相控阵雷达数据处理仿真研究

低截获概率相控阵雷达系统建模与仿真的开题报告一、选题背景及意义相控阵雷达是目前广泛应用于军事和民用的一种主流雷达系统，其在空中目标监测、空中预警、导弹防御等领域具有广泛的应用。

在相控阵雷达系统中，为了提高目标的截获概率，一项关键的任务是设计出低截获概率的信号处理算法。

因此，对于低截获概率相控阵雷达系统的建模与仿真研究具有重要的现实意义和科学价值。

二、研究目标和内容本文主要研究的是低截获概率相控阵雷达系统的建模与仿真，主要目标和内容包括：1.建立低截获概率相控阵雷达系统的信号处理模型，包括波束形成、距离确定、速度测量和方位角测量等几个部分。

2.基于建立的信号处理模型，仿真相控阵雷达系统的工作过程，包括发射信号、接收信号、数字信号处理等各个环节，并对仿真结果进行分析和评估。

3.建立低截获概率处理算法的仿真模型，包括匹配滤波、空间滤波、谱分析、目标跟踪等算法，并对模型的仿真性能进行测试和验证。

4.分析低截获概率相控阵雷达系统的实际应用场景，在不同应用场景下比较和评价不同处理算法的性能和效果。

三、研究方法和技术路线为了完成本文所述的研究目标和内容，本文采用如下研究方法和技术路线：1.资料收集：收集与相控阵雷达系统相关的文献资料，深入理解相控阵雷达系统的性能和工作原理，为后续研究奠定基础。

2.信号处理模型建立：结合文献资料和系统性能要求，建立低截获概率相控阵雷达系统的信号处理模型，并对信号处理模块进行仿真验证。

3.系统仿真：基于信号处理模型，搭建相控阵雷达系统的仿真平台，使用Matlab等软件对系统进行仿真和分析。

4.算法仿真：对常用的低截获概率处理算法进行仿真，分析算法的性能和优劣，并挑选最优算法进行综合仿真。

5.实验验证：在相应的实验环境下，对仿真结果进行与实验结果进行比较和验证，分析仿真结果在实际应用中的可行性和效果。

四、预期成果和意义通过本文的研究，预期可以得到如下成果：1.建立低截获概率相控阵雷达系统的信号处理模型，深入理解相控阵雷达系统的工作原理和性能要求。

相控阵雷达系统并行仿真技术分析摘要：相控阵雷达仿真技术是在集群环境下衍生出来的，以实现雷达的有效设计为主要基础，将整个雷达技术及相应的分析方式进行分析，突出雷达技术的合理性，进而在雷达仿真技术的基础上，将相干视频仿真、信号的幅度信息及相应的相干视频信号进行分析，使得其整个系统的运行速度不断的提升。

本文结合现有的雷达仿真技术，从相控雷达仿真技术发展背景及原理上作为理论分析的基础，进而分析了雷达系统并行结构及并行的算法分析，从而对其雷达仿真技术过程中应用到的相关公式进行有效总结，对计算结果进行分析，突出体现了相控阵雷达仿真系统的有效性。

关键词：相控阵雷达；相干仿真技术；算法；公式0引言从概念上分析，雷达仿真指的是在数字化技术应用的前提条件下，结合现有的雷达技术，形成的一套完整的雷达系统设计和分析方法。

从功能上分析，雷达仿真技术能够根据雷达运行周期及频率，将相应的发射目标信息及相应的干扰信号进行相应幅度的信息调节，逼真的将实际的相干视频信号进行有效复现，从而实现雷达信号能够在多种硬件设备相互协调配合的基础上对雷达信号处理情况进行有效分析。

其研究结果及结论可大量应用于天气预报、石油勘探、海洋工程、航天工程等世界主要发展的几大影响力。

1 相控阵雷达仿真技术发展背景及原理1.1相控阵雷达仿真技术优势对于整个相控阵雷达仿真技术的系统化、高效化进行设计，可以将雷达技术对整个计算机仿真设计的相关内容进行分析，以期利用最短的周期实现最高效的效率，从而使雷达系统的仿真设计及相应内容分配合理，缩短相应的设计周期，降低相应的设计成本成为现阶段相控阵雷达仿真技术应用的最大优势。

使得雷达系统在使用及应用过程中效率更高、设计更加方便、进而实现对整个相控阵雷达仿真系统技术的高效率应用。

1.2点扫描法应用从扫描方式上分析，其是雷达系统工作有效运转的主要方式，也可实现相应波束的扫描。

其在运行过程中，通过计算机控制相应的相移量，进而改变各个振元的激励相位，实现整体算法的需求。

相控阵雷达信号处理技术研究一、前言随着无人机、导弹、飞机等高速飞行器的出现，对雷达探测技术提出了更高的要求。

传统雷达受信号处理能力的限制，难以精确地定位高速飞行器，如此一来，相控阵雷达应运而生。

相控阵雷达通过对发射的多个天线阵列的合理控制，实现在固定的时间内扫描大範围的目标区域并获得目标详细信息的目的。

在使用前，需要对相控阵雷达信号处理技术进行深入研究，使其成为更可靠、更有效的雷达探测手段。

二、相控阵雷达信号处理技术相控阵雷达是利用大量同步工作的单元天线阵列来形成发射波束和接收波束的技术，具有较好的方向性、抗干扰能力、低成本等优点，实现了雷达提高目标检测，追踪、识别、辅助制导及避免干扰等目的。

相控阵雷达信号处理技术是实现该目标的基础。

1.波束形成技术波束形成技术是相控阵雷达的核心技术之一，其主要任务是根据天线阵列的位置、方向、相位等信息，将接收到的回波信号进行复合，形成一个高度指向性的波束，锁定目标并获得目标信息。

波束形成技术的实现需要至少两个天线阵列，每个天线阵列可以向目标发射一次射频脉冲。

通过计算回波信号中各个信号波的相位、幅度等信息，重构出实际目标的衍射面，进而生成方向性很强的波束。

2.信号经纬度补偿技术在相控阵雷达采集到回波信号后，需要对其进行加工处理，使之尽可能地准确反映目标的信息。

信号经纬度补偿技术就是对采集到的回波信号进行补偿，以达到最佳效果的技术。

在信号经纬度补偿技术中，首先要找到最大回波信号点的位置，并以此为中心进行补偿。

其次，还要对信号进行动态压制，去除杂波和干扰信号对检测结果的影响。

因此，信号经纬度补偿技术为相控阵雷达的高精度目标定位提供了有力的工具。

3.目标建模技术相控阵雷达在获得目标信号后，要对其进行建模，以便更好地了解目标的细节信息。

目标建模技术是在目标信号的基础上，通过多种建模算法，提取目标的特征，形成完整的目标模型，从而实现对目标物的高精度检测、跟踪、识别和定位。

相控阵雷达原理实验报告相控阵雷达（Phased Array Radar）是一种利用相控阵技术的雷达系统。

相控阵技术通过使用阵列天线，能够实现快速改变雷达波束的方向性和形状，以及实现快速波束扫描，从而提高雷达系统的性能和灵活性。

本实验报告将详细介绍相控阵雷达的原理、应用以及实验过程和结果。

一、相控阵雷达的原理1. 相控阵原理：相控阵雷达系统主要由阵列天线、接收发射模块、信号处理模块和控制模块等组成。

阵列天线是由多个具有不同相位的天线单元组成的，通过控制各个天线单元的发射相位和幅度，可以实现对雷达波束的控制。

2. 波束扫描：相控阵雷达可以通过改变各个天线单元的相位，实现对雷达波束方向的改变。

当各个天线单元的相位相同，波束将在指定方向上形成高增益，捕捉到目标返回的信号。

通过改变相位，可以实现快速波束扫描，从而实现对目标的跟踪和定位。

3. 空时采样：相控阵雷达通过采样各个天线单元接收到的信号，在空间和时间上进行处理。

通过对不同天线单元接收到的信号进行相加、相减和加权，可以实现波束的形状控制和抑制干扰，提高雷达系统的性能。

二、相控阵雷达的应用相控阵雷达具有快速波束扫描、高增益、抗干扰等特点，广泛应用于军事和民用领域。

1. 军事领域：相控阵雷达在军事领域中用于飞机、导弹、舰船和陆地防空等系统中。

通过快速波束扫描和目标跟踪，可以实现对目标的定位和追踪，提高作战的精确性和反应速度。

2. 民用领域：相控阵雷达在民用领域中用于气象监测、空中交通管制、地质勘探和无人机监测等。

相比传统雷达系统，相控阵雷达具有较高的分辨率和抗干扰能力，能够实现更精确的监测和控制。

三、相控阵雷达实验本实验主要通过搭建相控阵雷达系统，实现对目标的定位和跟踪。

1. 实验器材：需要准备的实验器材包括阵列天线、接收发射模块、信号处理器、控制器和目标模拟器等。

2. 实验步骤：(1) 搭建相控阵雷达系统：按照实验器材的连接方式，将阵列天线、接收发射模块等组件连接到信号处理器和控制器上。

相控阵雷达信号处理技术研究及其在目标跟踪中的应用一、引言随着科技的不断发展，雷达技术也得到了极大的发展和改进。

相控阵雷达信号处理技术作为一种成功的应用就得到了广泛的使用。

现在，它已经成为了许多雷达应用中的主要技术，尤其在目标跟踪中具有优势。

本文将会着重探讨相控阵雷达信号处理技术的研究及其在目标跟踪中的应用。

二、相控阵雷达信号处理技术简介相控阵雷达是一种利用阵列天线来实现掩蔽。

其工作原理为，从阵列天线中发射信号到目标，当信号受到目标的反射后，阵列天线可以在不同时间接收到目标反射的不同相位信号。

然后，相控阵雷达的处理器会根据不同时间接收到的不同相位信号，对目标信息进行分析处理和分类，从而实现目标探测和跟踪。

基于相控阵雷达的信号处理技术的研究，主要是针对信号处理引擎和算法的研究。

这些技术可以将相控阵雷达从单纯的“看”到“听”和“思考”的智能化应用阶段。

三、相控阵雷达信号处理技术研究1. 信号处理引擎相控阵雷达信号处理引擎主要包括数字信号处理器（DSP）和计算机处理器。

DSP可以实现雷达信号的FFT、FIR、IIR滤波、滤波器设计、脉冲压缩和卷积等处理算法。

而计算机处理器则主要负责数据预处理和后处理等任务。

2. 算法研究相控阵雷达信号处理算法通常包括高分辨率成像、目标跟踪、信号分离和辨识、多目标分离和识别等方面。

其中目标跟踪算法通常采用多种方法来实现，如卡尔曼滤波、扩展卡尔曼滤波、粒子滤波、拓扑滤波等。

四、相控阵雷达信号处理技术在目标跟踪中的应用相控阵雷达信号处理技术在目标跟踪方面的应用非常广泛，可以实现基于单目标和多目标跟踪。

例如，当雷达系统需要跟踪一个目标时，可以利用相控阵雷达技术实现跟踪。

此时，多种算法可以用于改善跟踪质量，从而实现对目标的预测和确定。

此外，在军事和民用方面也有广泛的应用，例如，在军事中，可以使用相控阵雷达技术实现目标的跟踪和探测，从而实现更好的目标识别和分类。

在民用方面，可以用于雷达测速仪、民航可靠性监测系统、罕见动物观察系统等。

相控阵雷达技术及其数据处理方式的研究摘要为研究相控阵雷达技术及其数据处理方式，用于实际业务，通过分析相控阵雷达技术原理、特点和应用范围，以及数据处理方式的研究，得出：相控阵雷达特别是有源相控阵雷达，具有波束扫描快、波形变化灵活、功率孔径积大、易于全固态化和轻小型化、可靠性高，容易实现天线共形设计、抗干扰能力强，说明相控阵天气雷达比常规多普勒天气雷达在其探测方面的优越性。

关键词相控阵；雷达；数据处理1 概述技术（篇幅压缩一点）20世纪40年代初提出相控阵雷达的概念，第一代相控阵雷达AN/APQ-7和舰载相控阵雷达MK-8问世。

到50年代末期，研制了一批战略相控阵雷达。

60年代初，相控阵雷达AN/SPS-33功能单一、造价高、性能低。

到70年代，超遠程、有限相扫雷达和一维相扫三坐标雷达，在使用中展示了相控阵雷达特有的优越性。

进入80年代后，固态有源相控阵雷达的发展，使相控阵雷达技术产生了质的飞跃[1]，固态T/R组件的批量生产使固态有源相控阵雷达的制造成本降低，提高费效比[2]。

相控阵雷达具有同时完成搜索及对多目标的精确跟踪，这种多功能是如何完成，与常规雷达有什么区别，数据处理上采取什么算法和特殊的数据处理方法，在探测方面比常规多普勒天气雷达具有哪些特点，本文旨在研究其特性。

2 相控阵雷达原理与技术应用随着微电子技术、固态功率器件和阵列信号处理技术的飞速发展，相控阵技术已从大型相控阵雷达逐步推广应用于各种战术雷达和民用雷达之中[3]。

在民用雷达方面，机场监视雷达、精密进场雷达、微波着陆系统、气象雷达以及卫星通信领域中也广泛应用了相控阵技术。

美国为了追踪龙卷、冰雹等强对流天气过程，发展了X波段可移动相控阵快速扫描天气雷达，主要用于快速获取三维气象数据，在强对流天气研究中发挥了有利作用。

固态有源相控阵雷达技术已成为当今雷达技术发展的主流，许多国家都在积极研制新型固态有源相控阵雷达。

近年来，相控阵技术在大气探测领域也有了重要突破，成为雷达气象学研究的新热点，并很可能成为将来气象雷达发展的重要方向。

相控阵雷达杂波模拟与信号处理研究的开题报告开题报告标题：相控阵雷达杂波模拟与信号处理研究研究背景：近年来，相控阵雷达在空军作战中得到广泛应用。

相控阵雷达具有高精度、高分辨率、多目标跟踪等优点，但在实际应用中存在着杂波干扰的问题。

如何准确地模拟相控阵雷达杂波，并进行有效的信号处理，对于提升雷达性能具有重要意义。

研究目的：本研究旨在通过对相控阵雷达杂波的模拟和信号处理技术的研究，实现对雷达性能的提升。

研究内容：1. 相控阵雷达杂波模拟技术的研究。

采用MATLAB软件进行相控阵雷达的杂波模拟，研究杂波产生的原因和规律。

2. 相控阵雷达信号处理技术的研究。

对模拟的杂波信号进行有效的数字信号处理，包括滤波、目标信号提取和抑制杂波等处理过程。

3. 相控阵雷达杂波模拟与信号处理技术的应用研究。

将上述研究成果应用于实际相控阵雷达系统中，并进行实验验证。

研究方法：1. 文献综述法：通过查阅相关文献，系统了解相控阵雷达杂波产生机理、杂波模拟和信号处理技术等方面的研究成果。

2. MATLAB编程法：采用MATLAB软件进行相控阵雷达杂波信号的模拟和数字信号处理，利用其强大的计算和可视化功能，实现对雷达杂波的分析和处理。

3. 实验验证法：将上述研究成果应用于实际相控阵雷达系统中，并进行实验验证，比较其性能提升效果。

研究意义：本研究可以为相控阵雷达信号处理技术的发展提供一定的理论和实践支持，提高雷达系统的抗干扰能力，为军事作战的胜利做出贡献。

研究进度：1. 研究背景和目的：已完成。

2. 文献综述：进行中。

3. 相控阵雷达杂波模拟技术的研究：计划于XX年X月完成。

4. 相控阵雷达信号处理技术的研究：计划于XX年X月完成。

5. 相控阵雷达杂波模拟与信号处理技术的应用研究：计划于XX年X 月完成。

6. 论文撰写和论文答辩：计划于XX年X月完成。

预期成果：1. 相控阵雷达杂波模拟技术的研究成果，包括MATLAB程序和相关实验数据。

收稿日期:20071213基金项目:国家部委预研项目(020045089)作者简介:徐雷(1978—),男,博士生,E 2mail :t hunder @ ;吴嗣亮(1964—),男,教授,博士生导师.第28卷　第6期2008年6月北京理工大学学报Transactions of Beijing Institute of TechnologyVol.28　No.6J un.2008相控阵雷达仿真系统并行计算研究徐雷,　吴嗣亮,　李海(北京理工大学信息科学技术学院电子工程系,北京　100081)摘　要:针对共享存储多处理器的集群环境,研究了减少相控阵雷达仿真系统运行时间的并行计算方法.根据相控阵雷达多个波束处理过程的相对独立性和信号处理仿真中多个距离单元采样点的计算特点,提出了一种粗粒度消息传递接口(M PI )分布式内存和细粒度O penM P 共享内存混合编程的两级并行方法.实验结果表明,并行计算使系统的仿真速度有较大提高.关键词:雷达系统仿真;消息传递接口(M PI );O penM P;加速比中图分类号:T P 39119 文献标识码:A 文章编号:100120645(2008)0620517204Parallel Computing in Phased Array R adar System SimulationXU Lei ,　WU Si 2liang ,　L I Hai(Department of Electronic Engineering ,School of Information Science and Technology ,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China )Abstract :U nder a symmetric multiprocessors (SM P )cluster environment ,parallel comp uting of p hased array radar simulation system is investigated to reduce simulation time.A coarse 2grained message passing interface (M PI )distributed memory and fine 2grained OpenMP shared memory hybrid parallel comp uting met hod is presented based on t he relative independence of t he p hased array radar multibeam processing and t he distance unit sampling comp uting in t he signal processing simulation.Experimental result s showed t hat t he simulation speed is greatly enhanced by parallel comp uting.K ey w ords :radar system simulation ;message passing interface ;OpenM P ;speedup 雷达系统仿真是数字仿真技术和雷达技术结合的产物,是雷达系统设计和分析的有效方法[1].雷达系统仿真方法一般分为功能仿真和相干视频仿真.功能仿真只仿真雷达发射、目标、回波、杂波及干扰信号的幅度信息;相干视频仿真是逼真地复现既包括振幅又包括相位的相干视频信号,复现这种信号的发射、在空间传播、经散射体反射、杂波与干扰信号叠加以及在接收机内进行处理的全过程[2].在实际的雷达系统中,雷达信号的产生和处理由大量硬件并行完成,速度快,保证实时性.相干视频信号仿真的处理过程是由软件代替了真实雷达的硬件处理,多个仿真模块只能按顺序串行执行,仿真的计算量很大,导致处理速度大幅下降.作者研究利用并行计算的方法提高雷达系统相干视频仿真的运行速度.并行计算的应用已遍布天气预报、石油勘探、航空航天、核能利用、生物工程等领域,理论研究与应用普及均取得了很大进展[3].在雷达信号处理及仿真领域,并行计算也有很多应用,例如复杂目标的回波计算、多目标跟踪算法的仿真[4]、S A R 数据处理[5]、有源相控阵的设计仿真[6]等均用到了并行计算.但是在以上领域,并行计算主要解决的是大规模计算问题,对于雷达视频信号仿真而言,并不像大规模计算问题存在明显的集中耗时部分,其计算粒度(通常是一个波束指向)比较小,但由于要不断地进行多波束的空域搜索和对目标进行跟踪,循环不断运行,造成仿真时间过长.在雷达相干视频仿真中应用集群计算技术仍比较少见,是有意义的研究课题.随着计算机技术的发展,多核C PU 技术的日益成熟,利用普通的硬件就可以搭建小型集群系统,使得雷达视频信号仿真这样的小型计算问题可以利用集群计算技术加以解决.作者利用雷达自身算法特性,挖掘仿真中潜在的并行性,并通过消息传递接口M P I (message p assi n g i nterf ace )和O penM P 的并行计算方法,实现分布式内存和共享内存两级并行仿真,从而有效地提高雷达仿真的运行效率.1　雷达并行仿真系统结构流程相控阵雷达仿真系统与实际的相控阵雷达组成基本一致,实际雷达的各功能模块基本上都有相应的仿真实现模块.仿真系统主要包括资源调度、回波模拟、环境模拟、信号处理、数据处理等多个模块.雷达并行仿真系统是指根据雷达工作原理,发掘原雷达仿真系统潜在的并行性,利用并行计算的方法实现仿真.本文中所提出的雷达并行系统仿真流程如图1所示,每个进程代表一次雷达任务的运行.图1　雷达并行仿真系统流程图Fi g.1　Flow chart of parallel radar system si mulation雷达并行仿真系统在多台具有多核或多C PU 的计算机上共同运行.并行算法主要分为①基于分布式内存的多进程并行运行在多机上.②基于共享内存的多线程并行运行在多核或多C PU 的单机上.两者配合使用可以使仿真速度的提高达到最大化.2　并行算法分析211　雷达工作方式相控阵雷达在搜索过程中发现目标之后,一方面要对该目标进行跟踪;另一方面还要继续对整个监视空域进行搜索,因此,只要监视的空域中有目标存在,相控阵雷达就将按边搜索边跟踪方式进行工作[7],图2是一种典型的模板式调度工作示意图.图2　相控阵雷达搜索加跟踪工作方式示意图Fi g.2　Phased array radar search and t racking 如图2所示,雷达在多个调度间隔内对预定空域进行调度,每个调度间隔内包括多个调度任务和跟踪任务,根据这种工作方式可以估算整体的仿真时间.设一次雷达仿真包括N 个调度间隔,每个调度间隔的运行时间分别为t 1,t 2,t 3,…,t N .总的仿真运行时间为各调度间隔运行时间的总和t =t c +∑Ni =1ti=t c +∑Ni =1(ts i+t t i ).(1)式中:t 为一次仿真总的运行时间;t c 为雷达仿真参数初始化运行时间;N 为一次仿真中总的调度间隔数;t s i 为一个调度间隔内调度任务运行时间;t t i 为一个调度间隔内跟踪任务运行时间.212　分布式内存并行算法雷达仿真运行过程就是循环运行搜索和跟踪程序,一次循环的运行时间很短,不断循环运行累加造成了仿真时间过长.理想的并行算法是把循环运行的搜索和跟踪过程全部并行化.但是由于跟踪过程的存在,不同调度间隔的数据存在因果性,它们之间是不能并行化的.在每个调度间隔内的多个搜索波束是不相关的,它们可以并行执行[8].这部分的并行算法采用适用于分布式内存结构的M P I 主从模式编程实现,一个搜索间隔内的多个搜索波束分配到多台从计算机上运行.一个搜索间隔内搜索任务执行完毕后,所有从计算机上的结果数据都传回到主计算机上进行数据处理,然后在主计算机上进行跟踪波束的运行并按同样的方法并行计算下一个搜815北京理工大学学报第28卷索间隔.雷达仿真参数初始化后,一个搜索间隔内的搜索波束数目就确定了,并行仿真运行总时间为t =t c +∑Ni =1t ′i =t c +∑Ni =1(t s i /M +t t i ),　(2)即一个搜索间隔内,共有M 个搜索波束并行化.在此并行算法中,多台并行的计算机处理的都是相似的搜索波束,负载平衡比较容易满足.多机之间只是在每一个搜索间隔结束后有一个数据收集的通信开销,数据量不是很大,所以单纯看一个搜索间隔内的并行效率应该很高.但是,由于多个搜索间隔之间只能串行执行,致使可并行执行的计算机数目最多等于一个间隔内搜索波束的个数,这大大限制了仿真程序速度的进一步提高.当计算机硬件资源充足时,可以对此算法进行改进.雷达仿真刚开始运行,是搜索目标的阶段,此阶段还未发现目标,不发射跟踪波束,多个搜索间隔之间没有因果关系,只要有空余的计算机资源,预定搜索空域的所有搜索波束都可以并行化.这种并行化可以持续到发现第一个目标时结束,然后程序转为一个搜索间隔内多个搜索波束的并行化.该方法可以大大缩短雷达仿真程序发现目标的时间,从而减少了整个仿真程序的运行时间.213　共享内存并行算法在雷达仿真程序的一次波束处理过程中,程序依次调用回波模拟、信号处理、数据处理等模块,其中信号处理模块中,多个处理函数对于一个脉组多个距离单元采样点的计算是最耗时的部分,包括M T I/M T D 、求模、恒虚警检测(C FA R ),只要减少这些处理函数的运行时间,就可以进一步提高整体的仿真速度.在M P I 的环境下,对多个采样点可以采用共享内存的O penM P 进行并行计算,实现M P I 和O penM P 的混合编程.O penM P 是用在多处理器上的共享内存并行开发标准,采用多线程的方法充分利用多个处理器实现效率的提高.由于O penM P 中生成多线程和最后线程的等待及合成都是并行计算产生的额外计算量,一次信号处理模块的运行时间相对较少,必须保证额外计算量消耗的时间要比并行计算减少的时间还要少,这样O penM P 的并行才能有效.为了达到这个目的,应该尽量减少多线程的生成次数.214　并行算法与硬件系统从上面分析可以看出,分布式内存和共享内存并行算法都可以提高仿真速度.当硬件为集群系统,每台计算机只有一个C PU 时,适合单独采用分布式内存并行算法,系统中可并行的计算机最大为一个雷达搜索间隔内的搜索波束数目,此时使用该并行算法所能提高的速度达到极限值.当集群中的每台计算机有多个C PU 时,构成共享内存的集群系统,即S M P 集群系统,适合应用共享内存和分布式内存结合的并行算法,多个计算机之间用分布式内存并行算法,一个计算机的多C PU 之间用共享内存并行算法,这样可以最大限度地提高雷达仿真速度.3　仿真实验结果仿真实验中,设相控阵雷达共有20个搜索间隔,每个搜索间隔内有5个搜索波束.所使用的仿真平台为5台双核计算机组成的集群系统(共10个C PU ),操作系统采用W i ndow s.仿真设计及实现并行程序的目的是希望并行代码比相应的串行代码运行得更快.为了评估并行计算对仿真效率的提高,通常用加速比[9](s peed u p )作为衡量标准.加速比=串行程序执行时间/并行程序执行时间在实验中,测试了两种典型情况:①单纯M P I 并行,每个C PU 一个M P I 进程,最多为10个M P I 进程.②M P I 和O penM P 混合并行,每台计算机运行一个M P I 进程和两个O penM P 线程.仿真结果如表1所示,串行仿真时间为51.31s.其中M P I +O penM P 混合编程中,每个M P I 进程包含2个O penM P 线程.表1　集群计算机并行计算仿真时间T ab.1　Simulation time of SMP clusterCPU 个数t /sMPI 并行MPI +OpenMP 混合并行22814141.37342317719.9423.91561616016.6020.16781616016.6017.289101616016.6013.98 注:由于MPI +OpenMp 混合并行基于双核计算机测试运行,因此只能在偶数个CPU 上有测试值从表1可以看出,无论采用哪种并行算法,都可以提高仿真速度.但采用M PI 并行方法,当进程数915第6期徐雷等:相控阵雷达仿真系统并行计算研究超过搜索波束的个数后,仿真速度便不再提高.这时,使用M PI 和OpenM P 的混合编程,仿真时间可进一步减少.由图3可以看出,在处理器数目比较少时,单纯MPI 的并行加速比大于M PI +OpenM P 混合编程加速比,随着处理器数目逐渐增大,两者加速比逐渐接近.本次仿真中,当处理器数目为10个时,混合加速比已经大于单纯M PI 的加速比.图3　MPI 和MPI +OpenMP 加速比Fig.3　Speedup of MPI and MPI +OpenMP4　结　论 通过对相控阵雷达系统特点分析,研究了在SM P 集群环境下,利用M PI 和OpenM P 对雷达系统进行两级并行仿真的方法,仿真实验结果表明,该方法可以较大地提高系统仿真速度,也可以为类似系统的并行化设计提供参考.参考文献:[1]R L 米切尔.雷达系统模拟[M ].陈训达,译.北京:科学出版社,1982.Mitchell R L.Radar signal simulation[M ].Chen Xun 2da ,transl.Beijing :Science Press ,1982.(in Chinese )[2]王国玉,肖顺平,汪连栋.电子系统建模仿真与评估[M ].长沙:国防科技大学出版社,1999.Wang Guoyu ,Xiao Shunping ,Wang Liandong.Elec 2tronic system simulation and evaluation[M ].Changsha :National University of Defence Technology Press ,1999.(in Chinese )[3]格兰马.并行计算导论[M ].2版.张武,译.北京:机械工业出版社,2005.Grama A.Introduction to parallel computing [M ].2nd ed.Zhang Wu ,transl.Beijing :China Machine Press ,2005.(in Chinese )[4]Popp R L ,Pattipati K R ,Bar 2Shalom Y.Multitargettracking algorithm parallelization for distributed 2memory computing systems[C]∥Proceedings of 5th IEEE Inter 2national Symposium on High Performance Distributed Computing.[S.l.]:IEEE ,1996:412421.[5]G oller A ,Parallel processing strategies for large SARimage data sets in a distributed environment [J ].Com 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第1篇一、实验目的本次实验旨在通过模拟实验，使学生了解相控阵雷达的基本原理，掌握相控阵雷达的信号处理技术，并熟悉相控阵雷达的实验操作流程。

二、实验原理相控阵雷达（Phased Array Radar，PAR）是一种利用多个天线单元排列成天线阵面，通过控制各个天线单元的馈电相位，实现对雷达波束的电子扫描和方向控制的雷达系统。

其基本原理如下：1. 天线阵列：相控阵雷达由多个相同的天线单元组成，这些天线单元按照一定的规律排列在平面上，形成一个天线阵列。

2. 馈电控制：每个天线单元都由独立的馈电系统控制，通过调整馈电信号的相位，可以改变天线单元的辐射方向。

3. 波束形成：通过控制各个天线单元的相位，可以使各个单元的辐射波叠加，形成一个具有特定方向的主波束。

4. 波束扫描：通过改变各个天线单元的相位，可以改变主波束的方向，实现对雷达波束的电子扫描。

5. 信号处理：相控阵雷达对接收到的信号进行干涉处理，从而得到目标信号的相位差，进而实现对目标的定位和跟踪。

三、实验器材1. 相控阵雷达实验系统2. 波束形成器3. 信号发生器4. 信号分析仪5. 计算机及实验软件四、实验步骤1. 系统连接：将相控阵雷达实验系统、波束形成器、信号发生器、信号分析仪等设备连接好。

2. 系统初始化：启动实验软件，对系统进行初始化设置。

3. 波束形成：调整波束形成器，使主波束指向预定方向。

4. 信号发射：开启信号发生器，发射连续波信号。

5. 信号接收：相控阵雷达接收信号，并将接收到的信号送入信号分析仪。

6. 信号处理：信号分析仪对接收到的信号进行干涉处理，得到目标信号的相位差。

7. 结果分析：根据相位差，分析目标的位置和速度信息。

五、实验结果与分析1. 波束形成效果：通过调整波束形成器，使主波束指向预定方向，实验结果表明，相控阵雷达可以实现精确的波束指向。

2. 波束扫描效果：通过改变波束形成器的相位，实验结果表明，相控阵雷达可以实现快速、灵活的波束扫描。