雷達(dá)實(shí)體運(yùn)行環(huán)境的計(jì)算機(jī)模擬仿真介紹

侯煒，李鵬，黃遠(yuǎn)

（國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急技術(shù)處理協(xié)調(diào)中心，北京　100029）

雷達(dá)實(shí)體運(yùn)行環(huán)境的計(jì)算機(jī)模擬仿真介紹

侯煒，李鵬，黃遠(yuǎn)

（國家計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)應(yīng)急技術(shù)處理協(xié)調(diào)中心，北京100029）

0　引言

計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)是以相似原理（所謂相似就是指模型中的每個(gè)要素必須與原型所對(duì)應(yīng)的要素相似）、信息技術(shù)（主要指用于處理和管理各類信息的技術(shù)的總稱）、系統(tǒng)技術(shù)及相應(yīng)領(lǐng)域的專業(yè)技術(shù)為基礎(chǔ)，以通用計(jì)算機(jī)以及各種物理效應(yīng)設(shè)備（指通過物理媒介可以模擬實(shí)體行為的設(shè)備），利用系統(tǒng)模擬對(duì)實(shí)際存在的或者假想的系統(tǒng)進(jìn)行模擬實(shí)驗(yàn)的一門綜合性技術(shù)，利用系統(tǒng)模型對(duì)實(shí)際的或設(shè)想的系統(tǒng)進(jìn)行試驗(yàn)研究的一門綜合性技術(shù)。

所謂系統(tǒng)模型是指是系統(tǒng)的某種特定性能的一種抽象形式，系統(tǒng)模型實(shí)質(zhì)上是由研究目的確定的、關(guān)于系統(tǒng)某一方面本質(zhì)屬性的抽象和簡化，并以某種表達(dá)形式來描述。模型可以描述系統(tǒng)的本質(zhì)和內(nèi)在的關(guān)系，通過對(duì)模型的分析研究，達(dá)到對(duì)原型系統(tǒng)的了解。

系統(tǒng)模型的建立是系統(tǒng)仿真的基礎(chǔ)，而系統(tǒng)模型是以系統(tǒng)之間的相似原理為基礎(chǔ)的。而在相似性原理中指出，對(duì)于自然界的任一系統(tǒng)，將存在另一個(gè)系統(tǒng)，它們之間在某種意義上可以建立相似的數(shù)學(xué)描述或存在相似的物理屬性。因此每一個(gè)系統(tǒng)都是可以用模型在某種意義上來近似，這是系統(tǒng)仿真的理論研究基礎(chǔ)。

本文通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)對(duì)雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境進(jìn)行了模擬仿真實(shí)現(xiàn)，并通過常用的概率分布技術(shù)對(duì)文中所創(chuàng)建的模型進(jìn)行了仿真，并得出最終的誤差率［1］。

1　雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境模型的建立

對(duì)于雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境的模擬需要實(shí)現(xiàn)兩個(gè)主要的功能，一是產(chǎn)生雷達(dá)所需的信號(hào)環(huán)境，另一個(gè)就是對(duì)雷達(dá)體制內(nèi)的信號(hào)進(jìn)行模擬處理。

對(duì)于信號(hào)環(huán)境主要實(shí)現(xiàn)的模擬內(nèi)容有：接收機(jī)系統(tǒng)噪聲、特定環(huán)境下的噪聲、無源干擾、有源干擾以及人為產(chǎn)生的主動(dòng)干擾等，由于這些信號(hào)都有起伏，因此在系統(tǒng)仿真過程中需要建立適當(dāng)?shù)哪Ｐ腿ケ平鎸?shí)值；如何對(duì)這些產(chǎn)生的模擬信號(hào)進(jìn)行處理，是雷達(dá)仿真需要進(jìn)行的第二步，此過程需要根據(jù)實(shí)際的雷達(dá)參數(shù)建立恰當(dāng)?shù)臄?shù)學(xué)模型進(jìn)行模擬仿真。

雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境模型的創(chuàng)建：

根據(jù)雷達(dá)實(shí)際運(yùn)行環(huán)境的考慮，一般進(jìn)行如下流程仿真：

（1）噪聲的產(chǎn)生；

（2）信號(hào)的檢測；

（3）根據(jù)既定參數(shù)判斷是否在可發(fā)現(xiàn)范圍。

根據(jù)以上描述，本文創(chuàng)建如圖1所示的目標(biāo)仿真模型：

圖1　雷達(dá)運(yùn)行仿真模型圖

對(duì)于圖1所示的雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境的模擬流程來說，首先仿真的過程需要產(chǎn)生相應(yīng)的噪聲，一般的噪聲產(chǎn)生包括內(nèi)在和外在環(huán)境的噪聲以及故意產(chǎn)生的電磁干擾等，系統(tǒng)仿真自身產(chǎn)生所需的信號(hào)，然后計(jì)算信號(hào)以及噪聲各自的平均功率，最后根據(jù)初設(shè)的雷達(dá)發(fā)現(xiàn)概率來判斷相應(yīng)的目標(biāo)是否在可發(fā)現(xiàn)的范圍，從而完成雷達(dá)仿真的過程［2，4］。

2　雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境仿真相關(guān)環(huán)節(jié)的詳細(xì)介紹

（1）噪聲功率的定義

在實(shí)際的運(yùn)行環(huán)境中噪聲功率的考慮不僅是來自接收機(jī)內(nèi)部的電阻熱噪聲，同時(shí)也包括來自外部環(huán)境—如太陽和宇宙噪聲、大氣噪聲等，根據(jù)噪聲功率的定義，用噪聲溫度表示為：

天線端的噪聲溫度：Ta'是以雷達(dá)頻率看到的天空視在溫度，通過查表得到，當(dāng)波束寬度1.5，雷達(dá)頻率3000M時(shí)，Ta'=55K，La為天線內(nèi)的耗散損耗。

Ttr/Lr是輸入RF元件的物理溫度和損耗。

T0=290K，F(xiàn)n為接收機(jī)噪聲系數(shù)。

例如：一部Fn=5dB的C波段低噪聲RF放大器接收機(jī)，通過Lr=1dB饋線連到θ=0.5度指向的天線，天線內(nèi)部損耗很低，La=0.2dB，旁瓣正常。此接收機(jī)與接收的7us脈沖相匹配［3］。

（2）通過概率論的思想驗(yàn)證雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境仿真的逼真性

①正態(tài)分布對(duì)雷達(dá)運(yùn)行的逼真性驗(yàn)證

準(zhǔn)正態(tài)分布N（0，1）的概率密度函數(shù)為：

這樣，這些數(shù)列在［a，b］之間的分布為：

取a=0，b=0.5，則可以計(jì)算出此時(shí)F（0，0.5）。用MATLAB來計(jì)算這個(gè)定積分，語句如：

計(jì)算結(jié)果為0.1915。

現(xiàn)在通過仿真程序設(shè)計(jì)模擬服從標(biāo)準(zhǔn)正態(tài)分布的隨機(jī)數(shù)列的算法，并在仿真模型中進(jìn)行驗(yàn)證：

實(shí)際運(yùn)行結(jié)果：

去掉最高值和最低值209，158，最后取均值：187，概率為0.187，誤差率為2.87%，逼近度比較高。

②韋伯分布的驗(yàn)證試驗(yàn)

韋伯分布的概率密度函數(shù)為：

隨機(jī)數(shù)列的產(chǎn)生算法為：

其中，α為形狀參數(shù)，β為比例參數(shù)，在此可以令α =3，β=σm，σm為σc的均值。

在仿真時(shí)，隨機(jī)數(shù)列的產(chǎn)生算法：X=β*（-lnγ）1/α，其中，γ是0～1之間的均勻分布的隨機(jī)數(shù)列。

通過MATLAB，可以計(jì)算F（0，8.0），即數(shù)列小于均值的概率，語句如下：

計(jì)算結(jié)果為0.6321。

程序執(zhí)行10次，得到的結(jié)果為647，637，644，636，627，640，601，658，633，641，平均為636，即0.636，誤差率為0.6%，精度較高。

通過以上概率分布的驗(yàn)證，該模型的建立可以滿足雷達(dá)仿真所需要的信號(hào)環(huán)境，

3　結(jié)語

雷達(dá)仿真作為雷達(dá)性能研究的重要環(huán)節(jié)之一，根據(jù)雷達(dá)實(shí)際的運(yùn)行情況設(shè)計(jì)適當(dāng)?shù)哪Ｐ蛯?duì)雷達(dá)性能進(jìn)行仿真，這樣降低了雷達(dá)研發(fā)過程中的實(shí)驗(yàn)費(fèi)用，通過計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)得出的仿真結(jié)果基本上與實(shí)際運(yùn)行情況是相符的，因此本文設(shè)計(jì)并驗(yàn)證了一種雷達(dá)運(yùn)行環(huán)境的模擬運(yùn)行狀態(tài)，并通過概率論的手段對(duì)所創(chuàng)建的模型進(jìn)行了驗(yàn)證，得出誤差率是趨于真實(shí)值的，滿足雷達(dá)所需的仿真前提條件。

［1］鄭鈞耀.雷達(dá)仿真系統(tǒng)組件化及分布式應(yīng)用研究［D］.電子科技大學(xué)，2011.

［2］秦志樂，官林海，樂意.地面雷達(dá)中的PD工作方式設(shè)計(jì)［J］.電子技術(shù)與軟件工程，2015（11）.

［3］楊志謙.遠(yuǎn)程顯示控制系統(tǒng)在地面雷達(dá)中的實(shí)現(xiàn)［J］.國外電子元器件，2005（08）.

［4］韓興斌，顏坤玉，馮富強(qiáng).基于雷達(dá)高度表信號(hào)的低空目標(biāo)檢測技術(shù)［J］.電子信息對(duì)抗技術(shù)，2015（3）.

Radar Entities；Computing Simulation；Radar Model；Probability

Introduction to the Computer Simulation of the Radar Entities Running Environment

HOU Wei，LI Peng，HUANG Yuan
（National Computer Network Emergency Response Technology，Beijing 100029）

1007-1423（2015）29-0042-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.29.011

侯煒（1981-），男，博士，工程師，研究方向?yàn)橥ㄐ啪W(wǎng)絡(luò)、信號(hào)處理等

李鵬（1983-），男，山東青島人，碩士研究生，中級(jí)職稱，研究方向?yàn)樾畔踩?/p>

黃遠(yuǎn)（1980-），女，河南濮陽人，碩士研究生，工程師，研究方向?yàn)樾畔踩?/p>

2015-08-20

2015-09-30

雷達(dá)實(shí)體的仿真對(duì)于雷達(dá)性能的研究至關(guān)重要，建立合適的雷達(dá)實(shí)體模型是雷達(dá)仿真的重中之重，雷達(dá)的仿真主要對(duì)噪聲產(chǎn)生、信號(hào)處理、目標(biāo)發(fā)現(xiàn)等基礎(chǔ)方面研究出發(fā)，并結(jié)合實(shí)際的需求進(jìn)行真實(shí)值迫近的概率計(jì)算。從計(jì)算機(jī)仿真的角度出發(fā)介紹基于雷達(dá)實(shí)體運(yùn)行的仿真模型，并通過概率論的方法論證所建仿真模型的正確性。

雷達(dá)實(shí)體；計(jì)算機(jī)仿真；雷達(dá)模型；概率

The radar entities simulation is important for the research on radar performance radar，so creates the right radar entities is a top priority for radar simulation.The radar simulation mainly studies from the noise，signal processing and target discover and so on，and combined with the actual the true value of the probability of the impending demand computing.Introduces the simulation modal based on the radar entities as the computing simulation，and demonstrates the correctness of the simulation model built by probability theory.