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LabVIETI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。.jyqk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=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

2、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，通过比较图2（a）和图2（b），可以发现噪声功率从-96dB改善为-75dB，增加了20dB，而信号功率从-90dB改善为-50dB，增加了40dB，即信号的功率增益大于噪声的功率增益，使得信噪比得以提升。2.2.2MTI处理与脉冲Doppler处理MTI处理主要是针对动目标检测的一种处理方式[8]。由于目标运动速度快慢的差异，其多普勒频移是不同的，若将信号回波通过单/双延迟对消器，则多普勒频移小（运动速度低）的目标将被滤除，而检测出运动速度较大的目标。脉冲Do

3、ppler处理则是在慢时间采样域上对信号做FFT变换，根据回波信号频率的不同，以区分不同的目标并检测其速度。由于杂波信号的回波功率很强，容易使接收机饱和或者引起误检；并且杂波回波的旁瓣很高，容易淹没目标，引起漏检。所以，一般而言，MTI处理位于Doppler处理之前，即先对杂波进行抑制，再对作动目标检测。MTI处理与脉冲Doppler处理是两类主要的Doppler处理方式，都是在慢时间域上利用回波信号频率的变化对目标作检测[9]。单延迟对消器是将雷达输入信号x(t)延迟一个脉冲周期T，并将x(t)与延迟得到的x(t-T)相减。对消器输出信号为：设置目标1，2的

4、距离分别为7600m，7800m，速度分别为30m/s，300m/s，目标截面积RCS分别为200m2，10m2，MTI处理方式选择双延迟线对消器，得到如图3所示的仿真图。从图3（b）中可以看到回波信号通过双延迟线对消器后，速度较低的目标1处于谷底，速度快的目标2处于峰顶；对比图3（a）和图3（c）可知，虽然目标1，2相隔较近，但是由于它们的速度差异很大，所以通过脉冲Doppler处理后，能将其在速度维上完全区分开；对比图3（c）和图3（d），可以发现，尽管目标1的RCS远大于目标2，目标1的回波信号功率为-42dB，而目标2仅为-55dB，但是由于目标1的运

5、动速度很慢，所以通过MTI处理后，只留下了目标2。总之，脉冲Doppler处理能在信号频率维上对目标作区分，MTI处理能滤除掉运动速度较小的目标而检测出运动速度较大的目标。2.2.3门限检测检测位于雷达信号处理的各个阶段，目标能否从噪声、杂波等中被检测出来，在于检测门限的设计是否合理，这里设计了两种最基本的检测门限：固定门限与单元平均恒虚警率门限。当检测门限为一恒定值时，该检测门限为固定门限；而在噪声功率变化的情况下，为了保证系统的虚警率不变，必须实时改变检测门限值，该门限为恒虚警率（CFAR）门限。对于单元平均CFAR门限检测，若参考单元横向窗长度为C，纵向

6、窗长度为K，保护单元横向窗长度为B，纵向窗长度为H，则待检单元的平均CFAR门限[10]为：设置目标1，2距离分别为9000m，9500m，速度分别为40m/s，60m/s，C=51，K=5，B=25，H=3，Pfa=10-6，得到单元平均CFAR门限检测图如图4所示。图4（a）为单元平均CFAR门限检测下的距离?速度维图，可以看到检测门限为一个矩形环框，其外环大小为参考单元大小，内环为保护单元；图4（b）为单元平均CFAR门限检测下的三维图。将M×N个数据通过检测门限，若某待检单元内的信号功率值大于检测门限，则判定该待检单元内存在目标，否则不存在。设置3个目

7、标分别位于9500m，9550m，9800m，速度均为40m/s，在不同的虚警率下作固定门限和单元平均CFAR门限检测，如图5所示。对比图5（a）和图5（b），发现虚警率的降低，相当于检测门限的提高。当虚警率Pfa=10-3时，检测门限过低，导致有些待检单元处噪声的功率大小超过固定门限值，从而检测出许多虚假目标；而降低虚警率至Pfa=10-6，相当于提高了固定门限值，从而提升了目标被检测到的概率。对比图5（b）和图5（c），虽然单元平均CFAR门限检测的虚警率更高，但是效果更好，目标定位更准确。2.3显控界面雷达系统仿真软件的显控界面如图6所示，主要分为控制部

8、分和显示部分。其中，控制部分有模拟器模