基于labview的雷达系统仿真软件的设计

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1、基于LabVIEW的雷达系统仿真软件的设计-电气论文基于LabVIEW的雷达系统仿真软件的设计王东，董健，肖顺平（国防科学技术大学电子科学与工程学院，湖南长沙410073）摘要：利用LabVIEW具有软件开发周期短、开发成本低的优势，设计了一套基于LabVIEW的雷达系统仿真软件。先后开展对雷达系统的结构分析以及模块化设计等工作，并对设计的各个模块进行分析与测试。其中，模块化设计完成了雷达收、发波形的设计以及匹配滤波、脉冲积累、MTI处理、Doppler处理和CFAR门限检测等雷达信号处理算法的实现。该雷达系统仿真软件从信号的发射、接

2、收、处理以及显示等过程复现了整个雷达系统的工作流程，通过测试，验证了该软件功能全面、性能稳定。关键词：雷达系统仿真；LabVIEW；雷达信号处理；软件测试中图分类号：TN955?34文献标识码：A文章编号：1004?373X（2015）13?0001?06收稿日期：2015?01?30基金项目：国家自然科学基金资助项目（61201330）0引言随着电子技术的发展，计算机仿真不仅是理论研究的一种手段，更是开发电子系统必不可少的前提。当前雷达系统仿真软件，大多采用Matlab或C语言作为软件开发工具。可是，Matlab虽然图像显示美观，但

3、是数据处理速度较慢，难以处理大规模的雷达仿真数据[1]；而C语言虽然数据处理速度较快，但是程序编写复杂，并且程序读写不直观、难懂[2]。结合Matlab与C语言的优点，本文选择LabVIEW作为软件开发平台。该平台内置大量数据分析和信号处理工具，并且采用“电线”等方式进行图形化编程。将LabVIEW用于雷达系统仿真软件的设计，不仅大大缩短了软件开发周期，降低了软件开发成本[3]，而且凭借LabVIEW的诸多优点，使设计的雷达系统仿真软件功能全面、性能稳定。本文从雷达系统仿真软件的系统结构设计、系统模块设计以及性能验证等三方面进行论述。

4、系统结构设计提供了该软件的设计思路与设计流程；系统模块设计则对整个雷达系统采用模块化的设计方式，从信号的发射、接收、处理、显示等过程复现整个雷达系统的工作流程；系统性能验证则是对设计的雷达系统的各个模块进行分析与测试，验证该软件功能的全面性和性能的稳定性。1系统结构设计雷达是一种依靠电磁波的收发对目标进行检测、跟踪、识别成像等处理的设备[4]。本文设计的雷达系统仿真软件主要是用于对雷达目标检测性能的分析与验证。雷达系统仿真软件的系统结构如图1所示。雷达系统仿真软件的结构分为三部分：模拟器模块、雷达信号处理模块以及显控界面。模拟器模块包

5、括目标模拟器和信号模拟器。其中目标模拟器用于产生目标所处的方位角、俯仰角、目标的距离、目标的个数等；信号模拟器用于产生基带发射波形以及回波信号，发射波形类型有简单脉冲波形和线性调频波形。雷达信号处理模块是雷达系统仿真软件的核心，为了从回波信号中提取出目标的距离、速度等有用信息，可以采用匹配滤波、脉冲积累、MTI处理、脉冲Doppler处理以及CFAR门限检测等雷达信号处理算法。显控界面包括控制部分和显示部分，通过参数的设置，将检测结果反馈到界面上。整套雷达系统仿真软件各个模块的实现是基于系统主控与调度模块，主要由扫描控制和显示控制等组

6、成，它将软件各个部分有机地结合起来，使软件可靠稳定的运行。模块设计与性能验证2.1模拟器模块目标模拟器用于产生目标的方位、距离以及个数等信息。用随机函数使目标以一定概率分布于整个雷达探测的空域，以此模拟出不同方位、距离处的目标，此外，也可以人为设置目标的距离。信号模拟器用于产生雷达的收、发信号。发射信号主要设计了简单脉冲波形和线性调频波形两类，而将发射信号进行幅值衰减、时间延迟、频率偏移、加噪等处理后，则得到雷达系统的接收信号。2.1.1回波信号的幅度设计对于点目标，雷达距离方程[4]为：式中：Pt是雷达发射峰值功率；Gt是发射天线增

7、益；Gr是接收天线增益；λ是雷达工作波长；σ是目标截面积RCS；L是总损耗（包括系统损耗、大气衰减等）；R为目标距离；Pr是回波信号的峰值功率。假设该雷达共用收发天线，雷达天线方位角宽度θa，雷达天线俯仰角宽度θe，则雷达收发天线增益[4]近似为：2.1.3回波信号的频率设计若探测的目标存在径向速度，则回波信号的频率相对于发射信号的频率有所偏移，这就是多普勒频移现象[4]。利用该现象可以推知目标的径向速度为：设置一个点目标位于9800m处，将回波信号在不同的脉冲数下，通过匹配滤波器，得到如图2所示的结果。如图2（a）所示，当脉冲数M=

8、1时，脉冲压缩后，回波信号的信噪比SNR1≈6dB；而进行相干积累，如图2（b）所示，当积累脉冲数M=100时，脉冲压缩后，回波信号的信噪比改善为SNR100≈25dB，信噪比提升了近20dB，与理论值接近。此外，通过比