雷达杂波的建模与仿真方法研究

第二章机载相控阵雷达杂波建模与仿真§2.1引言众所周知，雷达体制及工作环境不同，雷达杂波的特性也不同。

机载雷达工作在下视状态，地（海）杂波是影响雷达探测性能的主要因素，因此，在研究AEW雷达CFAR检测算法之前，有必要获得对雷达杂波特性的充分认识。

鉴于机载雷达的杂波与反射地类有关且随时间变化，即不同的地类（如海洋和高山）有不同的分布特性，同一地类在不同时刻分布参数也有变化。

研究雷达杂波特性的方式有两种，一是对实际测量的杂波数据进行统计分析，二是结合AEW 雷达的实际体制与参数，对不同地类（如沙漠、农田、海洋、丘陵和高山等）用不同的杂波起伏模型进行建模与仿真。

相比较实测数据而言，仿真数据虽然不能完全真实地反映实际环境中的复杂情况，但其也有自身的优点，如参数可以灵活控制、代价小等。

长期以来，国内外雷达界同行在雷达杂波特性分析方面做了大量的工作，建立了一系列的杂波模型。

随着雷达新体制的不断涌现，对雷达杂波特性的研究也在不断的深入。

新一代AEW雷达采用相控阵和脉冲多普勒（PD）体制。

有关机载相控阵雷达杂波仿真问题，在以往的文献中已有涉及[115~117]。

其中，文献[115]对有关雷达杂波仿真的方法进行了较为全面和详细的介绍，文献[116]讨论了平面相控阵机载雷达二维杂波数据仿真的数学模型。

该模型考虑到了阵元幅相误差以及载机的姿态变化等因素，具有一定的通用性。

但该模型只假设杂波的功率谱为高斯分布，幅度上无起伏，而没有考虑非高斯过程。

文献[117]建立了比较了完整的杂波数据库，但该文也只重点讨论了二维杂波谱的特性。

由于我们的目的是进行CFAR检测方法研究，所以我们从另一个角度出发，重点讨论了杂波数据的概率密度函数，我们还给出了仿真杂波数据的幅度图和概率密度图以及一些结论。

本章主要对机载相控阵雷达在不同地类和不同起伏模型下的杂波进行建模与仿真，目的是建立起比较完整的杂波仿真平台和杂波数据库，为后续的CFAR算法研究提供支撑。

（申请工学硕士学位论文）（申请工学硕士学位论文）雷达杂波建模仿真分析 及目标检测研究培养单位：信息工程学院 学科专业：信号与信息处理 研 究 生：黄杰 指导老师：杨杰 教授2014年5月分类号 密 级 UDC 学校代码 10497 学 位 论 文 题 目 雷达杂波建模仿真分析及目标检测研究 英 文 Research on Radar Clutter Modeling and Simulation 题 目 Analysis and Target Detection 研究生姓名 黄 杰 姓名 杨 杰 职称 教授 学位 博士 单位名称 武汉理工大学信息工程学院 邮编 430070 申请学位级别 硕士 学科专业名称 信号与信息处理 论文提交日期 2014年4月 论文答辩日期 2014年5月 学位授予单位 武汉理工大学 学位授予日期 答辩委员会主席 评阅人2014年5月指导教师独创性声明本人声明，所呈交的论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果。

尽我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得武汉理工大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。

与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明确的说明并表示了谢意。

签名：日期：学位论文使用授权书本人完全了解武汉理工大学有关保留、使用学位论文的规定，即学校有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。

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同时授权经武汉理工大学认可的国家有关机构或论文数据库使用或收录本学位论文，并向社会公众提供信息服务。

（保密的论文在解密后应遵守此规定）研究生（签名）：导师（签名）：日期：摘要雷达的作用是对各种目标进行探测，以得到人们想要的某些信息，称为有用信息，但雷达发射信号被反射回来时包含的信息十分丰富，对于其中那些人们不想要的某些信息，称为无用信息，它们会对有用信息产生干扰，为了得到清晰准确的有用信息，必须对雷达回波信号进行必要的处理，剔除抑制那些无用信息。

SIRP 法相干相关K 分布雷达杂波的建模与仿真gjj_hit@所谓杂波仿真，实际上就是要生成一系列在幅度上服从特定的概率密度分布（pdf ）的相关随机序列，常见的杂波仿真方法有两种：零记忆非线性变换法（ZMNL ）和 球不变随机过程法（SIRP ）。

ZMNL 方法的基本思想是：首先产生相关的高斯随机过程，然后经过某种非线性变换得到所求的相关随机序列。

这种方法的缺点就是输入序列与输出序列间有复杂的非线性关系,因此必须寻找输入序列与输出序列的相关函数间的非线性对应关系。

SIRP 方法的基本思想是：产生一个相关的高斯随机过程，然后用具有所要求的单点概率密度函数的随机序列进行调制。

这种方法的缺点则是受所求的序列的阶数及自相关函数的限制,同时这种方法的计算量非常大,不易形成快速算法。

ISAR 是一种相干雷达，其海杂波必然是相干且时空相关的。

对于相干相关杂波，以往的方法都是将非相干的ZMNL 方法加以推广得到相干的ZMNL 模型。

这种方法得以应用的一个前提是已知非线性变换前后杂波相关系数的非线性关系，然而对于相干相关K 分布杂波却很难找到这样一种非线性变换，于是我们采取SIRP 方法来仿真ISAR 的海杂波。

K 分布适用于描述高分辨雷达的非均匀杂波，多用于对海杂波的模拟。

K 分布可以由一个均值是慢变化的瑞利分布来表示，其中这个慢变化的均值服从Γ分布。

K 分布的概率密度函数为：()()()12;,K /,(0,0)2x f x x x ννανανανα-⎛⎫=∙∙>> ⎪Γ⎝⎭(1)其中，ν是形状参数，α是尺度函数，()Γ 是伽马函数，K ν是第二类修正贝赛尔函数。

杂波平均功率2σ，ν和α之间的关系可表示为：222σαν= (2)对于大多数杂波来说，形状参数的取值范围是0ν<<∞，对于较小的ν的取值，如0.1ν→时，杂波有较长的托尾，ν→∞时的分布接近于瑞利分布。

图1给出了K 分布杂波序列的实现结构。

雷达探测技术的建模与仿真雷达探测是一种通过发射电磁波，利用物体对电磁波的反射信号来探测物体位置、速度、形状和性质的技术。

在军事、民用领域广泛应用，如导航、遥感、气象、交通等。

随着科技的快速发展，雷达探测技术也逐渐成熟。

在雷达探测技术的发展中，建模与仿真是不可或缺的环节。

建模与仿真可以模拟出雷达探测所需要的各类信号，探测效果，不同物体的反射情况，帮助设计和优化雷达系统。

一、建模建模是将实际事物或系统抽象为一定的数学或物理模型的过程。

在雷达探测的建模中，需要考虑到各类信号和反射物体的特性。

1. 信号模型雷达探测中常用的信号包括：线性调频信号（LFM信号）、相位编码信号和频率编码信号等。

在这些信号中，LFM信号是最常用的一种信号。

建立信号模型，可以方便的分析信号的特性，为后面的仿真提供数据支持。

2. 物体模型雷达探测的物体一般分为两类：散射体和目标。

在建立物体模型时，需要考虑到物体的理论反射系数、散射截面积、形状和材料等影响反射的因素。

将这些因素综合考虑，可以得到不同物体的反射特性，为后面的仿真提供数据支持。

二、仿真仿真是在计算机环境下，利用建立好的数学或物理模型进行系统模拟，以预测系统行为的技术。

在雷达探测的仿真中，需要考虑到仿真的环境和仿真的目的。

1. 仿真环境雷达探测的仿真环境一般分为两类：地面仿真和空中仿真。

地面仿真一般是在计算机软件中构建3D模拟环境，利用不同物体的局部坐标和相对位置，计算出雷达探测的反射特性，模拟出雷达扫描过程。

空中仿真则需要模拟天气、风速、飞行高度、飞行速度等因素，以获得更真实的仿真结果。

2. 仿真目的雷达探测的仿真目的一般分为两类：性能评估和仿真验证。

性能评估主要是根据系统设计指标，比如最大探测距离、空中控制指挥系统驱动优化后雷达跟踪过程的性能、远程干扰抗性等，从理论上预估雷达系统的性能。

仿真验证则是通过模拟真实环境，下小巴高平原、海面等相应地形的不同天气环境，模拟部署后的实际应用结果，验证所设计的雷达方案在实际应用中的可行性。

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近年来，随着雷达技术的快速发展，对于雷达信号模拟器的需求也越来越迫切。

雷达信号模拟器是一种重要的仿真设备，可用于评估雷达系统的性能、验证算法和进行实验研究。

其中，杂波建模与仿真技术是雷达信号模拟器中不可忽视的关键因素之一。

杂波是指在雷达接收机输入端由于各种噪声因素而引入的干扰信号。

杂波建模是指对杂波的性质进行数学描述和建模。

杂波建模的准确性对于雷达信号模拟器的精度至关重要。

只有准确地建模了杂波，才能保证模拟出的信号与真实环境中的雷达接收到的信号一致，从而使得仿真结果更加真实、可信。

杂波建模的核心问题是如何准确地描述杂波的统计特性。

一般来说，杂波可以分为独立同分布的噪声和非独立同分布的干扰。

对于噪声，常用的建模方法是使用高斯分布或者瑞利分布来描述。

而对于干扰，则需要根据其特定的统计性质进行建模，例如提取其概率密度函数、功率谱密度等信息。

此外，对于不同的环境和不同雷达系统，杂波的性质也会有所不同。

因此，在进行杂波建模时，需要根据具体的应用场景和要求进行参数调整和优化。

在杂波建模的基础上，仿真技术起到了关键的作用。

仿真技术是指通过计算机软件模拟出雷达信号和杂波，并使其在仿真环境中表现出与真实环境中雷达系统相似的特性。

仿真技术可以使研究人员在实验室环境中进行大量的实验、测试和算法验证，提高工作效率和降低成本。

雷达信号模拟器是将杂波建模和仿真技术结合起来的关键设备。

通过模拟和输出不同类型、不同参数的雷达信号和杂波，雷达信号模拟器可以提供真实有效的模拟环境，用于评估雷达系统在各种复杂环境下的性能。

在军事、航空航天、交通和电子设备测试等领域中，雷达信号模拟器被广泛应用于系统设计、性能评估和算法验证。

杂波建模与仿真技术在雷达信号模拟器中的应用研究具有广阔的发展前景。

一方面，随着雷达技术的不断进步和复杂化，对于杂波建模和仿真技术的要求也越来越高。