0 引言
随着社会和科技的不断发展，现代雷达系统更加复杂且精准，故需要借助计算机来完成对系统各项功能和性质的仿真，以完成对系统性能的评估。Matlab提供了强大的仿真平台。一个典型的雷达系统主要由天线、发射机、接收机、信号处理机、伺服系统和终端设备等部分构成。本文主要讨论雷达信号处理部分，并结合某脉冲雷达信号处理的实例来说明Matlab在雷达信号处理系统仿真中的应用。
1 雷达回波信号接收
本例主要采用的回波信号由目标回波、地物杂波和系统噪声三部分构成。
其中目标回波的多普勒频fd=250Hz，为线性调频信号，动目标延迟约为133.3μs（即20公里处）。通过Matlab提供的modulate函数，可以方便地产生线性调频信号。modulate函数调用格式如下：
y=modulate(x,fc,fs,‘method’,opt)
其中参数x为调制信号序列，fc为30MHz载波频率，fs为40MHz采样频率，‘method’参数用来决定进行何种调制，opt为调制灵敏度，也就是线性调频信号的步进系数。
地物杂波为瑞利分布杂波。瑞利分布是雷达杂波中最常用、也是用得最早的一种统计模型。Matlab提供的raylrnd函数可用来产生瑞利分布的随机数。raylrnd(B，m)中的参数B为瑞利分布参数，m是一个包含两个元素的一维向量，这两个元素分别代表瑞利分布随机数矩阵的行数和列数。
系统噪声是(0，0.5)上的均匀分布噪声。通过Matlab提供的rand函数可产生均匀分布的随机数。图1所示是运用Matlab得到的仿真结果图。
图1 单个周期回波频谱和波形（含噪声）
2 信号处理系统仿真
雷达信号处理的目的是消除不需要的信号及干扰，提取或加强由目标所产生的回波信号。一个典型的脉冲雷达信号处理部分主要由A/D采样、相干检波、脉冲压缩、MTI、求模、累积、恒虚警处理等组成。图2所示是一个脉冲雷达信号处理的仿真模型。
图2 雷达信号处理的仿真模型
2.1相干检波
相干检波的目的是把中频信号转换成零中频的I、Q两路正交信号。若其中频信号为：
fIF(t)=A(t)cos(2πfot+φ(t）
=A(t)cosφ(t)cos2πfot-A(t)sinφ(t)sin2πfot (1)
其中fo为载波频率。
令：I(t)=A(t)cosφ(t),Q(t)=A(t)sinφ(t) (2)
则有：fIF(t)=I(t)cos2πfot-Q(t)sin2πfot (3)
其中I通道的本振为cos2πfo ；Q通道的本振为sin2πfo。
输出为:yI(t)=1/2A(t)cosφ(t),yQ(t)=吉A(f)sinφ(t) (4)
设计低通滤波器时，可选通带边界频率为10MHz，阻带边界频率为13MHz，阻带衰减不小于50dB，通带波纹不大于1dB，并使用汉宁窗抑制旁瓣。Matlab提供了方便的滤波函数filter(b，a，x)。其中x为输入信号，b、a为滤波器传递函数的分子和分母的系数向量。图3所示是相干检波后I路和Q路含有噪声的波形图，图4则给出了相干检波后的频谱在滤波前后的频谱比较。
图3 相干检波后I路和Q路波形（含噪声）
图4 滤波和未滤波的比较相干检波后频谱
2.2脉冲压缩模块
在进行脉冲压缩处理之前，首先要获得相应于雷达发射信号的匹配滤波器或脉冲压缩系数。在实际工程中，对脉冲压缩的处理往往是在频域进行的，因为这样可以利用FFT算法提高计算速度，然后将雷达回波与匹配滤波器的频域响应（冲压缩系数）相乘，在经过IFFT变换，就可得到脉冲压缩处理的结果。而对于线性调频的脉冲压缩系数，只需将线性调频信号取共轭和翻转即可。
雷达的发射信号一般为线性调频信号，具体参数是：脉宽100Frs、中心频率30MHz、调频宽5MHz。对雷达回波信号的采样频率为40MHz，在中频进行正交下变频。图5所示是用Matlab仿真该雷达的脉冲，再经压缩处理得到的波形图。图中，在7.5km处有一个点目标。
图5 脉冲压缩后的波形(含噪声)
2.3恒虚警处理(CFAR)
在低分辨率的脉冲雷达系统中，杂波可看作是很多独立照射单元回波的叠加，因此，杂波络的分布接近瑞利分布。其分布特性和噪声相类似，得到恒虚警的途径也相同，就是要求得出瑞利分布的平均值估值，然后用它对输出进行归一化。由于杂波通常只存在于一定的方位和距离范围内，因此，在估计这些杂波平均值时，不能在许多次扫描周期内进行，也不允许在一次距离扫描的全程里进行，而只能在检测点邻近的距离单元，且邻近单元的长度应短于杂波散射体连片所占的实际长度。本系统采用邻近单元平均选大恒虚警电路，具体如图6所示。
图6 邻近单元平均选大恒虚警电路
将检测点前后的参考单元分别平均估值，并选用其中的较大值作为平均值估值输出，这种方式可以解决杂波边缘内侧虚警概率增大的问题，但杂波边缘外侧信号检测能力的损失将相应增大。同时在经过处理后，平均值估值的起伏将引起输出噪声的起伏加大。检测门限一定时，也将引起虚警概率的增加。如果要维持输出虚警概率不变，则应根据N适当提高检测门限：若要保持原来的检测概率，则必须提高输入信号的信噪比。下面用Matlab对邻近平均选大方式恒虚警处理进行仿真。该仿真的参考单元数为16，雷达的脉冲重复周期为1ms，在25-25.12km处有服从瑞利分布的杂波回波且在20km处有一个点目标，图7所示是其仿真结果。
图7 采用邻近单元平均选大恒虚警电路处理结果
3 结束语
使用Matlab进行雷达信号处理系统的仿真，能够快速建立系统模型，体现其快捷经济的特点。而且建模需用时间短、模型简单，所得结果明确、精准，同时也方便修改参数，可以更好的看到不同输入所得到的不同结果，以便更加清晰的进行性能评估及验证。本文以某连续波雷达为实例，并基于Matlab的雷达信号处理仿真方法，可以得到较好的效果。
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本文标题：基于Matlab的雷达系统仿真
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