷达信号处理系统中 ,系统级仿真占有极其重要的 地位 ,经过系统级仿真能够保证产品在最高层次上的设计 正确性 。因为外场模拟真实战场复杂电磁环境是非常困难 的 ,同时也耗资巨大 。外场试验的次数有限 ,难以全面反映 雷达系统在各种复杂环境下的性能 ,外场测试和设计修改 使得试验周期长 ,并造成巨大浪费 。利用计算机仿真技术 的可控制性 、可重复性 、无破坏性 、安全性 、经济性等特点与 优势 ,对雷达电子对抗装备及其技术与战术运用等进行仿 真与效能评估 ,是当前雷达与电子对抗领域研究中的一种 重要手段 。
参考文献 :
图 5 存在多径信号的时间同步仿真结果
[ 1 ] 杨振起 ,张永顺 ,骆永军. 双 (多) 基地雷达系统[ M ] . 北京 :国防 工业出版社 ,1999.
[ 2 ] 陈伯孝 ,张守宏. 稀布阵综合脉冲孔径雷达时域与频域脉冲综合 方法[J ] . 现代雷达 ,1997 ,19 (6) :12 - 17.
关键词 : 雷达 ; 建模 ; 仿真 ; Simulink ; 脉冲多普勒 中图分类号 : TP391. 9 文献标识码 : A
Model ing and simulation of a pulse2Doppler radar system based on Simul ink
HU Hai2mang , YAN G Wan2hai
脉冲发生器将矩形脉冲串调制到高频 ,图 3 为将脉冲 重复频率 10 kHz ,脉冲宽度 4μs 的矩形脉冲串信号调制在 1 MHz 的相参脉冲串的波形 ,图 4 是其频谱图 。产生的相 参脉冲串信号再经过目标回波模块 ,加入目标的延迟及多 普勒信息 ,以及目标的起伏信息 。
图 5 杂波功率谱密度 图 6 杂波概率密度分布
的信号的频谱
2. 3 零中频正交双通道处理
当用数字技术对信号进行处理时 ,在中频进行是不适
(下转第 1737 页)
第 27 卷 第 10 期
运动平台上多基地雷达时间同步技术
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5 结束语
本文研究了发射站或接收站在运动平台上的双/ 多基 地雷达的时间同步问题 ,提出了利用直达波进行处理并提 取时间同步信号的方法 ,计算机仿真结果验证了此方法的 可行性 。有关频率 (相位) 同步问题 ,限于篇幅 ,将另文发 表。
第 27 卷 第 10 期
基于 Simulink 的脉冲多普勒雷达系统建模与仿真
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距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力 ,有更强的抑制 杂被的能力 。因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标 回波 。20 世纪 60 年代 ,为了解决机载下视雷达强地杂波 的干扰 ,研制了脉冲多普勒体制雷达 (pulse2doppler , PD) 雷达 。PD 雷达明显地提高了从运动杂波中检测目标的 能力 。PD 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的 脉冲雷达 ,能实现对雷达信号脉冲串频谱单根谱线滤波 (频域滤波) ,具有对目标进行速度分辨能力的雷达 。
3 结 论
从已取得的仿真结果看 ,基于 Simulink 的雷达仿真取 得了令人满意的结果 ,并且由于仿真算法的优化 ,相比以前 的 版本仿真速度有了很大的提高 。Simulink这种图形化 、
图 11 信号的多普勒频移 图 12 信号的多普勒频移
的建模过程非常直观 ,且容易掌握 ,而且由于交互式 Simulink 的开放性 ,使用者可以随时根据自己的需要修改或者添加新 的模块 ,使得该雷达仿真库很容易得到进一步完善 。
Simulink 5. 0 在 软 硬 件 接 口 方 面 有 了 长 足 的 进 步 , Simulink 已经可以很方便地进行实时信号控制和处理 、信 息通信以及 DSP 处理 。仿真程序经过编译可以直接下载 到 DSP 等硬件设备中去 ,使得从系统级仿真到硬件实现一 气呵成 。缩短了新技术从理论阶段到实现新产品上市之间 的时间 ,提高了经济效益 , 而科研工作者也可以将更多的 精力放在系统级设计上 。
本文 的 仿 真 基 于 MA TLAB 6. 5 及 其 所 带 的 组 件 Simulink 5. 0 。
2 脉冲多普勒雷达系统仿真
脉冲多普勒雷达 ,是在动目标显示雷达基础上发展 起来的一种新型雷达体制[5] 。这种雷达具有脉冲雷达的
收稿日期 :2004 - 07 - 24 ; 修回日期 :2005 - 11 - 03 。 作者简介 :胡海莽 (1977 - ) ,男 ,硕士研究生 ,主要研究方向为信息处理与系统仿真 。E - mail :huhaimang @126. com
系统噪声用白高斯噪声模拟 。图 7 给出了在图 3 相参 脉冲串信号上叠加杂波和系统噪声的波形 ,信号完全被杂 波和噪声湮没 。图 8 为其频谱图 ,与图 4 比较 ,可以看到零 频处的幅度很大 。
图 3 相参脉冲串信号 图 4 相参脉冲串信号频谱
2. 2 杂波产生模块及系统噪声产生模块 杂波有三种谱类型 ,即高斯谱 、柯西谱和全极谱 ;四种
图 9 经相干检波器后信号频谱 图 10 经低通滤波器后信号频谱
2. 4 多普勒滤波 杂波滤波器后串接窄带滤波器组 ,在数字信号处理中
用快速傅里叶变换来实时计算出各频谱单元信号的频谱数 据 ,它等效于多个距离单元的窄带滤波器组 。图 11 为作 FF T 后信号的频谱 ,经窄带滤波器后只保留单根谱线 ,如图 12 所示 。从图 12 中可看出该目标的多普勒频移为 5 kHz。
幅度分布 ,即瑞利分布 、对数正态分布 、韦布尔分布和 K 分 布 。它们交叉组合共计有 12 种杂波类型 。杂波的产生采 用无记忆非线性变换法 ( ZMNL) 。图 5 是仿真的瑞利分布 高斯谱杂波功率谱密度图 ,图 6 是其概率密度分布图 。
图
7
被杂波和噪声湮没的信号
图
8
叠加杂波和噪声
[3 ] 陈伯孝 ,等. 舰载无源综合脉冲/ 孔径雷达及其若干关键问题 [J ] . 电子学报 , 2003 , 31 (12) : 29 - 33.
(上接第 1693 页)
当的 ,这就要求进行零中频多普勒信号处理 。零中频就是 将中频信号经相干检波器后变成视频信号进行滤波 ,为避 免检波引起的频谱折叠 ,保持区分正负频率的能力 ,采用正 交双通道处理 。图 9 是经相干检波器后输出信号的频谱 , 图 10 是经低通滤波器滤除高频分量后的信号频谱 ,可见信 号已被变为视频信号 。为了减轻后续数字信号处理的负 担 ,使用主杂波对消器 ,将主瓣杂波尽可能减弱 。