高频空时回波信号半物理仿真关键技术.pdf

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1、硕士学位论文高频空时回波信号半物理仿真关键技术KEYTECHNOLOGIESRESEARCHONSEMI-PHISICALSIMULATIONOFHIGHFREQUENCYSPACE-TIMEECHOSIGNALS胡民哈尔滨工业大学2018年6月国内图书分类号：TN958.93学校代码：10213国际图书分类号：621.3密级：公开工程硕士学位论文高频空时回波信号半物理仿真关键技术硕士研究生：胡民导师：杨强教授申请学位：工程硕士学科：电子与通信工程所在单位：电子与信息工程学院答辩日期：2018年6月授

2、予学位单位：哈尔滨工业大学ClassifiedIndex:TN955.2U.D.C:621.3DissertationfortheMaster’sDegreeinEngineeringKEYTECHNOLOGIESRESEARCHONSEMI-PHISICALSIMULATIONOFHIGHFREQUENCYSPACE-TIMEECHOSIGNALSCandidate：HuMinSupervisor：Prof.YangQiangAcademicDegreeAppliedfor：MasterofEngi

3、neeringElectronicsandCommunicationSpeciality：EngineeringSchoolofElectronicsandInformationAffiliation：EngineeringDateofDefence：June,2018Degree-Conferring-Institution：HarbinInstituteofTechnology哈尔滨工业大学哈尔滨工业大学工程硕士学位论文摘要快速并可靠地检测海上目标，在军事和民用方面均有重大的意义。然而，面对复杂多

4、变的工作环境，海面雷达所接收到的回波信号中除了有效的目标信号外，还会包括各类干扰、噪声、海杂波等。其中，海杂波的非高斯、非平稳特性明显，且功率水平较高使其成为首要限制检测性能的重要原因之一。因此，以目标检测为出发点，根据海杂波的特殊频谱特性建立动态海面的海杂波模型，由此丰富雷达信号模拟器的环境背景，为有效进行海面复合目标检测的研究提供基础。由于雷达实验的成本越来越高，且后续数据处理的实时性和可靠性要求也更加严格。传统的雷达信号模拟器会受到自身处理性能差和环境模拟形式单一等制约，很难达到研究人员预期的高

5、运算精度和实时处理速度。因此本文提出利用（NURBS）曲线曲面建模方法精确建立空时变化的粗糙海面模型，利用电磁仿真计算时变海面的电磁散射系数；然后基于GPU的快速计算能力构造时变的粗糙海面回波和海上目标信号回波；最后利用相关信号处理算法验证回波构造和算法仿真的正确性。本文通过这种更可靠且实用性更强的方法建立具有时效性的以动态海面为检测背景的高频地波雷达信号模拟系统。首先，本文针对动态海面的模型建立问题，本文使用线性滤波法将静态海面谱中加入时间变化因子从而得到随时间变化的动态粗糙海面。其中海面谱选取经典

6、PM海浪谱，通过蒙特卡洛法生成点云形式的海浪模型，再利用NURBS曲线曲面建模法将超大尺寸的海浪模型逆向重构为NURBS网格形式海面。NURBS建模的一大优势是提高大尺寸模型的建模精度，为后续计算时变的粗糙海面电磁散射系数铺垫。然后，本文针对计算电大尺寸电磁散射系数的方法问题，本文利用三维全波电磁仿真软件FEKO对上文中提到的NURBS海面模型进行格式转换，并利用它的多种算法计算空时变换的海面电磁散射系数。其中使用物理光学算法能够节省大量的计算资源使得计算时间大大减少，因此这种方法更适用于大场景模型的

7、计算。这进一步的推进了后续复合海面目标回波的构造以及相关信号处理算法的实现。最后，本文针对复合目标回波信号的构造的问题，海杂波时间序列可以通过准静态方法来实现。但是由于需要对整个构成场景的点目标和时空变化的海杂波进行回波构造，CPU难以满足大场景，实时性的计算要求。因此本文基于多组GPU并行计算的方法提高回波模拟的速度，大大提升了雷达仿真系统的实用性能。此-I-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文外，还采用距离多普勒和波束形成算法验证回波构造的正确性。关键词：动态海面建模；曲线曲面建模；电磁仿真；统一计算设

8、备架构-II-哈尔滨工业大学工程硕士学位论文AbstractTherapidandreliabledetectionofseatargetshassignificantimplicationsinbothmilitaryandcivilapplications.Inthefaceofcomplexandchangeableenvironments,however,besideseffectivetargetsignals,echosignalsrecei