雷达目标回波信号仿真实现方法
sar合成孔径雷达图像点目标仿真报告附matlab代码
S A R 图像点目 标仿真报告 徐一凡 1 SAR 原理简介 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar ，简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率，利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率，从而获得大面积高分辨率雷达图像。 SAR 回波信号经距离向脉冲压缩后，雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：2r r C B ρ=，式中r ρ表示雷达的距离分辨率，r B 表示雷达发射信号带宽，C 表示光速。同为 (PT x = ,0z =；）， (;)PT R s r = = (2) (;)R s r 就表示任意时刻s 时，目标与雷达的斜距。一般情况下，0v s s r -<<，于是通过傅里叶技术展开，可将(2)式可近似写为： 2 20(;)()2v R s r r s s r =≈+- (3) 可见，斜距是s r 和的函数，不同的目标，r 也不一样，但当目标距SAR 较远时，在观测带
内，可近似认为r 不变，即0r R =。 图2：空间几何关系 (a)正视图 (b)侧视图 图2(a)中，Lsar 表示合成孔径长度，它和合成孔径时间Tsar 的关系是Lsar vTsar =。(b)中，θ?为雷达天线半功率点波束角，θ为波束轴线与Z 轴的夹角，即波束视角，min R 为近距点距离，max R 为远距点距离，W 为测绘带宽度，它们的关系为： 2min (R H tg θθ?=?-） 式中，rect()表示矩形信号，r K 为距离向的chirp 信号调频率，c f 为载频。 雷达回波信号由发射信号波形，天线方向图，斜距，目标RCS ，环境等因素共同决定，若不考虑环境因素，则单点目标雷达回波信号可写成式(6)所示： ()()r n n s t wp t n PRT στ∞=-∞= -?-∑ (6) 其中，σ表示点目标的雷达散射截面，w 表示点目标天线方向图双向幅度加权，n τ表
激光雷达回波信号仿真模拟
激光雷达回波信号仿真模拟研究 摘要 关键字 第一章绪论 第一节引言 激光雷达（Lidar：Li ght D etection A nd R anging），是一种用激光器作为辐射源的雷达，是激光技术与雷达技术完美结合的产物。激光雷达的最基本的工作原理与我们常见的普通雷达基本一致，即由发射系统发射一个信号，信号到达作用目标后会产生一个回波信号，我们将回波信号经过收集处理后，就可以获得所需要的信息。与普通雷达不同的是，激光雷达的发射信号是激光而普通雷达发射的信号是无线电波，两者在波长上相比，激光信号要短的多。由于激光的高频单色光的特性，激光雷达具有了许多普通雷达无法比拟的特点，比如分辨率高，测量、追踪精度高，抗电子干扰能力强，能够获得目标的多种图像，等等。因此，利用激光雷达对大气进行监测，收集、分析数据，建立一个大气环境预测理论模型，这将会成为研究气候变化和寻求解决对策的一项重要武器。 第二节本文的选题意义 由于投入巨大，在研制激光雷达实物之前，我们需要进行模拟与仿真研究，预测即将研制的激光雷达的各性能指标，评价总体方案的可行性。激光雷达回拨信号仿真模拟就是利用现代仿真技术，逼真的复现雷达回波信号的动态过程，它是现代计算机技术、数字模拟技术和激光雷达技术相结合的产物。仿真模拟的对象是激光雷达的探测没标以及它所处的环境，模拟的手段是利用计算机和相关设备以及相关程序，模拟的方式是复现包含着激光雷达目标和目标环境信息的雷达信号。通过激光雷达回波信号的仿真模拟，进而产生回波信号，我们可以在实际雷达系统前端不具备条件的情况下，对激光雷达系统的后级设备进行调试。 第三节本文的研究思路和结构安排 本文主要研究面向气象服务应用的大气激光雷达。笔者在熟悉激光雷达的基本工作原理的前提下，学习和熟悉各种参数对大气回波能量的影响，进而学习和掌握matlab编程语言，并且根据给定的激光雷达系统参数、大气参数和光学参数，以激光雷达方程为基础，通过仿真模拟得到理想状态下的大气回波信号。但是，在实际测量工作中，由于大气中的各种干扰，我们获得的回波信号并不和理想状态下的大气回波信号一致，因此，在本文的后期工作中，笔者根据已有的大量激光雷达实测信号与模拟信号对比，既能验证仿真模拟结果的准确性，又能应用于激光雷达的性能指标等方面的分析上，具有比较高的实际应用价值。 第二章激光雷达的原理 第一节激光雷达系统 一个标准的激光雷达系统应该包含以下部件：激光器、发射系统、接收系统、光学系统、信号处理系统以及显示系统。它的工作原理图我们可以用下图表示：
合成孔径雷达点目标仿真MATLAB程序
合成孔径雷达成像系统点目标仿真 源程序： clc close all C=3e8; %光速 Fc=1e9; %载波频率 lambda=C/Fc; %波长 %成像区域 Xmin=0; Xmax=50; Yc=10000; Y0=500; %SAR基本参数 V=100; %雷达平台速度 H=0; %雷达平台高度 R0=sqrt(Yc^2+H^2); D=4; %天线孔径长度 Lsar=lambda*R0/D; %合成孔径长度 Tsar=Lsar/V; %合成孔径时间 Ka=-2*V^2/lambda/R0;%线性调频率 Ba=abs(Ka*Tsar); PRF=2*Ba; %脉冲重复频率 PRT=1/PRF; ds=PRT; %脉冲重复周期 Nslow=ceil((Xmax-Xmin+Lsar)/V/ds);%脉冲数 Nslow=2^nextpow2(Nslow); %量化为2的指数 sn=linspace((Xmin-Lsar/2)/V,(Xmax+Lsar/2)/V,Nslow); %创建时间向量PRT=(Xmax-Xmin+Lsar)/V/Nslow; %更新 PRF=1/PRT; % 更新脉冲重复频率 fa=linspace(-0.5*PRF,0.5*PRF,Nslow); Tr=5e-6; %脉冲宽度 Br=30e6; %调频信号带宽 Kr=Br/Tr; %调频率 Fsr=2*Br; %快时间域取样频率 dt=1/Fsr; %快时间域取样间隔
Rmin=sqrt((Yc-Y0)^2+H^2); Rmax=sqrt((Yc+Y0)^2+H^2+(Lsar/2)^2); Nfast=ceil(2*(Rmax-Rmin)/C/dt+Tr/dt); Nfast=2^nextpow2(Nfast); tm=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C+Tr,Nfast); dt=(2*Rmax/C+Tr-2*Rmin/C)/Nfast; %更新 Fsr=1/dt; fr=linspace(-0.5*Fsr,0.5*Fsr,Nfast); DY=C/2/Br; %距离分辨率 DX=D/2; %方位分辨率 Ntarget=3; %目标数目 Ptarget=[Xmin,Yc,1 %目标位置 Xmin,Yc+10*DY,1 Xmin+20*DX,Yc+50*DY,1]; K=Ntarget; %目标数目 N=Nslow; %慢时间采样数 M=Nfast; %快时间采样数 T=Ptarget; %目标位置 %合成孔径回波仿真 Srnm=zeros(N,M); for k=1:1:K sigma=T(k,3); Dslow=sn*V-T(k,1); R=sqrt(Dslow.^2+T(k,2)^2+H^2); tau=2*R/C; Dfast=ones(N,1)*tm-tau'*ones(1,M); phase=pi*Kr*Dfast.^2-(4*pi/lambda)*(R'*ones(1,M)); Srnm=Srnm+sigma*exp(j*phase).*(0 通用雷达目标模拟源 1.引言 1.1用途 通用雷达目标模拟源用于舰载搜索雷达和跟踪雷达的接收通道检查及雷达性能测试。 1.2使用方式 通用雷达目标模拟源采用在被测雷达平台内，通过中频注入方式工作。 1.3设计依据 ·国际单位制及其应用 GB100-86 ·军用电子测试设备通用规范 GJB3947-2000 ·《通用雷达目标模拟源技术协议》 1.4设计原则 坚持“实用、可靠、先进、经济”的原则，尽量采用成熟技术； 贯彻通用化、系列化、模块（组合）化的设计原则； 以形成雷达接收通道检查及雷达性能测试能力为目标，具有一定的扩展能力； 2.系统功能和战技指标 通用雷达目标模拟源采用对雷达中频脉冲调制信号储频调制转发的技术方案，模拟的回波信号指标特别是相参性能能得到较好的实现。 2.1主要功能: 模拟各种运动速度的目标回波信号，供雷达接收系统和作战通道检查；提供雷达接收系统检查所需模射频模回波信号，用于雷达设备进行服役后接收系统性能检查。具有以下主要功能： z可模拟包括脉冲压缩、脉冲多普勒雷达所接收到的各种相参/非相参目标回波信号； z模拟目标回波时延及多普勒频率； z最大可模拟产生300批不同航迹的固定目标、飞机、导弹、舰艇等目标回波信号；其中机动航迹2条，径向航迹16条，其余为固定点航迹； z模拟目标雷达截面积和幅度起伏特性变化带来的回波信号的变化；目标起伏：Swerling0，I，II，III，IV模型 z具有通道自检功能，并通过网线可以回报给上位机。 2.2战术指标 z可通过软件设置被试雷达的脉冲信号参数； z目标初始位置：1～300km（可更远），步长为被试雷达距离单元； z模拟目标类型：固定目标、舰船、飞机或导弹 z目标起伏：Swerling0，I，II，III，IV模型； 2.3 技术指标： z工作频率：f0=7.5MHz，30MHz，60MHz，70MHz，90MHz，120MHz； z设备采用模块化设计，通过更换输入输出变频模块，具有适应 第5卷 第6期信息与电子工程Vo1．5，No．6 2007年12月INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Dec．，2007 文章编号：1672-2892(2007)06-0418-06 基于CPCI总线的通用雷达回波信号模拟器 张 辉，刘 峥 (西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室，陕西西安 710071) 摘要：为了在实验室环境下对雷达信号处理系统进行调试和工作效能测试，设计了一种基于紧凑型外部设备互联总线(CPCI)和现场可编程门阵列技术的通用雷达回波信号模拟器，利用 MATLAB的强大仿真功能，模拟产生各种体制雷达的回波信号数据，通过CPCI总线把它们写入该 信号模拟器的同步动态随机存储器中，雷达信号处理模块再从该模拟器中反复读出数据进行处理， 从而调试和检测雷达信号处理模块在各种杂波及无源干扰条件下对目标的处理。结果证明，该模 拟器具有良好的通用性和精确度，并且运行可靠。 关键词：紧凑型外部设备互联总线；雷达回波信号模拟器；现场可编程门阵列；同步动态随机存储器；WDM驱动程序 中图分类号：TN957.51 文献标识码：A A Universal Radar Echo Simulator Based on CPCI Bus ZHANG Hui，LIU Zheng (National Key Lab. of Radar Signal Processing，Xidian University，Xi’an Shaanxi 710071，China) Abstract：A universal radar echo simulator based on compact peripheral component interconnect (CPCI) bus and FPGA technology is introduced. The simulator is used to debug and test the performance of the system of radar signal processing in laboratory. In the design，the strong simulation function of MATLAB is performed to simulate all kinds of radar echo，and then these radar echo data are translated to the SDRAM in the signal simulator. From this time on, the radar signal processor fetches the signal data from the simulator time after time to process them，thus to debug and test the performance of target detection under all kinds of radar clutter and passive jamming for the radar signal processor. The results show that the simulator has good universality and accuracy，and can be operated reliably. Key words：CPCI；universal radar echo signal simulator；FPGA；SDRAM controller；WDM driver 1 引言 随着标准化和通用化产品设计理念的发展，近年来基于标准CPCI总线的通用雷达信号处理系统越来越受到人们的推崇，然而要对其作战效能进行调试和测试，就必须具备逼真的配试目标，需要有与各种实际战场环境接近的工作环境，并且外场试验的组织协调难度很大，需要消耗大量的财力和物力，因此需要在实验室环境下采用基于标准CPCI总线的雷达回波信号模拟器。为了增强模拟器的灵活性和普遍性，利用MATLAB的强大仿真功能，通过参数的改变，模拟各种可能出现的情况，例如设定不同的气象条件，改变目标的个数或参数，调整噪声功率等。结合FPGA技术，选用SDRAM作为MATLAB仿真的雷达回波信号存储体，设计并实现了一种基于CPCI总线的雷达回波信号模拟器。 2 模拟器的设计思想 为了满足不同雷达回波信号的模拟要求，该模拟器采用CPCI总线+FPGA+SDRAM结构，同时结合MATLAB 仿真技术，以CPCI总线的工控机为基础，将MATLAB模拟产生的回波数据经CPCI总线传输至SDRAM中。然 收稿日期：2007-06-06；修回日期：2007-07-06 合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真(附件带代码程序) 合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真 一． SAR原理简介 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar ，简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率，利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率，从而获得大面积高分辨率雷达图像。SAR回波信号经距离向脉冲压缩后，雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：，式中表示雷达的距离分辨率，表示雷达发射信号带宽，表示光速。同样，SAR回波信号经方位向合成孔径后，雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定：，式中表示雷达的方位分辨率，表示雷达方位向多谱勒带宽，表示方位向SAR平台速度。 二． SAR的成像模式和空间几何关系 根据SAR波束照射的方式，SAR的典型成像模式有Stripmap(条带式)，Spotlight(聚束式)和Scan(扫描模式)，如图2.1。条带式成像是最早研究的成像模式，也是低分辨率成像最简单最有效的方式；聚束式成像是在一次飞行中，通过不同的视角对同一区域成像，因而能获得较高的分辨率；扫描模式成像较少使用，它的信号处理最复杂。 图2.1：SAR典型的成像模式 这里分析SAR点目标回波时，只讨论正侧式Stripmap SAR，正侧式表示SAR波束中心和SAR平台运动方向垂直，如图2.2，选取直角坐标系XYZ为参考坐标系，XOY平面为地平面；SAR平台距地平面高h，沿X轴正向以速度V匀速飞行；P点为SAR平台的位置矢量，设其坐标为(x,y,z)；T点为目标的位置矢量，设其坐标为；由几何关系，目标与SAR平台的斜距为： (2.1) 由图可知：；令，其中为平台速度，s为慢时间变量（slow time），假设，其中表示SAR平台的x 坐标为的时刻；再令，表示目标与SAR的垂直斜距，重写2.1式为： (2.2) 就表示任意时刻时，目标与雷达的斜距。一般情况下，，于是2.2式可近似写为： (2.3) 可见，斜距是的函数，不同的目标，也不一样，但当目标距SAR较远时，在观测带内，可近似认为不变，即。 SAR雷达目标信号模拟器案例 来源：北京华力创通科技股份有限公司作者：发表时间：2010-04-08 16:08:50 目前机载 SAR 雷达设备的主要测试手段是在地面采用点目标信号进行部分指标和分辨率测试。进 一步完整的成像测试需要安装在运载飞机上进行实际飞行测试，得到最后的指标。 星载 SAR 雷达设备的主要测试手段同样是在地面点目标信号进行部分指标和分辨率测试。通过 这种测试来估计实际的成像指标。 XXX 型 SAR 雷达目标信号模拟器可以实时模拟回放多点目标和场景目标回波。用于机载或星载 SAR 雷达设备在地面进行完整的功能和性能指标调试和测试。 XXX 型 SAR 雷达目标回波信号模拟器基本原理是一种数字储频体制的测试信号模拟设备。接收 来自雷达系统 TR 组件送出的脉冲发射信号，并在此基础上生成触发脉冲和回波信号；实时模拟点目 标回波信号：－－能进行时间延迟、能叠加多普勒频移，能进行幅度调制；非实时模拟面目标回波信 号－－可叠加地表信息、轨道特性、平台姿态特性和幅相误差、波位特性、天线性能等工程误差 XXX 型 SAR 雷达目标回波信号模拟器主要由三个功能单元组成： 射频单元 将来自雷达系统脉冲发射信号转换到中频，并将中频单元的模拟回波信号混频至射频，通过射频 电缆注入或通过天线回放给被测雷达； 数字中频单元 基于数字储频体制获取中频信号，经过数字变换成多点目标回波中频信号回放给射频单元。或根 据被测雷达的信号特征，将已经存储的大型场景目标回波回放出去 数学仿真单元 运行 SAR 雷达场景目标模拟生成算法，生成场景（即面目标）回波数据，注入给数字中频单元 技术优势 幅相控制技术 高速 AD/DA 技术（ 20M － 1.5G 采样率） 实时点目标运算，非实时面目标模拟 高速板间数据传输技术（单通道最高速率可达 6Gbps ） 大容量板级数据存储技术（ 20G ） 应用方案 雷达系统回波模拟 精密延迟信号实现 用于宽带雷达模拟器 实时记录 SAR 发射信号 实时回放数字信号、模拟各种条件 clear, hold off format compact J = sqrt(-1); close all% Get root file name for saving resultsfile=input('Enter root file name for data and listing files: ','s'); % form radar chirp pulseT = 10e-6; % pulse length, seconds W = 10e6; % chirp bandwidth, Hz fs = 12e6; % chirp sampling rate, Hz; oversample by a littlefprintf('\nPulse length = %g microseconds\n',T/1e-6) fprintf('Chirp bandwidth = %g Mhz\n',W/1e6) fprintf('Sampling rate = %g Msamples/sec\n',fs/1e6) s = git_chirp(T,W,fs/W); % 120-by-1 array plot((1e6/fs)*(0:length(s)-1),[real(s) imag(s)]) title('Real and Imaginary Parts of Chirp Pulse') xlabel('time (usec)') ylabel('amplitude') gridNp = 20; % 20 pulses jkl = 0:(Np-1); % pulse index array, 慢时间采样的序列，注意第一个PRI标记为0是为了慢时间起始时刻从零开始 PRF = 10.0e3; % PRF in Hz PRI = (1/PRF); % PRI in sec T_0 = PRI*jkl; % relative start times of pulses, in sec g = ones(1,Np); % gains of pulses T_out = [12 40]*1e-6; % start and end times of range window in sec，这个就是接收窗的时间宽度Trec T_ref = 0; % system reference time in usec，T_ref = 0指T_0=0时，r_at_T_0 = ri ；当T_0 ~= 0时，r_at_T_0 = ri - vi*T_0(j)fc = 10e9; % RF frequency in Hz; 10 GHz is X-bandfprintf('\nWe are simulating %g pulses at an RF of %g GHz',Np,fc/1e9) fprintf('\nand a PRF of %g kHz, giving a PRI of %g usec.',PRF/1e3,PRI/1e-6) fprintf('\nThe range window limits are %g to %g usec.\n', ... T_out(1)/1e-6,T_out(2)/1e-6)% Compute unambiguous Doppler interval in m/sec % Compute unambiguous range interval in metersvua = 3e8*PRF/(2*fc); %第一盲速rmin = 3e8*T_out(1)/2; rmax = 3e8*T_out(2)/2; rua = 3e8/2/PRF;fprintf('\nThe unambiguous velocity interval is %g m/s.',vua) fprintf('\nThe range window starts at %g km.',rmin/1e3) fprintf('\nThe range window ends at %g km.',rmax/1e3) fprintf('\nThe unambiguous range interval is %g km.\n\n',rua/1e3)% Define number of targets, then range, SNR, and % radial velocity of each. The SNR will be the actual SNR of the target in % the final data; it will not be altered by relative range.Ntargets = 4; del_R = (3e8/2)*( 1/fs )/1e3; % in km 国 防 科 技 大 学 学 报 第32卷第3期 J OUR NAL OF NA TIONA L UNIVERSI TY OF DEFENSE TECHNO LO GY Vol.32No.32010 文章编号:1001-2486(2010)03-0109-06 辐射式雷达目标模拟器射频前端设计与集成 赵 菲,王生水,柴舜连,刘海涛,毛钧杰 (国防科技大学电子科学与工程学院,湖南长沙 410073) 摘 要:完成了辐射式雷达目标射频模拟器射频前端的设计与系统集成,该模拟器工作于L S X三个频段,支持连续波和脉冲工作体制,具有高精度的多目标生成能力。射频前端的插件结构设计保证了射频前端的电磁兼容性能和功能可扩展性。其测试结果均优于指标要求,并支持模拟器系统成功完成了实际雷达的目标模拟实验,验证了模拟器的系统性能。 关键词:雷达模拟器;接收机;发射机;频率综合器;数字射频存储(DRFM) 中图分类号:TN957 文献标识码:A Design and Integration of the Front End RF for the Radiated Radar Target Simulator ZHAO Fei,WANG Sheng shui,C HAI Shun lian,LIU Hai tao,MAO Jun jie (College of Electronic Sci ence and Engineering,National Uni v.of Defense Technology Changsha410073,China) Abstract:The front end RF for radiated radar target simulator was designed and integrated in this paper.This si mulator was operated on the L S X three bands,and it supported the CW and pulse operation.It generated multi targets in hi gh precision.The plug module structure design improved the EMC and the extension performance of the RF front end.The measured results of the system are better than the target.Furthermore,this RF front end supports the radar simulator fi nish the target si mulating for the real radar successfully,which verifies the performance of this radar simulator. Key words:radar simulator;receiver;transmitter;frequency syn thesizer;DRFM 雷达信号模拟器是模拟技术与雷达技术相结合的产物。它通过模拟雷达回波信号来考核被试雷达的技战术指标,并辅助检验雷达的威力和精度[1]。雷达模拟器根据信号注入方式的不同可分为:直接注入式模拟器和辐射(注入)式模拟器,信号注入点越靠前,模拟越复杂,越接近于现实[1]。国外对该领域的研究已有了大量的报导:美国KOR Electronics公司研制了数字化雷达环境模拟器(Digital Radar Environment Simulator),HP公司生产了基于并行FASS(Frequency Agile Signal Simulator)的X波段雷达动目标信号模拟器。国内从20世纪90年代开始相继出现有关雷达信号模拟器的研究报告:北航和航天部601所于1994年研制了一种通用型PD雷达目标模拟器;中科大电子工程系于2000年研制了毫米波目标模拟器[2]。在过去的10年里我国已经在雷达信号模拟的理论研究、设计实现等方面取得了一些令人瞩目的成果。但从总体来看,与国际先进水平相比,在雷达信号模拟的全面性、系统的通用性、可扩充性、兼容性以及产品化等方面还有一定的差距。 本文研制的辐射式雷达目标射频模拟器射频前端覆盖L S X三个工作频段,提高了雷达测试的通用性;多目标模拟精度高,最大程度还原了模拟目标完整性和真实性;各频段对应的射频前端采用插件形式,改善了系统的灵活性及可扩充性。 1 射频系统设计 1 1 模拟器系统结构 该模拟器采用数字射频存储(Data Radio Frequency Memory,DRFM)方案实现。主要由控制计算机、接 收稿日期:2010-02-05 作者简介:赵菲(1983 ),男,博士生。 合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真成像 电子与通信工程 侯智深 MF0923008 一． S AR 原理简介 合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar ，简称SAR)是一种高分辨率成像雷达技术。它利用脉冲压缩技术获得高的距离向分辨率，利用合成孔径原理获得高的方位向分辨率，从而获得大面积高分辨率雷达图像。 SAR 回波信号经距离向脉冲压缩后，雷达的距离分辨率由雷达发射信号带宽决定：2r r C B ρ=，式中r ρ表示雷达的距离分辨率，r B 表示雷达发射信号带宽，C 表示光速。同样，SAR 回波信号经方位向合成孔径后，雷达的方位分辨率由雷达方位向的多谱勒带宽决定：a a a v B ρ=，式中a ρ表示雷达的方位分辨率，a B 表示雷达方位向多谱勒带宽，a v 表示方位向SAR 平台速度。 二． S AR 的成像模式和空间几何关系 根据SAR 波束照射的方式，SAR 的典型成像模式有Stripmap(条带式)，Spotlight(聚束式)和Scan(扫描模式)，如图。条带式成像是最早研究的成像模式，也是低分辨率成像最简单最有效的方式；聚束式成像是在一次飞行中，通过不同的视角对同一区域成像，因而能获得较高的分辨率；扫描模式成像较少使用，它的信号处理最复杂。 SAR 典型的成像模式 这里分析SAR 点目标回波时，只讨论正侧式Stripmap SAR ，正侧式表示SAR 波束中心和SAR 平台运动方向垂直，如图2.2，选取直角坐标系XYZ 为参考坐标系，XOY 平面为地平面；SAR 平台距地平面高h ，沿X 轴正向以速度V 匀速飞行；P 点为SAR 平台的位置矢量，设其坐标为(x,y,z)； T 点为目标的位置矢量，设其坐标为(,,)T T T x y z ；由几何关系，目标与SAR 平台的斜距为： (PT x =由图可知：0,,0T y z h z ===；令x vs =?， 其中v 为平台速度，s 为慢时间变量（slow time ）， 天气雷达回波模拟系统的设计与实现 摘要：天气雷达回波模拟系统能够成功模拟出具有真实天气目标特征的回波信号，利用这种回波信号可以实现在实验室环境中完成本需在外场试验条件下才可以进行的雷达性能测试。首先介绍了天气雷达回波模拟的原理，设计出回波模拟流程图，其次给出了回波模拟硬件平台的设计及模拟软件实现的思路，最后根据真实天气回波的特征等信息生成模拟回波图，并对模拟前后的回波图进行对比分析。 关键词：天气雷达；回波；信号模拟 0 引言 在现代地基主动气象遥感领域，多普勒天气雷达占据着重要的地位，特别是在对一些突发性、灾害性等中小尺度天气过程的捕获与跟踪时，其较高的时间与空间分辨能力就显得越来越重要[1]。随着多普勒天气雷达在气象探测业务运行中的广泛使用，在雷达的研发与维护过程中，对雷达的性能进行完整测试就显得非常重要[2]。由于实验条件及天气状况等因素的影响，要在完全真实的天气过程的环境中对雷达各个模块及系统进行测试将非常困难。国内现阶段对雷达接收机性能测试所采用的方法一般是给其提供一个不具有天气目标回波特征的单一频率的信号，这些信号能够通过测量系统通道的技术参数来验证系统硬件的性能。但由于这些测试信号不具有天气信号的时频特征，故测试结果仍与处理真实天气回波时的状态存在差异。而将实时天气目标回波作为接收机的测试信号的方法却有成本过高、测试过程复杂、所需时间长等缺点。除此之外，由于实时气象目标的参数是不可控的，所以这种方法不能实现对接收机性能参数的定量测试。如果能够模拟产生具有真实天气目标特征的雷达回波信号，就可以在实验室环境中模拟完成外场试验所需的测试，同时也可以降低测试成本，缩短研发周期，提高工作效率[3]。除此之外，对模拟回波的参数进行控制，可以实现定量测试，进而可对接收机及后端的信号处理算法进行验证。 1 天气回波信号模拟的原理 由于天气目标的径向移动会造成接收信号的频率相对于发射信号的频率存在一定的频移（多普勒频移），即天气雷达回波信号可以看成原始发射信号在时间上的延迟并且频谱进行搬移后的一个时间序列，这就是回波信号模拟的基本原理[4]。 ZRNIC D S[5]在总结了滤波器法与快速卷积法等模拟算法后，从天气雷达回波信号的功率谱的角度，提出了简单实用的基于谱模型的直接拟合法。气象回波的功率谱密度函数为Pn(f)： 其中，pr为回波的功率，fd为多普勒频率，f为频率标准差，PRF为脉冲重复频率，N 为样本个数。 由气象雷达方程及相关理论可知：pr=CZ/r2，fd=2vr。其中，C为雷达常数，只与雷达系统的参数有关；Z为反射率因子；r为气象目标与雷达站的径向距离；vr、v分别为径向速度和速度谱宽；为雷达发射电磁波波长。 为了模拟出具有真实回波信号的频谱特性，需要在式(1)中加入噪声，然后进行随机化可得式(4)： 式中，随机变量rnd在区间[0，1]上具有均匀分布，PN(f)为每秒钟噪声总功率，则PN(f)/PRF为噪声功率谱密度。 为了获取回波信号的复频谱特征，需要在Pn(f)中引入0~2π变化的随机相位谱?渍n(f)=rnd·2π/rndmax，即可以构成回波信号的复频谱，然后将其进行离散傅里叶逆变换（IDFT）得到对应的时间序列sn：通用雷达目标模拟源
基于CPCI总线的通用雷达回波信号模拟器
合成孔径雷达(SAR)的点目标仿真(附件带代码程序)
SAR雷达目标信号模拟器案例
Matlab雷达回波数据模拟
雷达目标模拟器射频前端设计与集成
合成孔径雷达SAR的点目标仿真成像
天气雷达回波模拟系统的设计与实现