LabVIEW和Matlab在雷达系统仿真中的应用

应用研究　

ＬａｂＶＩＥＷ和Ｍａｔｌａｂ在雷达系统仿真中的应用　

张廷军　（华北理工大学河北唐山０６３００９）　

摘要：为了使雷达系统更接近真实雷达效果并充分利用Ｍａｄａｂ强大的数据计算分析能力与ＬａｂｖＩＥｗ优越强大的图像界面设计能力，我们先应用　

Ｍａｄａｂ－￣．计优化算法，然后用Ｉ，ａｂｖ匝ｗ与其联合仿真，最终实现ＬａｂＶⅢｗ仿真结果与Ｍａｄａｂ设计结果相同。文章对于相对简单的线性调频脉冲压缩雷达　系统进行试验，通过试验证明此方法可行，并验证了相关结论。　关键词：雷达系统仿真缌陛调频联合　中图分类号：ＴＮ９５５　文献标识码：Ａ　文章编号：１ｏｏ７．９４１６（２０１６）０８．００５５—０２　

１引言　

近年来，数字信号处理技术、电子技术及计算机技术的革命性　

发展，使得雷达仿真技术有了新的发展。因此雷达模拟仿真成为性　能测试过程中不可缺少的重要方式。Ｍａｆｌａｂ是现在非常受欢迎的拥　

有强大的数据计算分析能力的软件。信息与计算机技术通过不断的　

发展，各个领域对数据计算的能力都有广泛的需求，是雷达模拟仿　

真的重要工具。Ｍａｆｌａｂ的循环的执行速度、符号计算功能较弱，界面　

开发能力较差。ＬａｂＶＩＥＷ是由美国国家仪器公司研制开发的面向对　

象的图形化编程语言，根据需求，用户可以设计相应的仪器系统。　

ＬａｂＶＩＥＷ提供众多输入控件和显示控件用于创建用户界面。创建　

用户界面后，可用Ⅵ和结构来添加代码，从而控制前面板对象。因此　结合两者的优点，可以通过ＬａｂＶＩＥＷ来实现Ｍａｆｌａｂ所设计与改进　

的雷达模拟仿真系统，这样结合当进行雷达系统仿真时可以得到更　

优秀的交互界面，便于操作并能将雷达系统仿真效率大大提高。　

２　ＬａｂＶＩＥＷ与Ｍａｔｌａｂ相结合在雷达系统仿真中的应用　

２．１雷达信号仿真原理简介　

下面对一个具体实例“线性调频（Ｌｉｎｅａｒ　Ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｍｏｄｕ－　

ｌａｔｉｏｎ　ＬＦＭ）脉压雷达”进行仿真讨论［１＿　１。　

脉冲压缩雷达通过发射宽脉冲信号，然后经过对回波的接收与　

。　

∞　

。　

轻。　

０　胁　２０　骂　挂－４０　霞　

．∞　处理输出窄脉冲信号的雷达。首先将发射的宽脉冲进行编码，然后　

在接收机中采用匹配滤波的方法处理，之后便可获得脉冲压缩效果　

的信号。脉冲压缩技术的提出很好的解决了当在发射端发射大的时　

宽、带宽信号时，可以提高信号的速度分辨力以及速度测量的精确　

度，而在雷达的接收端，将宽的脉冲信号通过压缩将其变为窄脉冲　

信号，用来将雷达对目标距离向的分辨精度以及分辨力提高［３１。脉冲　

压缩雷达的发射信号最常使用的是ＬＦＭ信号，在接收端的脉冲压缩　

采用匹配滤波器（Ｍａｔｃｈｅｄ　Ｆｉｌｔｅｒ）来实现［４］。雷达（ｒａｄｉｏ　ｄｅｔｅｃｔｉｏｎ　ａｎｄ　ｒａｎｇｉｎｇ）是用无线电的方法来发现目标并进一步探测它们的　

位置、速度等参数的设备。　

线性调频信号也被叫做Ｃｈｉｒｐ信号，它的的数学表达式为：　

）…ｆ（　＋鲁　（１）　

式（１）中　表示载波频率，ｒｅｃｔ（÷）是矩形信号，Ｋ＝　是　

Ｃ　ｈ　ｉ　ｒ　Ｐ的调频斜率，因此线性调频信号的瞬时频率为　

＋　（一　／２≤ｔ　Ｔ／２），将（１）式的信号表达式重写表示为：　

ｓ（ｔ１＝Ｓ（ｔ）ｅ　（２）　

式（２）中ｓ　）为ｓ（ｔ）的复包络且幅频特性相同，只是在中心频率上　有所差异，所以，当用Ｍａｆｌａｂ进行仿真时，只要考虑Ｓ（ｔ）即可。　

嚣目ｄ舯目　“０　ｔｈ０　１“　ｏｎ　ｎ　ｓ　

嘲　麟　籼　…ｊ　

∞　镐　ｉＩ　ｌ０ｉｎ　ｕ＃　ｃ　Ｒａｄａｒ　ｅｃｈｏ鸫０　００ｍ甜　０８｛０ｎ　８ｌ　《　｛ｆｉ　

＿　—　黼・Ｉ－—　黼　１　、　厂＼　

｛２　｝２５　｛３　秘８　☆ｅ　ｅｆ０　

《礤　２ｇ∞　￣ＪＯ００　Ｐ０　眦０　

图１雷达系统仿真　

收稿日期：２０１６—０６—２１　作者简介：张廷军（１９９０－－），男，河北沧州人，华北理工大学研究生在读，研究方向：多媒体技术。　

弼０　应用研究　

圈　墨固　

Ｏ　５００　ｉ０００　ｉ５。。　２０００　２５０Ｇ　０∞０　０Ｓ。。　ｌｎｃ　４５∞　５０００　辨嚣　ＲＣ　：　．…　～…，　ｒ　‘・　《。　－．　ｕ　・　＋　・　

图２雷达系统仿真操作界面　

ｈ（ｔ）为ｓ（ｔ）的匹配滤波器在时域上的脉冲响应，表达式为：　

＾（ｆ）＝　（ｆ０一ｆ）　（３）　

式（３）中ｔ。是为了使滤波器能够物理可实现而所附加的时间延　

迟。当在理论分析的时候，可以令ｔ。：０，然后将（１）式代人到（３）式中　

得：　ｔ　，　（ｆ）＝ｒｅｃｔ（＿二－）Ｐ　ｊｒｄＣｔ‘ｘｅｊ２　（４１　、　式（４）中信号Ｓ（ｔ）经过匹配滤波系统ｈ（ｔ）得到的输出信号为，　

ｏ）＝ｆ８　ｊｒ．ＫｕｚＦｅｃｆ（　）Ｐ　斌。　×Ｐ』　ｒｅ．ｃｒ（！　兰）ｅＪ２￣，“　）出　（５）　二　』　』　式（５）中通过推导可以得到：　

ＩｔＩ　ｓｉｎｚＫＴ（１一　）ｆ　。　（ｆ）＝Ｔ——————Ｌｒｅｃｔ（￣－－＝－　ｃ　【ｏＪ）ｅｊ　”　ｚＫＴｔ　２Ｔ　ＬＦＭ信号通过匹配滤波器之后得出的结果即为式（６），它的载　

频固定为　ｌ。当ｔ，Ｊ、于等于Ｔ时，它的包络将与辛克（萄ｎｃ）函数近似。　

２．２　ＬａｂＶＩＥＷ与Ｍａｔｌａｂ共同实现雷达系统的仿真　

直到现在ＬａｂＶＩＥＷ已经可以很好地把Ｍａｆｌａｂ合成起来。但是　

它还是依然不可以自己独立于Ｍａｔｌａｂ运行，如果想使应用独立于　

Ｍａｔｌａｂ开发，可以选择的方法有基于ＤＬＬ与ＣＯＭ的组件等。　

ＬａｂＶＩＥＷ主要用于数据采集与信号处理，仪器控制，自动化控　

制等，在图形化编程语言中相对易学易用，在虚拟仪器的设计方面　

与测控软件的开发上已经是在事实上的工业化的标准。然而Ｍａｔｌａｂ　

在矩阵运算与图像处理方面提供了强大的运算能力，而且在工程的　

计算方面有着非常广泛的使用，其他软件与它的优势是无法比拟　

的。所以，对于使用两者一起来联合编程也被人们普遍的讨论。到现　

在为止，应用程序在相互通信方面的技术其中有动态数据交换技　术，动态链接库技术，还有基于ＣＯＭ的ＡｃｔｉｖｅＸ和组件对象模型的技　

术。不仅ＬａｂＶＩＥＷ而且Ｍａｆｌａｂ也支持这些技术，这些就为两者之间　

的数据通信提供了条件。　调用“Ｍａｔｌａｂ　Ｓｃｒｉｐ”节点方法虽然快捷但不利于较大应用程　

序的开发，调用Ａｃｔ　Ｘ服务器和ＣＯＭ组件的方法相对复杂，且不便　

于修改程序，后者也不便于查看中间变量。　

本文采用的是首先使用Ｍａｆｉａｂ设计雷达系统仿真的方法与算　法，然后使用ＬａｂⅥＥＷ实现Ｍａｔｌａｂ的方法，以便使方法更接近于真　

实的雷达系统，达到更好的效果。　２．３基于ＬａｂＶＩＥＷ与Ｍａｔｌａｂ雷达系统仿真平台的开发　

……上接第５４页　

ＰＲＯＸＩＭＡＴＩＯＮ　ＴＨＥＯＲＹ（Ｉ　９９４）３７３－４０１　Ｉ敦字技术　ｆ　

根据以上原理编写了Ｍａｔｌａｂ程序，并进行优化，实现了线性调　

频脉冲压缩雷达的多目标测距的功能。以下面的场景为例：　

雷达发射信号参数：　

Ｔ＝１０ｅ－６；　

Ｂ＝３０ｅ６；　

Ｒｍｉｎ＝ｌ　ｏｏｏｏ；　Ｒｍａｘ＝１５０００；　

Ｒ－［１０８００，ｌｌ５００，１３０００，１４０００】；　Ｒｃｓ＝［１　１　ｌ　１１ｉ　

Ｍａｔｌａｂ实现的仿真的结果图１所示。　

图中第一个图为没有经过脉冲压缩的雷达回波，第二个图为经　

过脉压之后并将横轴换算成距离的雷达回波图，可以看出与给定的　

参数比较接近，第三个波峰放大后可以看到可以分辨出相距２０米的　目标，但第四个波峰相对分辨的不是很清晰。第三个图横轴为点数　

没有反映出距离信息。　

根据上述Ｍａｆｌａｂ程序，利用ＬａｂＶＩＥＷ实现的雷达系统仿真操　

作界面图２所示。　

主题框架由参数输入控件，波形图显示控件组成，通过参数输　入控件可以通过改变系统参数来分析系统性能。经过对比，应用　

ＬａｂＶＩＥｗ编写的程序运行结果与Ｍａｔｌａｂ设计的仿真系统结果相　同，其参数控制及结果显示更为直观便捷。本文是对相对简单的情　

况做出分析说明。　

３结语　

本文针对ＬａｂⅥＥｗ和ＭａｔｌａｔｙＥ雷达系统仿真中广泛应用的情　

况，将两者的优势相结合，首先利用Ｍａｔｌａｂ强大的数据处理能力设　

计优化算法，然后利用ＬａｂＶＩＥＷ简洁直观并且更接近真实系统的特　

点实现Ｍａｔｌａｂ的功能，为后续工作打下良好基础。后续可以将　

ＬａｂＶＩＥＷ进行模块化封装及调用，可以开发出更加完善的雷达系统　

仿真系统，使其参数可调并实现发射信号的多样化及可随意更换的　

功能。　

参考文献　

［１］张德丰．Ｍａｔｌａｂ语言高级编程［Ｈ］．北京：机械工业出版社，２０１　０．　

［２］陈树学，刘萱．ＬａｂＶＩＥＷ宝典丛书［Ｈ］．２０１　１．　

［３］王杰．脉冲压缩雷达的干扰技术研究［Ｄ］．电子科技大学。２０１　０．　

［４］向敬成，张明友．雷达系统［Ｍ］．北京：电子工业出版社。２００１．　

［６］ＳＴＥＰＨＡＮＥ　Ｇ．．ＭＡＬＬＡＴ．Ｈｕ１ｔ１ｆｒｅｑｕｅｎｃｙ　Ｃｈａｎｎｅｌ　Ｄｅｃｏｍｐｏｓｉ—　

ｔｉｏｎｓ　ｏｆ　Ｉｍａｇｅｓ　ａｎｄ　Ｗａｖｅｌｅｔ　Ｍｏｄｅｌｓ［Ｊ］．ＩＥＥＥ　ＴＲＡＮＳＡＣＴＩＯＮＳ　（１　９８９）２０９１—２ｌ　１　Ｏ．