相控阵雷达仿真技术研究

电子技术与软件工程Electronic Technology & Software Engineering电子技术Electronic Technology基于无源侦察幅度的相控阵雷达工作模式仿真蔺诚毅徐伟(西安电子工程研究所陕西省西安市710100)摘要：本文通过对相控阵雷达典型工作模式及天线扫描方式的分析，构建了一套运动场景下机载电子侦察设备对单部相控阵雷达信 号幅度的截获模型，并通过仿真得出不同工作模式下的相控阵雷达截获幅度变化规律，为雷达工作模式识别提供了一种新思路。

关键词：无源侦察；相控阵雷达；工作模式；幅度分析1引言电子战在现代信息化战争中扮演着极其主要的角色，已经成为了决定战争胜败的关键因素。

电子侦察作为电子战的重要组成部分，对战场电磁态势感知、信息融合、作战部署起着重要作用。

一方面随着赋予雷达观测任务的不断增加，另一方面也随着电子技术的不断发展，传统的的机扫雷达己经在功能和性能上很难满足当代战争需求，而相控阵雷达以其天线波束快速扫描、波形快速截变、空间功率合成、多波束形成灵活以及多目标处理等优势，在现代战争中得到了广泛应用，在未来战场的应用前景也十分广阔。

根据不同的工作任务，相控阵雷达具有不同的工作模式。

各种工作模式在时域和空域上具有不同的天线扫描方式，对侦测目标而言，其威胁等级也不同。

为了在提高在战场上的生存能力以及电磁态势感知的能力，对相控阵雷达的工作模式识别己成为电子侦察领域的亟待解决的热点问题。

相控阵雷达的工作模式识别是指通过无源侦察的手段获取雷达信号的特性，生成辐射源报告，再根据报告的信息去分辨相控阵雷达的工作样式。

无论是频域或时域中，相控阵雷达的每一种工作模式下，天线波束的扫描方式不尽相同。

对于电子侦察方而言，这种变化直接导致其侦收雷达信号幅度产生特定的变化。

雷达工作模式识别的前提是要熟悉其基本工作原理、特点、性能要求，并对其进行建模仿真。

目前，雷达工作模式的建模仿真大都是站在雷达系统本身的角度进行的，目的是为了给雷达系统的设 计提供参考，模型的设计准则更多的是考虑目标特性和应用场景的 变化，并没有站在电子侦察方的角度去考虑。

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。

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。

收稿日期：2018年10月17日，修回日期：2018年11月7日作者简介：姚国国，男，硕士，高级工程师，研究方向：雷达导引技术。

∗1引言近年来，随着建模仿真技术的进步，其在军用和民用领域中的应用更是不断向深度和广度拓展，同时对于仿真系统的要求也越来越高［1~2］。

在雷达领域，数字化装备、相控阵技术的应用与普及，雷达系统复杂度不断提高。

数字化仿真手段作为雷达系统设计提供分析、研究、评判和决策的重要手段，提前预知、发现系统设计中可能存在的问题具有重要意义。

当前雷达装备系统越来越复杂，雷达数字仿真要求其仿真精细程度越来越细化和深入，在仿真某一属性的同时要兼顾到多种属性，对仿真平台和仿真工具的要求也越来越高，现有大多的仿真软件很难做到同时兼顾。

现有的支持雷达系统仿真软件有SPW （Signal Processing Work System ）软件、Simu⁃link 软件包等。

SPW 软件是基于Unix 、Linux 等系统，普及程度不高，应用范围有限。

而Simulink 软件包是Matlab 平台下的一个仿真子平台，适用于动态系统模型的建模和仿真，但它不具备雷达专业模型库，需要结合其它软件才能实现端口控制和实时控制等［3~5］。

SystemVue 是KeySight 公司开发的用于电子系统级（ESL ）设计的专用电子设计自动化（EDA ）环境，可支持系统架构师和算法开发人员在无线、航空航天、国防和通信系统的物理层上进行创新设计，为射频、DSP 和FPGA/ASIC 的设计人员提供独特的仿真平台。

SystemVue 作为ESL 设计和信号处理的专用平台，可替代通用的数字、模拟和数学环基于SystemVue 的相控阵雷达系统性能评估仿真技术∗姚国国（中国空空导弹研究院洛阳471009）摘要针对传统武器装备雷达系统数字仿真手段的不足，阐述了使用SystemVue 进行雷达系统仿真的优越性。

结合某相控阵雷达系统实例，利用SystemVue 仿真软件完成了系统接收链路的模型构建与设计，介绍了主要仿真模块，并给出了理论计算和仿真结果，验证了利用SystemVue 实现相控阵雷达系统设计和仿真的可行性，同时也体现出SystemVue 在复杂雷达系统设计与仿真方面的独特性和优越性，对相控阵雷达系统设计与数字系统仿真具有一定的参考价值。

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。

远程预警相控阵雷达跟踪模型研究一、绪论A.研究背景和意义B.国内外研究现状C.本文的研究内容和思路二、基础理论A.雷达原理与工作原理B.相控阵雷达技术C.预警系统的组成与功能三、跟踪模型算法A.预警目标信息的获取B.卡尔曼滤波跟踪算法C.基于UKF的跟踪算法D.基于多目标跟踪的算法四、实验与仿真A.参数设置和模拟环境B.对比不同模型算法的实验结果C.模型性能评估和优化五、结论与展望A.本文实验结果的分析和总结B.研究工作的不足与展望C.相控阵雷达跟踪模型的未来发展方向一、绪论A.研究背景和意义随着现代科技的发展和进步，雷达技术已经成为了现代武器装备发展的重要和不可缺少的组成部分，而其中的远程预警雷达更是在现代战争中发挥着重要的作用。

近年来，世界范围内的军事冲突和恐怖主义活动不断升级，保障国家安全防范和打击意外袭击成为了各国军队的重点任务。

远程预警相控阵雷达作为一种先进的雷达技术，实现了对远距离目标的快速发现和跟踪，已经逐渐成为了军事前沿技术领域的研究热点。

因此，开展远程预警相控阵雷达跟踪模型研究，对于提升我国军事现代化水平，保障国家安全，防范和打击意外袭击，以及促进科学技术的创新和发展，具有非常重要的现实意义和深远的历史意义。

B.国内外研究现状国内外关于远程预警雷达技术的研究已经取得了很多进展，比如美国的E-2C/D预警机，中国的KJ-200/500预警机等等。

但是，远程预警雷达跟踪模型研究，特别是在算法方面的研究仍然存在不少问题和挑战。

在国际上，对于远程预警雷达跟踪模型算法的研究主要是基于卡尔曼滤波算法、扩展卡尔曼滤波算法、无迹卡尔曼滤波算法和粒子滤波算法等进行的。

但是，这些算法都存在不同程度的问题，如收敛速度慢、精度不高、鲁棒性不够等。

在国内，远程预警雷达跟踪模型研究也取得了一定的进展。

其中，最有代表性的就是海军航空兵部队的KJ-200/500预警机，其跟踪模型算法已经逐渐成熟，具有一定的性能和优势。