第一章雷达系统仿真技术2.ppt
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1、雷达系统仿真与 性能评估,张娟 88202580,2,2019/4/9,教材: Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB ,3,2019/4/9,第一章:系统仿真技术 第二章:雷达发射机建模与仿真 第三章:雷达天线建模与仿真 第四章:雷达接收机建模与仿真 第五章:雷达回波建模与仿真 第六章:雷达信号处理建模与仿真 第七章:雷达数据处理建模与仿真 第八章:雷达系统建模与性能评估,本课程内容安排,4,2019/4/9,第一章:系统仿真技术,1.1系统仿真技术,1.2 雷达系统建模仿真技术,系统仿真的概念 系统仿真的分类 系统仿真的应用,雷达系统
2、功能级仿真 雷达系统信号级仿真 雷达系统分布式仿真 雷达系统半实物仿真 仿真软件平台的选择 雷达系统建模,5,2019/4/9,雷达(radar Radio Detection and ranging) ; 就是利用无线电的方法来探测目标并测定目标在空间中的位置; 雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角,还包括目标的速度,以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。,6,2019/4/9,7,2019/4/9,1.2 雷达系统建模仿真技术,雷达系统仿真: 雷达系统仿真就是在计算机上重现整个雷达系统和其动态工作过程,并调整参数反复运行,使系统性能最优。,经济性:系统仿真模型是数学模型,不涉及实物,
3、实验成本低,同时通过反复仿真和修改模型和模型参数,可以在系统设计之前,对系统的性能有充分的了解,可以缩短研制周期。 灵活性:通过计算机软件可以方便地对雷达系统的参数、工作场景、电磁环境进行控制,根据需要进行改变,可以确定系统的最佳工作状态。 可重复性:实际环境往往是随机因素众多和非常复杂。系统的性能一般不能严格地按照设计要求在现场得到全面的鉴定与评价,因为很多条件是难以满足的。但系统仿真方法则能考虑各种因素,并能不断地重复。 可继承性:由于采用模块化、图形化设计,建立的子模型或单元模型可以被其他系统使用,8,2019/4/9,在现代复杂电子战条件下,电磁威胁环境日益复杂,干扰技术非常丰富和多样
4、化,相应的雷达系统工作体制和抗干扰措施日益增多, 对雷达系统研究与设计日趋复杂。,对新算法和新的分系统设计进行测试和验证,对系统的各项性能进行评估。,优化设计雷达的工作方式、系统参数、雷达的部署和配置。,缩短整个系统的研制周期,降低研制耗费,外场模拟:模拟环境单一,耗资巨大,试验次数有限,实验结果不全面,造成试验周期长和巨大浪费。,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,对雷达进行仿真与效能评估,是当前和未来雷达与电子对抗领域研究中的一种重要手段。,9,2019/4/9,10,2019/4/9,11,2019/4/9,雷达系统仿真方法分类,(1)功能级仿真
5、,(2)信号级仿真,(3) 分布式交互仿真,(4) 半实物仿真,12,2019/4/9,从发射信号功率及各种环境回波(包括杂波、干扰、多径、噪声)的功率的角度出发,考虑雷达信号处理各个环节上的增益,计算不同场景和工作方式下雷达的检测概率、探测距离、威力范围、测量精度等性能指标,从而对雷达的系统参数进行优化,并由此对系统做出分析和判断。,1.2.1 雷达系统功能级仿真,13,2019/4/9,功能级仿真的基础是雷达距离方程 雷达接收信号包括目标回波信号、干扰、杂波、噪声等。信号干扰噪声比,是对有干扰情况下发现目标能力好坏的一种量度。,14,2019/4/9,功能级仿真步骤:,(2)分析各种干扰和
6、抗干扰手段对雷达探测性能的影响,对干扰和抗干扰能力做出初步的评估计算; (3)对不同场景下的雷达探测过程进行功能仿真试验。,(1)在各种干扰/抗干扰条件下,运用雷达方程、干扰方程以及干扰/抗干扰基本原理建立仿真计算综合信噪比的数学模型。,15,2019/4/9,功能级仿真主要数学模型,1)雷达回波信号功率,16,2019/4/9,2)噪声功率 接收机噪声服从均值为零的正态分布, 方差为,功能级仿真主要数学模型,17,2019/4/9,3)干扰 有源干扰按载体方式的不同可分为掩护式和自卫式两种,按照工作方式的不同可分为阻塞式和瞄准式。,功能级仿真主要数学模型,18,2019/4/9,4)杂波 地
7、杂波和海杂波一般视为“面”杂波,气象杂波、箔条云等一般视为体杂波。 a面杂波功率,功能级仿真主要数学模型,19,2019/4/9,b体杂波功率 雷达截面 雷达分辨单元的体积 单位体积内的微粒的平均总后向散射截面,功能级仿真主要数学模型,20,2019/4/9,5)几种抗干扰措施的考虑 a脉冲压缩 理想情况下,脉压滤波器能使输出信噪比改善D倍,D为脉压比。 实际中,为了降低脉压后输出脉冲的副瓣电平,必须对匹配滤波器的幅频特性进行适当的加权。一般而言,因加权使信噪比损失1.2-1.4dB,故一般取脉压改善因子为0.8D。,功能级仿真主要数学模型,21,2019/4/9,b脉冲积累改善因子 c旁瓣对
8、消干扰对消比,功能级仿真主要数学模型,22,2019/4/9,d采用捷变频抗干扰措施 雷达接收天线接收到的干扰功率应当乘以一个系数X才是有效的干扰功率。,功能级仿真主要数学模型,23,2019/4/9,综合信噪比 实际应用中,一般用Monto Carlo方法求综合信噪比的均值作为最后结果。,功能级仿真主要数学模型,24,2019/4/9,功能级仿真优点,根据雷达距离方程,干扰方程,从功率角度来计算发现概率和虚警概率,仿真速度比较快,提高仿真的实时性。 适合系统整体性能的仿真评估。,25,2019/4/9,功能仿真缺点和局限性,(1)对于一个复杂的雷达环境(例如,假设干扰信号是高斯噪声与对数正态
9、噪声的混合),无法描述输出信号的统计特性。 (2)使用范围局限。不适合欺骗式干扰、合成孔径雷达、自适应处理等仿真,以及对分系统的精确仿真。 (3)功能仿真只能仿真点目标。,忽略具体的波形,所以不能用来查看仿真系统中各个不同节点上的信号。缺点:,26,2019/4/9,1.2.2 雷达系统信号级仿真,利用高速的数字仿真手段,逼真地复现雷达系统中信号的动态处理过程。信号级仿真在仿真过程中既包括信号的幅度信息,又包括相位信息。与功能仿真不同,相干信号仿真要仿真信号的发射、传播、目标回波、杂波与干扰叠加接收滤波、抗干扰、信号处理、数据处理这一全过程。 对雷达信号系统进行数字仿真,首先必须了解雷达系统的
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