雷達實體運行環境的計算機模擬仿真介紹

侯煒，李鵬，黃遠

（國家計算機網絡應急技術處理協調中心，北京　100029）

雷達實體運行環境的計算機模擬仿真介紹

侯煒，李鵬，黃遠

（國家計算機網絡應急技術處理協調中心，北京100029）

0　引言

計算機仿真技術是以相似原理（所謂相似就是指模型中的每個要素必須與原型所對應的要素相似）、信息技術（主要指用于處理和管理各類信息的技術的總稱）、系統技術及相應領域的專業技術為基礎，以通用計算機以及各種物理效應設備（指通過物理媒介可以模擬實體行為的設備），利用系統模擬對實際存在的或者假想的系統進行模擬實驗的一門綜合性技術，利用系統模型對實際的或設想的系統進行試驗研究的一門綜合性技術。

所謂系統模型是指是系統的某種特定性能的一種抽象形式，系統模型實質上是由研究目的確定的、關于系統某一方面本質屬性的抽象和簡化，并以某種表達形式來描述。模型可以描述系統的本質和內在的關系，通過對模型的分析研究，達到對原型系統的了解。

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

本文通過計算機仿真技術對雷達運行環境進行了模擬仿真實現，并通過常用的概率分布技術對文中所創建的模型進行了仿真，并得出最終的誤差率［1］。

1　雷達運行環境模型的建立

對于雷達運行環境的模擬需要實現兩個主要的功能，一是產生雷達所需的信號環境，另一個就是對雷達體制內的信號進行模擬處理。

對于信號環境主要實現的模擬內容有：接收機系統噪聲、特定環境下的噪聲、無源干擾、有源干擾以及人為產生的主動干擾等，由于這些信號都有起伏，因此在系統仿真過程中需要建立適當的模型去逼近真實值；如何對這些產生的模擬信號進行處理，是雷達仿真需要進行的第二步，此過程需要根據實際的雷達參數建立恰當的數學模型進行模擬仿真。

雷達運行環境模型的創建：

根據雷達實際運行環境的考慮，一般進行如下流程仿真：

（1）噪聲的產生；

（2）信號的檢測；

（3）根據既定參數判斷是否在可發現范圍。

根據以上描述，本文創建如圖1所示的目標仿真模型：

圖1　雷達運行仿真模型圖

對于圖1所示的雷達運行環境的模擬流程來說，首先仿真的過程需要產生相應的噪聲，一般的噪聲產生包括內在和外在環境的噪聲以及故意產生的電磁干擾等，系統仿真自身產生所需的信號，然后計算信號以及噪聲各自的平均功率，最后根據初設的雷達發現概率來判斷相應的目標是否在可發現的范圍，從而完成雷達仿真的過程［2，4］。

2　雷達運行環境仿真相關環節的詳細介紹

（1）噪聲功率的定義

在實際的運行環境中噪聲功率的考慮不僅是來自接收機內部的電阻熱噪聲，同時也包括來自外部環境—如太陽和宇宙噪聲、大氣噪聲等，根據噪聲功率的定義，用噪聲溫度表示為：

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

Ttr/Lr是輸入RF元件的物理溫度和損耗。

T0=290K，Fn為接收機噪聲系數。

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

（2）通過概率論的思想驗證雷達運行環境仿真的逼真性

①正態分布對雷達運行的逼真性驗證

準正態分布N（0，1）的概率密度函數為：

這樣，這些數列在［a，b］之間的分布為：

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

計算結果為0.1915。

現在通過仿真程序設計模擬服從標準正態分布的隨機數列的算法，并在仿真模型中進行驗證：

實際運行結果：

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韋伯分布的驗證試驗

韋伯分布的概率密度函數為：

隨機數列的產生算法為：

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

在仿真時，隨機數列的產生算法：X=β*（-lnγ）1/α，其中，γ是0～1之間的均勻分布的隨機數列。

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

計算結果為0.6321。

程序執行10次，得到的結果為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證，該模型的建立可以滿足雷達仿真所需要的信號環境，

3　結語

雷達仿真作為雷達性能研究的重要環節之一，根據雷達實際的運行情況設計適當的模型對雷達性能進行仿真，這樣降低了雷達研發過程中的實驗費用，通過計算機仿真技術得出的仿真結果基本上與實際運行情況是相符的，因此本文設計并驗證了一種雷達運行環境的模擬運行狀態，并通過概率論的手段對所創建的模型進行了驗證，得出誤差率是趨于真實值的，滿足雷達所需的仿真前提條件。

［1］鄭鈞耀.雷達仿真系統組件化及分布式應用研究［D］.電子科技大學，2011.

［2］秦志樂，官林海，樂意.地面雷達中的PD工作方式設計［J］.電子技術與軟件工程，2015（11）.

［3］楊志謙.遠程顯示控制系統在地面雷達中的實現［J］.國外電子元器件，2005（08）.

［4］韓興斌，顏坤玉，馮富強.基于雷達高度表信號的低空目標檢測技術［J］.電子信息對抗技術，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，研究方向為通信網絡、信號處理等

李鵬（1983-），男，山東青島人，碩士研究生，中級職稱，研究方向為信息安全

黃遠（1980-），女，河南濮陽人，碩士研究生，工程師，研究方向為信息安全

2015-08-20

2015-09-30

雷達實體的仿真對于雷達性能的研究至關重要，建立合適的雷達實體模型是雷達仿真的重中之重，雷達的仿真主要對噪聲產生、信號處理、目標發現等基礎方面研究出發，并結合實際的需求進行真實值迫近的概率計算。從計算機仿真的角度出發介紹基于雷達實體運行的仿真模型，并通過概率論的方法論證所建仿真模型的正確性。

雷達實體；計算機仿真；雷達模型；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.