机载MIMO雷达杂波建模及杂波特性分析

MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射研究MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射研究近年来，随着雷达技术的不断发展和进步，利用多输入多输出（MIMO）技术的雷达系统也日益受到关注。

MIMO雷达系统通过在发射端和接收端引入多个天线，能够在保持较低的发射功率的情况下，实现波束形成、目标分辨、高性能抗干扰等功能。

本文将重点探讨MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射的研究进展。

首先，MIMO雷达的波形设计是实现其高性能的关键。

传统雷达系统通常采用线性调频（LFM）波形，但对于MIMO雷达而言，LFM波形的应用存在诸多问题。

因此，研究人员提出了一系列新的波形设计方法。

例如，基于信号处理的角度多普勒聚焦（ADOF）波形设计方法，通过在角度和多普勒域内对雷达信号进行对称加权，实现目标分辨率的提高。

此外，压缩感知理论在波形设计中也得到了广泛的应用，通过优化远场目标的波形特性，实现目标位置的精确估计。

其次，MIMO雷达系统在各个领域都有着广泛的应用。

在军事领域，MIMO雷达通过数字波束形成技术，可以实现多个目标同时跟踪和定位，提高侦察和打击的效率。

在民用领域，MIMO雷达在航空领域的应用非常广泛。

例如，MIMO雷达可以在飞机起飞和降落过程中，实时监测飞机周围的航空器和地面情况，提高飞行安全性。

此外，在无人驾驶领域，MIMO雷达也扮演着重要的角色，能够提供高分辨率的环境感知能力，进一步提高无人驾驶车辆的自动驾驶能力。

最后，分布式相参发射是MIMO雷达系统中的一项重要研究内容。

MIMO雷达中的多个发射信号之间存在相位差，会导致频谱间泄漏等问题。

因此，如何实现多个天线之间的相位同步，成为MIMO雷达系统的研究重点之一。

分布式相参发射技术通过引入参考天线和相位同步算法，实现多个发射天线之间的相位同步，从而提高MIMO雷达系统的性能。

综上所述，MIMO雷达波形设计、应用及分布式相参发射是当今雷达技术研究的热点。

机载预警雷达杂波模型罗 毅,刘国岁(南京理工大学电光学院,南京210094)摘 要: 本文用随机积分的方法引入一种合理的机载预警雷达的地(海)杂波模型.由此得出正侧面阵阵元上的时空快拍是对一低通平稳随机过程的采样.在距离环上杂波散射呈Gauss 白噪声时,可知杂波过程为低通Gauss 平稳随机过程.此外,还讨论了一般的杂波过程的相关函数与功率谱密度.并利用一组Mountain Top 数据对本文建立的杂波模型做了相应的验证.关键词: 时空二维信号处理;机载预警雷达;杂波中图分类号: TN959 1 文献标识码: A 文章编号: 0372-2112(2000)09-0117-03Clu tter Model for Airborne Early Warnin g RadarLUO Yi,LI U Guo -sui(Institute o f Photo and Elec tronic s o f Nanjing U nive rsity o f Scie nce and Te chnology ,Nanjing 210094,China )Abstract: This paper set up a clutter model for airborne early warning radar(AE W radar)with stochastic integral.By this model we realize that when array antenna is broadside,clutter process is a low -pass stationary process,and a snapshot obtained from array an -tenna i s a sampled sequence of it.Under the hypothesis that clutter is Gaussian,we obtai n the correlation function and power spectrum of clutter process.At the end of the paper,the model is veri fied by using the Mountain Top data.Key words: S TAP;airborne early warning radar;clu tter1 引言机载预警雷达在军事上意义重大.然而当雷达做下视时,强烈的地海杂波对目标检测构成了极大威胁.传统机载雷达的杂波抑制效果不很理想.七十年代初Reed 等人提出的时空二维自适应信号处理理论(STAP)[1]为机载预警雷达的杂波抑制提供了一种新的、更为有效的途径.设有一相干PD 雷达从一个N 元阵列天线上以脉冲重复周期T 发射M 个脉冲,相应地,从天线N 个阵元上得到某一距离门上的MN 个回波向量信号X.称X 为该距离门上的一个时空快拍.S TAP 可表述为如下的假设检验问题,原假设 H 0:X =N ,备择假设 H 1:X =S +N.其中,N =X c +X w +X i .X c 为地(海)杂波信号、X w 为接收机噪声、X i 为干扰、S 为目标回波信号.杂波信号中以地(海)杂波信号X c 为主.杂波信号的研究对分析STAP 的性能有极为重要的意义.Klem m 曾给出过一个机载预警雷达杂波模型[2,3].然而,该模型在数学上过于粗糙,理论分析中也难以使用.其他 点 反射杂波模型对于视野开阔、波束较宽的机载预警雷达也不适合.以下为方便计简称地(海)杂波为杂波.2 杂波模型相对于观察范围而言,机载雷达波长较短.此时杂波呈现为漫反射,既来自不同区域的杂波散射应为独立的随机变量.本文中假设天线为正侧面线阵且阵元无方向性,其结果可以很容易地推广到面阵上去.设在方位角为 、高低角为 的位置有一散射面(参见图1中阴影处),则t 时刻(相对于发射脉冲起始时刻)坐标u 处(坐标系固定在天线上,且正方向与飞行方向一致)阵元接收到的该处散射回来的杂波信号为C( , )(exp i (2 u cos ( )cos ( )+4 Vt cos ( )cos ( )))A ( )exp (i B( ))(1)式(1)中,V 是飞行速度、 是波长、C ( , )是阵元上的复电压增益,它由雷达方程决定[4].A ( )是随机幅度,先假设其服从Rayleigh 分布.B( )是随机相位,在此设其服从[0,2 ]区间上的均匀分布,则A ( )exp (i B( ))=A ( )cos B( )+i A ( )sin B( )(2)设X 1( )=A ( )cos B( )、X 2( )=A ( )si n B( ),则X 1( )、X 2( )是均值为零、方差相同且相互独立的正态随机变量.从而A ( )exp (i B( ))=X 1( )+i X 2( )是复正态随机变量.由漫反射形成的物理机制,可以认为距离环上不相交区域上散射的杂波信号是相互独立的.故可以把A ( )exp (i B ( ))看做是区间[0, ]上一个复Gauss 独立增量过程W( )在[ , + ]上的增量,即A ( )exp (i B( ))=W ( + )-W ( )(3)收稿日期:1998-07-14;修回日期:2000-04-03第9期2000年9月电 子 学 报ACTA ELECTRONICA SINICA Vol.28 No.9Sep. 2000图1 机载雷达天线几何位置图由于PD 雷达发射的是相干脉冲,且在一个相干处理间隔(CPI)内飞行平台的位移很小,故假设一个CPI 内无杂波起伏.从而可以认为t 时刻、u 坐标值处阵元上所接收的杂波信号作为距离环上各方向杂波漫反射的叠加.不考虑距离模糊时,该杂波信号可表示为下列随机积分的形式X(u,t)=C( , )expi (2u cos ( )cos ( )+4 Vt cos ( )cos ( ))dW( )(4)式(4)中的积分是随机积分,其中,W( )是[0, ]区间上的复Gauss 正交增量过程.令s =u +2Vt,式(4)还可以表示为X(s)=X(u,t )=C( , )e xp i 2(u +2Vt)c os ( )cos ( )dW( )(5) =C ( , )exp i s2cos ( )cos ( )dW ( )(6)此时X (s)的相关函数R(s 1,s 2)=E(X (s 1)X (s 2))=|C( , )|2exp i2(s 1-s 2)cos ( )cos ( )dF ( )(7)其中,F ( )是与W(相联系的增函数.可见(s )是一平稳Gauss 过程.在此,称X(s)为杂波过程.如果距离环上散射特性均匀,则可以认为W( )是[0, ]区间上的复Wiener 过程,即W ( )=W 1( )+i W 2( ).W 1( )、W 2( )是[0, ]区间上独立的实Wiener 过程,其中W 1( )~N (0, /2)、W 2( )~N (0, /2),则F ( )= .此时令v =2cos ( )cos ( ),则 =arc cos (v2 cos ( )).进一步有R( )=R(t 1,t 2)=2co s ( )-2cos ( )C(arc c os (v2 cos ( )), )22cos ( )2-v2e xp {i v }dv ,=t 1-t 2 (8)令f (v)=C(a rc co s (v2 cos ( )), )22cos ( )2-v2,v (-2 cos ( ),2c os ( ))v (-2 cos ( ),2c os ( ))(9)则R ( )=-f (v )exp {i v}dv (10)由式(8)可见f (v )就是杂波功率谱密度.即使当A ( )不服从Raylei gh 分布时.仍可以认定W ( )是[0, ]区间上的零均值正交增量过程,此时式(5)~(7)仍成立.这说明本文建立的杂波模型在距离环上的杂波漫反射不服从Gauss 白噪声时也依然成立,且杂波功率谱密度为f (v)=C(arc cos (v 2 cos ( )), )22cos ( )2-v2,m v 2 cos ( ),v (-2 cos ( ),2 cos ( ))v (-2 cos ( ),2 cos ( ))(11)其中m (x )是式(7)中F (x )关于Lebesgue 测度的Radon -Nikodym 导数[5].m(x )的大小反映了距离环上各处杂波散射强度.由于f (v)有紧支撑,所以X(t)是一低通平稳过程[5].从式(11)中可看出,当各距离环上m (x )形态近似时,在同一方向上,远场不同距离门上的杂波过程X (t)的相关函数R( )除相差一常数因子外结构上是近似一致的.这就为用相邻距离门上的二次数据(secondary data )估计被检测距离门上的杂波协方差矩阵的方法提供了理论上的依据.用R( )除R (0)得到归一化的相关函数R( )/R (0).图2、3给出了在正侧面线阵条件下不同观测方向的归一化的相关函数R ( )/R (0)及归一化的杂波功率谱的模.图2 天线波束指向不同时归一化相关函数的模图3 天线波束指向不同时归一化杂波功率谱的模图2、图3中发射阵为21个阵元Chebyshev 加权的线阵,阵元间距为 /2, (=0 3m )为载波波长.图中波束方位角由零增至 /2.图2中时空间距为式(6)中的s (=u +2Vt).距离环上的杂波散射特性均匀.3 阵元间信号的关系为方便计,以下不考虑距离模糊.设cos ( )=1,W ( )是Wiener 过程,阵元间距d = /2、阵元数为N 、脉冲重复周期为118 电 子 学 报2000年T 、脉冲数为M.令在时刻LT 、第K 个阵元上的信号X K ,L =X ((K -1) /2,(L -1)T ).则LT 时刻N 个阵元上得到的杂波信号向量为(X 1,L X 2,L X 3,L X N ,L )可以认为上述杂波信号向量是对X (t )在N 个时刻的采样,则E (X m,L X n,L )=-C(arc cos (v))22-v2exp {i (m -n)v}dv(12)E (X M,m X M,n )=-C (arc c os (v))22-v2exp {i4V T(m -n )v }dv (13)式(12)、(13)分别给出了同一时刻N 个阵元间及同一阵元M 个脉冲间的相关函数的值.除非4VT / =1,两个方向相关函数的结构是不一样的.设(X 1,1X 2,1 X N,1X 1,2X 2,2 X N,2 X N -1,M X N ,M )(14)为某一距离环上的时空快拍.按nd +2mVT 的大小将上述时空快拍{X n ,m }重新排序得到(X (1),X (2), ,X (NM ))(15)令R m,n =E(X (m)X (n)),则R =(R m,n )MN MN 是相应的协方差矩阵.事实上R 与上述时空快拍的协方差矩阵相似.由式(13)可以看出若存在整数对(n 1,m 1),(n 2,m 2)使n 1 /2+2m 1VT =n 2 /2+2m 2VT ,则X n 1,m 1=X n 2,m 2a.e 也就是说(X (1),X (2), ,X (NM ))中有两个相邻的分量是相同的概率为一.这种相同实际上是这两个杂波信号时空等价.特别地,当4VT / =1,既脉冲重复频率为最大杂波Doppler 频率二倍时(X (1),X (2), X (NM ))中存在大量时空等价的分量,此时杂波协方差矩阵的秩为N +M -1.4 Mountain Top 数据分析下面以Mountain Top data t38pre01v1数据为例验证本文的杂波模型.图4、图5所示为归一化杂波相关函数的估计的模沿阵元、脉冲方向的变化.图中曲线的变化趋势与图3中利用杂波模型算出的相关函数的模的归一化曲线的变化趋势是一致的.还可以利用比较杂波谱的方法对这里的杂波模型进行验证[7].图4 Mountai n Top 实验中 一组数据脉冲间的 杂波相关函数的模图5 M ountain Top 实验中 一组数据阵元间的杂波相关函数的模5 结论本文用随机积分的方法建立了一个正侧面阵机载预警雷达的杂波模型.当距离环上的杂波为正交增量过程时,得出阵元上的时空快拍是对低通平稳过程X(t)的采样.在距离环上杂波散射呈Gauss 白噪声时,给出了低通Gauss 杂波过程的功率谱密度(参见式(9)).当距离环上杂波散射不是Gauss 白噪声时,本文在式(11)中给出了更为一般的结果.另外,无论是从理论计算还是从Mountain Top 的数据分析来看,时空间距在10个载波波长以上的两个时空脉冲的相关性已变得很弱了.参考文献:[1] L.E.Brennan,I.S.Reed.Theory of adaptive radar [J].IEEE Trans,March 1973,AES -9(2):237-251.[2] R.kle mm.Adapti ve clutter s uppress ion for airborne phased array radars[J].IEE Pt.F,1983,130(1):125-132[3] R.kle mm.Adapti ve airborne M TI:an auxiliary channel approach [J].IEE Pt.F,1987,134(3):269-276.[4] D.H.Johnson,D.E.Dudgeon.Arrays Signal Processi ng.EnglewoodCli ffs [M ].NJ,PTR Prentice Hall,1993.[5] M.Loeve.Probability Theory [M ]. 、 4th Edi tion,Springer -Ver -lag,New York,1977.[6] Luoyi,Liu Guosui.Clutter model for airborne early warni ng radar [C].Proc.of Int.Symposium on Nois e Reduc tion for Imaging and Commun-i cation Sys tems.Tokyo,Japan,1998.[7] 罗毅.机载预警雷达杂波模型及降维STAP 方法的研究[D].南京理工大学博士毕业论文,1999,10.作者简介:罗 毅 1964年出生,南京理工大学电光学院电子工程技术研究中心博士生,1988年获陕西师范大学理学学士学位.1991年获西安交通大学理学硕士学位.感兴趣的领域为随机信号处理、阵列信号自适应处理、宽带通信理论和小波变换理论.刘国岁 1933年出生,1953年毕业于张家口通信工程学院,现为南京理工大学电光学院教授、博士生导师,中国电子学会会士,IEEE 高级会员,纽约科学院院士,中国电子学会无线电定位学会和信号处理分会理事.多年来从事噪声雷达的研制及神经网络、模糊系统、目标识别、阵列信号处理、连续波雷达和合成孔径雷达、混沌信号处理的研究.著有专著两本,已在国内外发表论文120余篇.119第 9 期罗 毅:机载预警雷达杂波模型。

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。

图３．３．２．１．１归一化立体波瓣图
在机载脉冲多普勒雷达中，天线下半平面的副瓣往往对地杂波强度有直接影响。

在图３－４中即为俯仰角小于０。

的部分，在以后的分析中可以看到天线副瓣的影响。

３．３．２．２天线波束方向计算
为了进行杂波计算，必须有天线波束在地理坐标系下的方位、俯仰。

其方位、俯仰的获得有载机姿态和天线姿态（机体坐标系）获得：
图３．３．２．１．２天线波束指向计算
３．３．３杂波计算
假定天线方位角为００，俯仰角为ｏ．，无横滚．根据图３．３．２．１．１的天线方向图进行地杂波仿真计算，得到的杂波图如图３．３．３．１、图３．３．３．２所示：
图３．３．３．１距离门．频率门杂波图
从图中可以看出，主杂波强度很大，占据一定的宽度，副瓣杂波占据比较宽的频率门和距离门，呈现弧形分布，其它区域杂波强度比较均匀。

图３．３．３．２频率门杂波统计图
（２）一套数据记录设备，用于对数据进行记录，便于进行事后分析；
（３）一套惯导，提供雷达真实的载机姿态数据，便于雷达对天线进行空域稳定，保证测试条件不因载机姿态发生变化；
（４）一套雷达控制设备，将雷达控制到所需要的工作模式。

图４．２．１杂波测试框图
平台准备完毕，进行地形选择，对需要测量的地形进行航空测量。

其中雷达完成对雷达天线的空域稳定，保证雷达天线在整个测试过程中在地理坐标系下指向不变。

图４．２．２航空测量示意图
进行航空测量所采取的操作流程如下：。

1.雷达系统中杂波信号的建模与仿真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。

然而目标存在于周围的自然环境中,环境对雷达电磁波也会产生散射,从而对目标信号的检测产生干扰，这些干扰就称为雷达杂波。

对雷达杂波的研究并通过相应的信号处理技术可以最大限度的压制杂波干扰，发挥雷达的工作性能.雷达研制阶段的外场测试不仅耗费大量的人力、物力和财力，而且容易受大气状况影响,延长了研制周期。

随着现代数字电子技术和仿真技术的发展,计算机仿真技术被广泛应用于包括雷达系统设计在内的科研生产的各个领域，在一定程度上可以替代外场测试，降低雷达研制的成本和周期。

长期以来，由于对杂波建模与仿真的应用己发展了多种杂波类型和多种建模与仿真方法。

然而却缺少一个集合了各种典型杂波产生的成熟的软件包，雷达系统的研究人员在需要用到某一种杂波时，不得不亲自动手，从建立模型到计算机仿真,重复劳动，造成了大量的时间和人力的浪费.因此，建立一个雷达杂波库，就可以使得科研人员在用到杂波时无需重新编制程序,而直接从库中调用杂波生成模块,用来产生杂波数据或是用来构成雷达系统仿真模型，在节省时间和提高仿真效率上的效益是十分可观的。

从七十年代至今已经公布了很多杂波模型，其中有几类是公认的比较合适的模型。

而且，杂波建模与仿真技术的发展己有三十多年的历史,己经有了一些比较成熟的理论和行之有效的方法，这就使得建立雷达杂波库具有可行性。

为了能够反映雷达信号处理机的真实性能，同时为改进信号处理方案提供理论依据,雷达杂波仿真模块输出的杂波模拟信号应该能够逼真的反映对象环境的散射环境。

模拟杂波的一些重要散射特性影响着雷达对目标的检测和踉踪性能,比如模拟杂波的功率谱特性与雷达的动目标显示滤波器性能有关;模拟杂波的幅度起伏特性与雷达的恒虚警率检测处理性能有关。

因此，杂波模拟方案的设计是雷达仿真设计中极其重要的内容,杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。

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。

天基MIMO雷达统一杂波模型及特性分析
黄辉;王永良;谢文冲;陆晓飞
【期刊名称】《空军预警学院学报》
【年(卷),期】2017(031)005
【摘要】天基MIMO雷达杂波特性分析对其杂波抑制技术研究具有重要意义.在分析天基统计MIMO雷达与杂波几何关系的基础上,构建了天基MIMO雷达杂波统一模型.根据模型对天基集中式MIMO雷达（单基地MIMO雷达、双基地MIMO雷达）和天基统计MIMO雷达进行了杂波特性仿真分析,验证了模型的通用性.仿真结果表明,受地球自转影响,天基雷达的空时杂波谱均存在弯曲和展宽,天基MIMO雷达的非线性变化程度小于天基相控阵雷达;对于统计MIMO雷达系统而言,可从多个角度观测目标,接收到的不同发射雷达的杂波脊线不重合,有利于后续的杂波抑制.
【总页数】5页(P319-323)
【作者】黄辉;王永良;谢文冲;陆晓飞
【作者单位】空军预警学院,武汉430019
【正文语种】中文
【中图分类】TN959
【相关文献】
1.天基MIMO雷达统一杂波模型及特性分析 [J], 黄辉;王永良;谢文冲;陆晓飞
2.机载MIMO雷达杂波建模与特性分析 [J], 郝琳;张永顺;李哲;许洁
3.发射波形合成下的机载MIMO雷达杂波统一模型 [J], 徐武军;张西川;王睿;杨少春
4.机载MIMO雷达杂波建模及杂波特性分析 [J], 严韬;谢文冲;王永良
5.天基雷达杂波谱估计及特性分析 [J], 任太姝;李景文
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《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、引言在现代雷达系统中，杂波是影响雷达性能和目标检测精度的关键因素之一。

杂波建模与仿真技术作为雷达信号处理的重要环节，对于提高雷达系统的性能具有重要意义。

本文将探讨杂波建模与仿真技术的基本原理、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是通过对实际环境中杂波特性的分析和抽象，建立能够反映杂波特性的数学模型。

而仿真技术则是利用计算机等工具，对建立的数学模型进行模拟和验证。

杂波的来源主要包括地物、海面、气象等多种因素，因此，杂波建模与仿真技术需要综合考虑多种因素，以实现对实际环境中杂波特性的准确模拟。

三、杂波建模的方法杂波建模的方法主要包括统计模型、物理模型和混合模型等。

统计模型主要是通过分析实际环境中杂波的统计特性，如幅度、相位等，建立相应的概率分布模型。

物理模型则是基于物理原理和电磁波传播理论，对实际环境中杂波的传播过程进行模拟。

混合模型则是结合统计模型和物理模型的优点，综合考虑多种因素对杂波特性的影响。

四、仿真技术在雷达信号模拟器中的应用雷达信号模拟器是用于测试和评估雷达系统性能的重要工具。

在雷达信号模拟器中，杂波建模与仿真技术被广泛应用于模拟实际环境中的杂波特性，以评估雷达系统的性能。

具体应用包括：1. 生成与实际环境中相似的杂波信号：通过杂波建模与仿真技术，可以在雷达信号模拟器中生成与实际环境中相似的杂波信号，用于测试雷达系统的目标检测性能。

2. 评估雷达系统的抗干扰能力：通过模拟不同强度的干扰信号和杂波信号，可以评估雷达系统在复杂环境中的抗干扰能力。

3. 优化雷达系统参数：通过仿真不同参数下的雷达系统性能，可以找出最优的参数配置，以提高雷达系统的性能。

4. 训练和测试雷达系统操作员：在雷达信号模拟器中，可以通过模拟各种实际情况下的杂波环境，训练和测试雷达系统操作员的操作技能和应对能力。

五、结论杂波建模与仿真技术是现代雷达系统中的重要环节，对于提高雷达系统的性能具有重要意义。

机载雷达的地杂波仿真实现及抑制技术摘要机载雷达由于架设在运动的高空平台上，具有探测距离远、覆盖范围大、机动灵活等特点，应用范围相当广泛，可以执行战场侦察、预警等任务。

在海湾战争、伊拉克战争中起到关键作用，在现代战争中越来越不可缺少，因此近年来受到广泛重视。

但由于机载雷达的应用面临非常复杂的杂波环境，杂波功率很强，载机的平台运动效应使杂波谱展宽。

此外，飞机运动时，杂波背景的特性会随时间变化。

因此，有效地抑制这种时间非平稳和空间非平均的杂波干扰时雷达系统有效完成地面目标和低空飞行目标检测必须解决的首要问题。

杂波研究经过几十年的发展，仍然是雷达技术的热点。

机载PD雷达地杂波强度大、杂波谱分布广，特别在下视状态下在所有的距离上都成为目标检测的背景。

本文从机载下视雷达地杂波散射机理出发，结合机载下视雷达杂波的特殊性，首先概括了机载雷达常用的杂波信号的特性即空间相关性和时间相干性，讨论了几种常用的相关杂波的模拟方法，做出了有效地模拟结果，并在Matlab平台上仿真实现，仿真结果与理论分析正好吻合，提高了杂波模拟的逼真度。

并对机载雷达波抑制技术进行研究，分析总结了地物杂波频谱的组成特性，系统的阐述了机载雷达杂波抑制的基本理论及其发展动态。

重点讨论了AMTI杂波抑制技术并给出仿真结果。

关键词：机载雷达；地杂波；杂波抑制；AMTIGround Clutter Simulation and SuppressionFor Airborne RadarABSTRACTRadar equipped in an airborne has many merits such as seeing things beyond the visibility of Ground-based radar, flexibility in application. It plays an important part and is widely used in national defense. Its value of application has been testified in the war of Gulf and Iraq. So it attracts great attention of many nations in the world. But airborne radar will face highly complicated clutter environment. The complexities of clutter back ground mainly embody in large amplitude interference of ground clutter and clutter spectrum spread caused by platform movement effect. And the characteristics of the ground clutter change as well as time change. The key to the settlement of the question of effective detection of ground and low air targets lies in adaptive of effective clutter suppression in airborne Radar.Radar clutter is still a hot topic after decades of study. Pulse-Doppler radar clutter is quite strong with widely distributed power spectrum. Especially when the radar is in the "look down mode", it is the background of target detection in all range gates.Firstly, the surface clutter scattering mechanism of airborne radar is analyzed, and the characteristics of clutter including special correlation and time correlation are summarized for airborne radar in a look down mode. Then all simulations are carried on Matlab platform and the results accord well with theoretical analysis. This dissertation focuses on studying adaptive clutter suppression of airborne Radar. The characteristics of the ground clutter are analyzed and presented. The development and the theories of clutter suppression of airborne Radar are described systematically.Key Words: airborne radar; ground clutter; clutter suppression; AMTI目录第一章绪论 (1)1.1课题背景与研究意义 (1)1.2杂波仿真技术的发展和研究现状 (1)1.3主要研究内容 (2)第二章机载雷达地杂波的特性分析及仿真原理 (5)2.1机载雷达地杂波回波谱分析 (5)2.1.1 主瓣杂波频谱 (5)2.1.2主瓣杂波频谱分析 (7)2.2机载雷达地杂波仿真原理 (8)2.2.1基本雷达方程 (8)2.2.2杂波信号的特性 (9)第三章机载雷达地杂波仿真实现 (12)3.1高斯分布统计模型 (12)3.2非高斯分布统计模型 (14)3.2.1对数正态（Lognormal）分布 (14)3.2.2韦布尔（Weibull）分布 (16)3.2.3 K分布和gamma分布 (18)3.3 机载雷达杂波特性 (21)3.4机载雷达不确定场地地面杂波仿真 (22)3.4.1模型假设及输入参数 (22)3.4.2散射单元的划分 (23)3.4.3 杂波散射单元回波信号 (25)3.4.5 回波叠加 (27)3.4.6 机载雷达杂波仿真结果 (28)第四章机载雷达地杂波抑制技术 (30)4.1 动目标显示（MTI） (30)4.2 单延迟线对消器 (31)4.3 双延迟线对消器 (33)4.4 反馈延迟线对消器（递归滤波器） (35)第五章结论与展望 (37)参考文献 (39)附录A (41)致谢 (47)第一章绪论1.1课题背景与研究意义机载雷达是探测陆地或海面飞行的轰炸机、攻击机、巡航导弹、武器直升机等利用地物地形屏障作掩护的超低空突防武器系列的有利武器之一，在现代战争中起着举足轻重的作用。

基于CUDA的机载MIMO雷达杂波建模王占广;罗忠涛;李军;孙颖【摘要】针对机载MIMO雷达杂波模型运算量大的问题，建立了基于CUDA的模型，利用图形处理器的并行运算能力来加速运算。

为了符合CUDA的通用计算架构特性，该模型在算法上优先设计并行运算，在编程上尽量引入并行线程，实现图形处理器的浮点运算、存储器以及带宽资源的有效利用。

最后测试了加速效果与模型结构、数据规模的关系。

实验结果表明，与CPUInteli5750比较。

图形处理器Grrx465的建模运算结果准确．效率提升教十倍．能麦特委大的运算号．%Considering big operand problem of clutter model for airborne MIMO radar, a clutter based on Compute Unified Device Architecture （CUDA） is established and operation is speeded up by using parallel operational capa- bility of Graphic Processing Unit（GPU）. In order to accord with general computation architecture characteristic of CUPD, the new model prefers designing parallel computing in algorithm and introducing parallel threads in programming to implement effective usage of floating point operation, storage and wideband resources of GPU. And finally, relation between the speedup effect and model architecture and data size is tested. The tested results prove that modeling computation result of GPU based on GTX 465 is accurate in computing result, and efficiency is increased by tens of times and bigger operand can be supported comparing with CPUIntel i5 750.【期刊名称】《火控雷达技术》【年(卷),期】2011(000)004【总页数】5页(P35-39)【关键词】机载;杂波模型;统一计算设备架构;图形处理器;多输入多输出雷达【作者】王占广;罗忠涛;李军;孙颖【作者单位】电子科技大学,成都611731;电子科技大学,成都611731;电子科技大学,成都611731;电子科技大学,成都611731【正文语种】中文【中图分类】TN955;TP391.91 引言MIMO雷达作为一种新的雷达体制，近年来受到了国内外的广泛关注［1］。