常规雷达信 软件仿真平台设计

雷达仿真技术经过三十多年的发展和研究，已经成为雷达研究和使用中必备的基础工具。雷达信 仿真是电子战威胁环境仿真的关键技术之一。本课题主要讨论的是雷达信 仿真部分，并结合一些常见的雷达信 处理系统的实例来说明Matlab软件在雷达信 处理系统仿真中的应用。

一、课题研究现状

计算机辅助分析和设计技术发展十分迅速，出现了大量实用仿真软件与工具，并应用于信 调制建模，分析和设计，使得信 调制仿真发展很快。计算机辅助技术基本上有两大类，一是基于公式的方法，用计算机计算复杂的公式；二是用计算机仿真系统的信 波形，即波形级仿真。
现代计算机软硬件技术的快速发展，新一代的可视化的仿真软件的使用使得信 调制仿真的设计和分析过程变得相对直观和便捷，推动了信 调制仿真的快速发展。

二、课题目的及意义

在硬件实验系统中，用各种电子元器件制作出信 调制中的理论模型所规定的各个模块，再把它们通过导线或电缆等接在一起，然后再用示波器、频谱议、误码仪等信 调制仪表做各种测量，最后分析测量结果。在软件实验中我们也是这样做，只不过所有信 调制模块及信 调制仪表的功能都是用程序来实现的，信 调制的全过程在计算机中仿真运行。
与硬件实验相比，软件实验具有如下一些优点：

• 软件实验具有广泛的适应性和极好的灵活性。在硬件实验中改变系统参数也许意味着要重做硬件，而在软件实验中则是改一、两个数据，甚至只是在屏幕上按几下鼠标。
• 软件实验更有助于我们较为全面地研究信 调制。有许多问题，通过硬件实验来研究可能非常困难，但在软件实验中却易于解决。
• 硬件实验的精确度取决于元器件及工艺水平，软件实验的精度取决于CPU的运算速度或者说是程序的运算量。
• 软件实验建设开发周期短，成本低。

三、课题任务

课题在研究了信 调制原理的基础上，结合战场上更复杂的环境，使用matlab编程软件编写了AM、FM、LFM、QPSK信 生成代码。模拟战场对雷达信 进行了加噪以及调制信 的相互混合处理，在实验过程中使用matlab编写了一个GUI界面展示对应的仿真结果。
该仿真设计基本满足以下设计要求：

• 设计一个GUI界面，能仿真出一些常见的雷达信 ，可以在界面上设置参数来仿真不同类型的信 。
• 能够把任意的信 进行混合叠加，得到它们对应的时域图。
• 可以在界面上加入白噪声，设计出不同信噪比下的信 以及相应的时域图。
• 设计不同的脉冲间隔方式，包括固定间隔、逐步递进、正弦间隔等三种间隔方式。

四、课题问题及解决方案

• 任意信 的叠加：
  在信 处理中经常需要把两信 相叠加以生成新的信 供实验使用，但是在叠加时两信 的采样频率可能会不一样，因此需要在两信 相加之前进行信 维度的校准，同时再叠加噪声时因为matlab在进行信 叠加时会有对于两信 采样频率之积要小于2^31的要求，同时雷达的信 采样频率一般较高，因此在直接进行采样频率校准时需将两信 采样频率拆成多个频率相乘即可。

五、雷达信

matlab及仿真平台简介

噪声信
在现实的战场环境中，没有单一的、不变的雷达信 ，由于环境的复杂性和干扰性，空间中充满着各种各样的噪声，以及传播着各式各样的信 ，因此环境并不能简单地调制出雷达信 ，还需要模拟出噪声，与目标雷达信 混合。然而
由于环境特殊性，还有必要将信 进行混合叠加，尽可能地还原真实战场环境。
由于高斯白噪声能够反映实际通信信道中的噪声情况，能够比较真实的反映信道噪声的一些特性，并且可以用具体的数学表达式表示，适合分析、计算系统的抗噪声性能，所以广泛应用于通信系统的理论分析。
高斯噪声指的是它的概率密度函数服从正态分布的噪声。高斯分布，记为N
（μ，），其中μ为高斯分布的均值（数学期望），为高斯分布的方差，当μ=0，=1时，该分布称为标准正态分布。高斯分布的一维概率密度可表示为式：

不同脉冲间隔PRI信 产生
每秒种产生的触发脉冲数目，称为脉冲重复频率,以PRF(Pulse-Recurrence-Frequency) 表示。两个相邻脉冲之间的时间间隔，称为脉冲重复周期，用T表示，它等于脉冲重复频率的倒数，即PRI。

雷达信 叠加

简单信 叠加
在信 处理中经常需要把两信 相叠加以生成新的信 供实验使用，但是在叠加时两信 的维度一般不同，因此需要在两信 相加之前需要进行两信 维度的校准。如下图，是普通正弦波与线性调频信 叠加效果。

六、仿真实验

主要代码如下：
[filename,pathname]=uigetfile(’.wav’,‘请选择语音信 文件：’);
[X,fs]=audioread([pathname filename]);
t=(0:2/(2^5):2);
y = (k1/2)sawtooth(pi(t),0.5)+k1/2+1;
…
wavin1 = [];%wavin1存储周变化的新的脉冲信
for i = 1:x
k11 = k210000;
k22 = rand(1,k11);
k3 = k22/10000;
z = fix(y(i)100(1-k3)); %代表周期以三角波的形式存在
wavin1(z1:z1 + length(X) – 1) = X(1:length(X));
z1 = z + length(wavin1);
wavin1(z1 – z:z1) = 0;
end

普通信 叠加仿真
两信 叠加主要代码如下：
function [Y] = add(X,filepath_name,fs)%X:调制信 ，filepath_name:叠加的信 ，调制信 的采样频率
wavin = [];
[wavin,fs1]=audioread(filepath_name);
if fs1~=fs
a=resample(wavin,fix(fs/100),fix(fs1/100));
wavin=resample(a,100,100);
end
nx=size(X,1);
wavin=wavin(1:nx);
Y = X + wavin;

不同SNR信 叠加仿真
不同SNR信 叠加与普通信 叠加相似，只是在输入信 的功率比上要手动设置，主要代码如下：
function [Y,NOISE] = SNR(X,filepath_name,SNR,fs)%X:叠加前的信 ，filepath_name:噪声信 ，fs:叠加前信 的采样频率
[wavin,fs11]=audioread(filepath_name);
if fs11~=fs
a=resample(wavin,fix(fs/100),fix(fs11/100));
wavin=resample(a,100,100);
end
nx=size(X,1);
NOISE=wavin(1:nx);
NOISE=NOISE-mean(NOISE);
signal_power = 1/nx*sum(X.*X);
noise_variance = signal_power / ( 10^(SNR/10) );
NOISE=sqrt(noise_variance)/std(NOISE)*NOISE;
Y=X+NOISE;

七、课题总结

课题由matlab实现了雷达信 的仿真，加噪处理以及信 的相互混合叠加。
通过设置信 参数来实现信 的仿真，达到尽可能模拟战场环境的目的。经过短暂的研究工作，我深深感到信 调制仿真这一领域要研究的内容还非常多，自己研究的内容在很多方面还需要不断改进，有以下几个方面是可以继续改进或深入的：

• 课题在深刻理解信 调制理论的基础设计了大量的仿真模型，但是这些模型仅仅对雷达信 的调制进行了模拟，虽然能说明一定问题，但整体规划比较小，今后应该研究比较复杂的信 调制。
• 课题在设计仿真模型时，主要是针对当前系统的信噪比发生变化时，系统性能变化状况。虽然信噪比是研究信 调制性能分析非常重要的参量，它对信 调制系统的影响是很大，但还可以拓宽思路，结合信 调制系统的其他重要参量，设计仿真模型，对系统性能进行更全面的分析。
• 课题所使用的仿真软件是matlab，通过matlab编写相应的程序可以对信 进行各种叠加后仿真，还可以设计出相应的GUI界面，使得结果的展示变的更加直观，但还有其他仿真性能优异的仿真软件，比如在数字通信系统中常用的SystemView，它在数字通信系统中的应用非常广泛。所以，在今后的研究，设计仿真模型时，可利用多种仿真软件，发挥各种软件的特长。
• 同时在进行某些信 生成时所用时间较长，归根到底还是未使用较好的算法，只用了较为简单的算法，所以在今后将学习更多的高效的算法以支撑起信 的快速生成。

八、参考文献

[1]肖冬荣.系统科学及其当前存在的问题[J].系统工程理论与实践，1990.
[2]陈桂明等.应用MATLAB建模与仿真[M].北京：科学出版 ，2001.
[3]丁鹭飞，耿富录.雷达原理[M].西安：西安电子科技大学出版 ，2002.
[4]张葛祥，李娜.MATLAB仿真技术与应用[M].北京：清华大学出版 ，2003.
[5]赵树杰，赵建勋.信 检测与估计理论·[M].北京：清华大学出版 ，2005.
[6]Mahafza B R.雷达系统设计MATLAB仿真[M].北京：电子工业出版 ，2009.

九、搭建平台及代码

相关代码
GUI平台