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1、 毕业设计（论文） 雷达杂波的建模与仿真方法研究 燕山大学毕业设计（论文）任务书学院：信息学院 系级教学单位：电子与通信工程 学号030201070037学生姓名专 业班 级电子信息工程2班课题题 目雷达杂波的建模与仿真方法研究来 源自选主要内容熟悉ZMNL算法，将 ZMNL模型应用于具有一定概率分布的相关雷达杂波序列。并用MATLAB语言对相关雷达杂波进行蒙特卡洛仿真。基本要求1学习熟悉ZMNL方法2用ZMNL方法对具有一定概率分布的相关雷达杂波进行建模3用MATLAB语言进行仿真参考资料1雷达系统模拟 R.L.米切尔著 科学出版社2雷达原理 丁鹭飞著 西安电子科技大学出版社3燕山大学网上图
2、书馆 中国期刊全文数据库4燕山大学网上英文资料 Eisevier周 次14周58周912周1316周1718周应完成的内容收集资料熟悉课题内容和设计思路程序设计与调试程序设计分析、调整以及程序优化实验结果整理以及总结论文书写课题总结答辩指导教师：史洪印系级教单位审批：摘要摘 要 现代雷达系统越来越复杂，难以用直观的方法来进行研究，因此雷达模拟应用广泛。雷达系统模拟是数字模拟技术与雷达技术结合地产物。也就是用计算机软件来建立雷达系统的模型，然后在计算机上复现雷达系统中信号的产生、传递、处理等动态工作过程。雷达模拟的核心是建立雷达目标回波信号及各种杂波信号散射、传播特性的模型。杂波伴随这雷达产生而
3、产生，对于雷达的设计有着重要的影响。所以通过对杂波性质的研究，建立合适的模型，对于雷达设计和分析有重要意义。对数正态分布、韦伯分布、K-分布是三种适于描述雷达杂波的非高斯分布模型，快速、准确地模拟各种杂波，对雷达研究是十分重要的。文中讨论了上述三种相关非高斯分布杂波的建模与仿真，在三种非高斯分布与高斯分布的相关系数之间的非线性关系的基础上，利用ZMNL法，模拟产生了三种相关的非高斯分布随机序列。本文正文部分先论述了雷达杂波的性质和分类，然后介绍了几种常用的概率分布模型，接着介绍了有关ZMNL法的原理和应用，最后具体阐明了在指定杂波功率谱情况下，幅度服从瑞利分布、对数正态分布、韦伯分布和K-分布
4、的杂波的建模与仿真方法，并根据不同分布的特点，将其应用到地杂波、海杂波、气象杂波和箔条干扰的仿真中。仿真结果证明了这种仿真方法是有效可靠的。关键词雷达杂波仿真；ZMNL；概率分布；功率谱61AbstractWith the more complexity of modern radar system, it is difficult to analysis as usual methods. So Radar simulation is widely used. Radar System Simulation is combined with digital-analog techniques
5、 and radar technology. That is, Modeling radar system with software, and then recurring the produce, transmission processing by computer .The core of RES is modeling the scatter and transmission of radar echo signal and varied radar clutter signals. So it is very important to study the character of
6、radar clutter, to find a proper model. And it is very sienificant to radar design and analysis.Radar clutter can be statistically modeled by using three kinds of non-Gaussian probability density functions (PDF) of lognormal, Weibull and K-distributed. It is important to correctly simulate radar clut
7、ter. Modeling and simulation of three kinds of correlated non-Gaussian clutter are discussed in is paper. Based on the correlation coefficient nonlinearity between three non-Gaussian and Gaussian distribution, three kinds of correlated non-Gaussian random sequences are generated by zeros memory nonl
8、inearity (ZMNL). In the first part of the paper, the nature and classification of a radar clutter are discussed, and then we introduce several common probability density models, followed with the principle and application of ZMNL. In the end, we illuminate the simulated modeling way of Rayleigh, Log
9、-norm, Weibull, K-distributed clutter with special power spectrum. All these models are used into the practical simulation of ground clutter, cloud-rain clutter and chaff jammer according to their features. The validity of scheme is proved by our simulated results.Keywordsradar clutter simulation; Z
10、MNL; probability distribution; power spectrum 目 录摘 要IAbstractII第1章 绪论11.1本课题的背景和意义11.2国内外研究现状11.3本文研究的主要内容3第2章 雷达杂波性质与分类52.1杂波的性质52.1.1散射系数的定义52.1.2杂波的一般特性62.1.3幅度时间特性72.2杂波的分类82.2.1大气杂波82.2.2地面杂波102.2.3海面杂波112.3本章小结13第3章 基于ZMNL的杂波仿真153.1 引言153.2 ZMNL方法简介163.3 几种分布杂波的ZMNL产生183.3.1对数正态分布183.3.2韦伯分布19
11、3.3.3 K-分布213.4 本章小结22第4章 仿真结果及分析234.1瑞利分布杂波的仿真234.2对数正态分布的仿真244.3韦布尔分布的仿真264.4 K分布的仿真284.5结论284.6 本章小结28结 论29参考文献31附录1 开题报告33附录2 文献综述37附录3 外文译文及原文复印41致谢52第1章 绪论第1章 绪论1.1本课题的背景和意义雷达的主要任务是获取目标信息，其信号处理系统的首要任务是干扰抑制和信号检测。由于雷达所面临的杂波环境通常是错综复杂的，它不仅随不同的雷达，在不同的地理位置而不同，还会因为在不同的时间里天气的变化而不同。另外，随着科学技术的发展，各种与雷达相对
12、抗的高技术兵器的出现，导致了现代雷达工作环境的日益复杂与恶化，基于经典目标与杂波统计假设的信号检测理论己不能有效解决新体制雷达中的信号处理与检测问题。雷达除直接受到的积极干扰外，以往的平稳、大雷达截面积目标将为非平稳、小目标甚至隐身目标所取代，如武装直升机、反辐射导弹、隐身飞机等；经典的平稳高斯分布的单一模型杂波为非平稳非高斯分布的复合杂波所取代，如时变杂波、循环平稳杂波、韦布尔、对数正态和K分布杂波及其组合等。为了能在这些杂波中对目标信号进行有效的检测，需综合运用现代信号处理的各种方法，研究雷达信号检测的新概念、新机理，提出新方法、新技术。对雷达杂波的研究自然是其中一个重要的环节，且己经越来
13、越受到人们的重视。雷达总是工作于各种不同的杂波环境，如何最佳地在雷达杂波中对回波信号进行检测是现代雷达信号处理的一个重要课题。随着雷达技术的发展，人们根据不同的要求，从不同的角度提出了各种不同形式的雷达杂波模型，以尽量逼真地再现雷达工作环境。随着计算机应用技术的飞速发展，利用计算机进行建模、仿真与评估己在科学研究和工程实践领域得到了非常广泛的应用。对于雷达等大型电子装备而言，由于实验设备的缺乏和测试上存在的困难，模拟与仿真技术更是显得尤为重要。1.2国内外研究现状雷达接收信号一般包括下面三个组成部分：(1) 有用的雷达回波信号； (2) 由天电干扰和雷达设备本身等形成的噪声；(3) 地面、海面
14、及空中的云雨、干扰箔条等背景形成的杂波。由于杂波信号的强度一般远超过目标信号，并且杂波谱常常接近于目标，同时还受到雷达设备参数的影响，这些因素增大了雷达对杂波的处理难度。由此可见，杂波是雷达信号检测和处理的固有环境，在杂波背景下进行雷达信号的检测，先决条件就是对杂波性质的掌握。目前使用的杂波模型主要有三种方式1：(1) 描述杂波散射单元机理的机理模型；(2) 描述杂波后向散射系数的概率密度函数的分布模型； (3) 描述由实验数据拟和与频率，极化，俯角，环境参数等物理量的依赖关系的关系模型。对于单通道数据，由于杂波的起伏统计特性对杂波相消处理器输入信杂比的计算有重大影响，杂波的频谱特性直接关系到
15、MTI滤波器的设计，故多采用描述杂波后向散射系数的概率密度函数的分布模型也即统计模型的表示方法。目前利用统计模型仿真相关雷达杂波的方法，较有代表性的主要有三种，即：(1) 球不变随机过程法 (Spherically Invariant Random Processes，简称SIRP)；(2) 无记忆非线性变换法 (Zero Memory Nonlinearity，简称ZMNL )；(3) 随机微分方程法 (Stochastic Differential Equations，简称SDE)；SIRP模型属于外生模型，能够独立控制序列的概率密度函数和协方差矩阵。在相关雷达杂波仿真中，可以用SIRP法仿真相关瑞利、韦布尔和K
