【正文】 達(dá)原理 丁鷺飛著 西安電子科技大學(xué)出版社[3]燕山大學(xué)網(wǎng)上圖書館 中國(guó)期刊全文數(shù)據(jù)庫[4]燕山大學(xué)網(wǎng)上英文資料 Eisevier周 次1—4周5—8周9—12周13—16周17—18周應(yīng)完成的內(nèi)容收集資料熟悉課題內(nèi)容和設(shè)計(jì)思路程序設(shè)計(jì)與調(diào)試程序設(shè)計(jì)分析、調(diào)整以及程序優(yōu)化實(shí)驗(yàn)結(jié)果整理以及總結(jié)論文書寫課題總結(jié)答辯指導(dǎo)教師：史洪印系級(jí)教單位審批：摘要摘 要 現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)越來越復(fù)雜，難以用直觀的方法來進(jìn)行研究，因此雷達(dá)模擬應(yīng)用廣泛。 畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文） 雷達(dá)雜波的建模與仿真方法研究 燕山大學(xué)畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書學(xué)院：信息學(xué)院 系級(jí)教學(xué)單位：電子與通信工程 學(xué)號(hào)030201070037學(xué)生姓名專 業(yè)班 級(jí)電子信息工程2班課題題 目雷達(dá)雜波的建模與仿真方法研究來 源自選主要內(nèi)容熟悉ZMNL算法，將 ZMNL模型應(yīng)用于具有一定概率分布的相關(guān)雷達(dá)雜波序列。并用MATLAB語言對(duì)相關(guān)雷達(dá)雜波進(jìn)行蒙特卡洛仿真。雷達(dá)系統(tǒng)模擬是數(shù)字模擬技術(shù)與雷達(dá)技術(shù)結(jié)合地產(chǎn)物。雷達(dá)模擬的核心是建立雷達(dá)目標(biāo)回波信號(hào)及各種雜波信號(hào)散射、傳播特性的模型。所以通過對(duì)雜波性質(zhì)的研究，建立合適的模型，對(duì)于雷達(dá)設(shè)計(jì)和分析有重要意義。文中討論了上述三種相關(guān)非高斯分布雜波的建模與仿真，在三種非高斯分布與高斯分布的相關(guān)系數(shù)之間的非線性關(guān)系的基礎(chǔ)上，利用ZMNL法，模擬產(chǎn)生了三種相關(guān)的非高斯分布隨機(jī)序列。仿真結(jié)果證明了這種仿真方法是有效可靠的。 ZMNL。 power spectrum 目 錄摘 要 IAbstract II第1章 緒論 1 1 1 3第2章 雷達(dá)雜波性質(zhì)與分類 5 5 5 6 7 8 8 10 11 13第3章 基于ZMNL的雜波仿真 15 引言 15 ZMNL方法簡(jiǎn)介 16 幾種分布雜波的ZMNL產(chǎn)生 18 18 19 K分布 21 本章小結(jié) 22第4章 仿真結(jié)果及分析 23 23 24 26 K分布的仿真 28 28 本章小結(jié) 28結(jié) 論 29參考文獻(xiàn) 31附錄1 開題報(bào)告 33附錄2 文獻(xiàn)綜述 37附錄3 外文譯文及原文復(fù)印 41致謝 52第1章 緒論第1章 緒論雷達(dá)的主要任務(wù)是獲取目標(biāo)信息，其信號(hào)處理系統(tǒng)的首要任務(wù)是干擾抑制和信號(hào)檢測(cè)。另外，隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展，各種與雷達(dá)相對(duì)抗的高技術(shù)兵器的出現(xiàn)，導(dǎo)致了現(xiàn)代雷達(dá)工作環(huán)境的日益復(fù)雜與惡化，基于經(jīng)典目標(biāo)與雜波統(tǒng)計(jì)假設(shè)的信號(hào)檢測(cè)理論己不能有效解決新體制雷達(dá)中的信號(hào)處理與檢測(cè)問題。為了能在這些雜波中對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行有效的檢測(cè)，需綜合運(yùn)用現(xiàn)代信號(hào)處理的各種方法，研究雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)的新概念、新機(jī)理，提出新方法、新技術(shù)。雷達(dá)總是工作于各種不同的雜波環(huán)境，如何最佳地在雷達(dá)雜波中對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)是現(xiàn)代雷達(dá)信號(hào)處理的一個(gè)重要課題。隨著計(jì)算機(jī)應(yīng)用技術(shù)的飛速發(fā)展，利用計(jì)算機(jī)進(jìn)行建模、仿真與評(píng)估己在科學(xué)研究和工程實(shí)踐領(lǐng)域得到了非常廣泛的應(yīng)用。雷達(dá)接收信號(hào)一般包括下面三個(gè)組成部分：(1) 有用的雷達(dá)回波信號(hào)； (2) 由天電干擾和雷達(dá)設(shè)備本身等形成的噪聲；(3) 地面、海面及空中的云雨、干擾箔條等背景形成的雜波。由此可見，雜波是雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)和處理的固有環(huán)境，在雜波背景下進(jìn)行雷達(dá)信號(hào)的檢測(cè)，先決條件就是對(duì)雜波性質(zhì)的掌握。對(duì)于單通道數(shù)據(jù)，由于雜波的起伏統(tǒng)計(jì)特性對(duì)雜波相消處理器輸入信雜比的計(jì)算有重大影響，雜波的頻譜特性直接關(guān)系到MTI濾波器的設(shè)計(jì)，故多采用描述雜波后向散射系數(shù)的概率密度函數(shù)的分布模型也即統(tǒng)計(jì)模型的表示方法。在相關(guān)雷達(dá)雜波仿真中，可以用SIRP法仿真相關(guān)瑞利、韋布爾和K分布雜波。SIRP法在國(guó)內(nèi)受到的關(guān)注不多，基本上停留在基本原理的理解上。由于它易于實(shí)現(xiàn)且在相關(guān)高斯序列產(chǎn)生以后，速度較快，是目前在相關(guān)雷達(dá)雜波仿真中最引人注目的方法，并己得到廣泛應(yīng)用。SDE法沒有SIRP法和ZMNL法流行，在國(guó)內(nèi)少有提及，國(guó)外對(duì)這一方面的研究也不多，且主要用于通信系統(tǒng)中干擾的仿真。SDE法實(shí)際上是一個(gè)非線性自回歸模型( Nonlinear AR )具有產(chǎn)生速度相當(dāng)快的優(yōu)點(diǎn)，但這種方法對(duì)概率密度函數(shù)有一定的限制。而對(duì)于多通道地雜波數(shù)據(jù)，目前國(guó)內(nèi)外廣泛采用的是Klemm雜波模型，它是描述機(jī)載相控陣?yán)走_(dá)和機(jī)載合成孔徑雷達(dá)地雜波的經(jīng)典模型。經(jīng)過實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)證明，該模型能夠很好的擬和地雜波。本文圍繞相關(guān)雷達(dá)雜波仿真方面展開工作。本文主要研究了地、海雜波的散射特性，建立了合適的數(shù)學(xué)模型。內(nèi)容主要分為四章。并且對(duì)于實(shí)現(xiàn)的指標(biāo)和方法作了大體上的介紹。后面給出了，地海雜波的計(jì)算單位雷達(dá)截面積的方法。第四章，給出了仿真的結(jié)果和分析。第2章 雷達(dá)雜波性質(zhì)與分類第2章 雷達(dá)雜波性質(zhì)與分類雜波是雷達(dá)信號(hào)檢測(cè)和處理的固有環(huán)境，在雜波背景下進(jìn)行信號(hào)處理是雷達(dá)的基本任務(wù)之一。從雷達(dá)開始出現(xiàn)的初期，對(duì)不需要的目標(biāo)的檢測(cè)便一直在干擾著對(duì)所需目標(biāo)的檢測(cè)。在大多數(shù)的情況下，被雷達(dá)所檢測(cè)到的不需要的雜波是由很多個(gè)向雷達(dá)反射回能量的分布散射中心所造成的?？梢愿鶕?jù)反射的功率考慮每一個(gè)散射中心的雷達(dá)散射截面積。由于在雷達(dá)分辨單元中被照射的可能是許多散射中心，而不是單個(gè)點(diǎn)目標(biāo)。實(shí)際上，這種作法往往不能代表真實(shí)的情況。但是，在實(shí)際中仍然普遍地采用歸一化雜波，所以了解雜波的基本特性仍然是很重要的。許多已知的有關(guān)雜波的一般物理特性己構(gòu)成成套法規(guī)，在此范圍內(nèi)，特定的數(shù)據(jù)或特定的雜波模型尚有待取得一致。雷達(dá)后向散射是出雷達(dá)分辨單元內(nèi)的各個(gè)散射單元產(chǎn)生的。使用參量和時(shí)，都假設(shè)回波是由位于被雷達(dá)照射的實(shí)際面積內(nèi)的大量散射單元所產(chǎn)生的。 近垂直 入射區(qū) 平直區(qū) 近掠入射區(qū)入射余角圖21雷達(dá)、表面幾何關(guān)系從雷達(dá)散射的觀點(diǎn)看，平坦表面的雷達(dá)、表面幾何關(guān)系可劃分成三個(gè)明顯的區(qū)域：近掠入射區(qū)、平直區(qū)和近垂直入射區(qū)。在每一區(qū)域以內(nèi)，俯角及波長(zhǎng)的關(guān)系可用一般的方式表示，但三個(gè)區(qū)域的界限卻會(huì)隨波長(zhǎng)、表面特性和極化而變化。在此區(qū)域內(nèi)，如果能滿足瑞利不平坦度準(zhǔn)則。從雷達(dá)散射的觀點(diǎn)看，即使表面不平坦度的均方根值大于1米時(shí)，仍然可以將之看成是平滑的。因此， 隨俯角的變化就很小。從而使得會(huì)隨俯角的增大而急劇地增加，直到最大入射角90為止。，其頻率依從關(guān)系是變化的，并且很難進(jìn)行測(cè)量。但是，在毫米波波段，的頻率依從關(guān)系會(huì)減小。這己由雜波的測(cè)試得到證實(shí)。隨后，它使同單元尺寸無關(guān)，表示離散的散射體也己能夠分辨了。舉例來說，對(duì)相對(duì)平滑的海面的低角度海浪反射回波，平均水平極化反射便小于垂直極化的反射。它對(duì)水平極化和垂直極化的反射大致相同。大的入射角時(shí)，樹林的反射便服海面的雜波或雨的反射不同。因?yàn)榉植茧s波是由大量的離散散射體所組成，而且這些散射體之間的視在距離又可能會(huì)因?yàn)樯⑸湫莸膶?shí)際移動(dòng)(如風(fēng)吹動(dòng)樹枝)或是由于雷達(dá)平臺(tái)或天線的移動(dòng)(每個(gè)散射體的視向角在改變)而會(huì)改變。起伏可用幅度統(tǒng)計(jì)值和起伏率或頻譜來表示。人們已經(jīng)對(duì)雜波幅度的統(tǒng)計(jì)特性作過多年的研究。如果其中有一個(gè)散射體起主要作用，即比其它的散射休大得多，則分布便是萊斯分布。這些分布還施了一個(gè)高值的“尾巴”，這有可能是一些大的散射體在大部分時(shí)間內(nèi)被擋住了，只是間或才被雷達(dá)看到的緣故。因?yàn)槌两滴锸亲钪饕拇髿馍⑸潴w，這一節(jié)將討論沉降物的后向散射特性。因?yàn)楹芏嘤甑味冀频臑榍蛐危鶕?jù)雨滴的直徑和波長(zhǎng)的比值，便可能會(huì)有三種散射狀態(tài)：雨滴直徑D同波長(zhǎng)的比值很小的瑞利區(qū)；比值接近于1的米區(qū)(即振蕩區(qū))以及比值很大的光學(xué)區(qū)。在任何給定時(shí)間，降雨率和雨滴大小之間并無一一對(duì)應(yīng)的關(guān)系。但當(dāng)頻率高于70MHz后，后向散射隨頻率變化的關(guān)系便會(huì)反過來。在雷達(dá)分辨體積內(nèi)通常又總是有大量的散射體存在，所以雨的后向散射使成為一個(gè)非常動(dòng)態(tài)的過程。一種方法是討論平均值兩邊的反射回波的變化，通常是用幅度分布或標(biāo)準(zhǔn)偏差來表示的。佐治亞技術(shù)研究所在進(jìn)行雨的測(cè)試實(shí)驗(yàn)時(shí)，曾對(duì)雨的幅度分布作過計(jì)算[13]?？梢钥闯?，降雨率和極化對(duì)測(cè)出的標(biāo)準(zhǔn)偏差的影響甚微而頻率的影響卻很大，標(biāo)準(zhǔn)偏差會(huì)隨頻率的增加而減小。表21雨的后向散射的典型標(biāo)準(zhǔn)偏差頻率（MHz）降雨率（毫米/小時(shí)）標(biāo)準(zhǔn)偏差（分貝）垂直極化圓極化105203552095520表22雨的頻譜常數(shù)頻率（MHz）降雨率（毫米/小時(shí)）fc(Hz) n1053531070335580210012027051752100500295514021005002測(cè)試時(shí)發(fā)現(xiàn)，頻譜的形狀具有冪函數(shù)下躍的特性，而不像原以為的高斯特性。表22概括了轉(zhuǎn)角頻率和測(cè)出的指數(shù)限頻率及降雨率之間的函數(shù)關(guān)系。這就意味著用高斯特性去作頻譜模型便會(huì)大大低估了頻譜的寬度。因?yàn)橛性S多自然目標(biāo)和人工目標(biāo)的存在，所以地面雜波特性是一個(gè)非常困難的問題。包括樹林、草地和莊稼地、沙土、去石和荒蕪的地面以及被冰雪覆蓋的地面。對(duì)于波束填充的背景情況，便是等效于在雷達(dá)跟地面之間，波束描繪在與視線垂直的平面上由波束所截取的那一部分地面橫截面積。在比較不同地點(diǎn)和在不同時(shí)問測(cè)定的數(shù)據(jù)時(shí)發(fā)現(xiàn)，幾種類型的地面雜波的極限數(shù)據(jù)同波長(zhǎng)的關(guān)系相當(dāng)微弱，這并不表示不存在跟波長(zhǎng)的依從關(guān)系，而是共它參數(shù)對(duì)反射率的影響更要大些。因此，確定雜波取頻率或極化之類參數(shù)之間的依從關(guān)系的唯一辦法便是使用不同的頻率和極化去同時(shí)測(cè)量同一雜波一單元，使得除了被比較的那一項(xiàng)參數(shù)外，所有的其它參數(shù)都能保持不變。除了90的俯角之外，如果沒有因風(fēng)浪掀起的海浪和表而張力波的作用，海面的反射將基本不會(huì)存在。然而，在任何給定的時(shí)刻，出現(xiàn)平靜海面的可能性卻相當(dāng)?shù)男?。由于海面的后向散射能量是由于海浪和表面張力波的作用，所以后向散射的幅度同海浪高度或幅度?huì)有關(guān)。海面狀態(tài)：一個(gè)用來描述海面特征的單一數(shù)值。平均浪高：平均浪高只不過是一大群海浪的峰到谷高度的平均值。主效浪高：主效浪高被定義為三分之一最高浪高的峰到谷高度的平均值。這也觀測(cè)者所估計(jì)的典型高度。其數(shù)值大約為平均浪高的二倍。海浪的前邊和后邊以及由風(fēng)引起的重疊在海浪之上的小平面都會(huì)產(chǎn)生雷達(dá)后向散射。和地面雜波的情況相同，海面雜波的平均值也往往用(單位面積的雷達(dá)散射截面積)表示。低俯角時(shí)，對(duì)于從低到中等的海面狀態(tài)，后向散射將同極化方式有著很強(qiáng)的關(guān)系，而且垂直極化時(shí)的平均值將比水平極化時(shí)的高些。而且當(dāng)雷達(dá)視線為逆風(fēng)/逆浪時(shí)，后向散射就要比順風(fēng)/順浪或橫向風(fēng)/橫浪時(shí)大些。這些參數(shù)的依從關(guān)系將在下而討論。同樣，從低到中等海面狀態(tài)垂直極化將大于水平水平(HH)極化，特別是在俯角低和風(fēng)速不大的時(shí)侯。而且水平水平(HH)極化的反射要比垂直垂直(VV)極化的大些。出現(xiàn)轉(zhuǎn)換的距離會(huì)隨著浪高(或表面的不平坦度的均方根值)的增加而向遠(yuǎn)處移動(dòng)，這正同瑞利準(zhǔn)則所預(yù)計(jì)的一樣。第三，幅度變化：開始一般假定海面的幅度變化為瑞利分布，而對(duì)于垂直垂直(VV)極化說來這樣的假定確實(shí)是一個(gè)比較好的假定。目前，對(duì)產(chǎn)生尖蜂的確切原由尚有不同的看法。垂直垂直(VV)極化和水平水平(HH)極化時(shí)都會(huì)出現(xiàn)尖降，但水平水平(HH)極化時(shí)卻出現(xiàn)得更經(jīng)常些，至少在微波波段內(nèi)。人們成功地用對(duì)數(shù)正態(tài)分布或韋布爾分布來模擬海面的幅度統(tǒng)計(jì)特性。目前進(jìn)行的大多數(shù)模擬海浪雜波的統(tǒng)計(jì)特性的嘗試都是用的兩個(gè)參數(shù)的分布，并經(jīng)實(shí)驗(yàn)表明同實(shí)際海浪雜波數(shù)據(jù)吻合。出現(xiàn)最大值的頻率由眾所周知的多普勒方程給出： (25)多普勒頻譜寬度同海浪速度頻譜寬度之間的關(guān)系可以用F(海浪頻譜)代替V和用(多普勒頻譜)代替。在現(xiàn)實(shí)中，雜波信號(hào)的強(qiáng)度往往是遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目標(biāo)信號(hào)，而雜波譜又常常接近于目標(biāo)，這些因素都增大了雷達(dá)對(duì)雜波的處理難度。本章首先介紹了雷達(dá)雜波的各種性質(zhì)和與之相關(guān)的各種參數(shù)，包括雷達(dá)散射截面積、散射系數(shù)、幅度時(shí)間特性等；接著按照雜波背景的不同，分別介紹了大氣雜波、地面雜波、海面雜波三種類型的雜波模型，并論述了各種模型的性質(zhì)與特性等內(nèi)容，是后續(xù)章節(jié)的知識(shí)鋪墊。所謂雷達(dá)雜波是指除探測(cè)目標(biāo)以外的所有不需要的雜波信號(hào)，、環(huán)境條件采集雷達(dá)、采集平臺(tái)等各種因素的影響。雜波產(chǎn)生機(jī)理復(fù)雜，可以用隨機(jī)過程來描述，其重點(diǎn)特征是雜波的幅度分布和相關(guān)特性。通常雜波信號(hào)的強(qiáng)度遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過目標(biāo)信號(hào)，并且雜波譜常常接近于目標(biāo)，這些因素增大了雷達(dá)雜波處理的難度。目前比較流行的有三種方法（見第一章）。圖31雷達(dá)雜波仿真系統(tǒng)框圖常用的描述雷達(dá)雜波幅度分布的模型有以下四種：(1) 瑞利分布，適用于描述氣象雜波、箔條干擾、低分辨力雷達(dá)的地雜波。(2)對(duì)數(shù)正態(tài)分布，適用于低入射角，復(fù)雜地形的雜波數(shù)據(jù)或者平坦區(qū)高分辨率的海雜波數(shù)據(jù)。通常，在高分辨力雷達(dá)，低入射角的情況下一般海情的海浪雜波能夠用韋布爾分布精確地描述，地物雜波也能用韋布爾分布描述。K分布是一種復(fù)合分布模型，它可由一個(gè)均值是慢變化的瑞利分布來表示，其中這個(gè)慢變化的均值服從分布。立方型地雜波：