LabVIEW和Matlab在雷達系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用

張廷軍

摘要：為了使雷達系統(tǒng)更接近真實雷達效果并充分利用Matlab強大的數(shù)據(jù)計算分析能力與LabVIEW優(yōu)越強大的圖像界面設(shè)計能力，我們先應(yīng)用Matlab設(shè)計優(yōu)化算法，然后用LabVIEW與其聯(lián)合仿真，最終實現(xiàn)LabVIEW仿真結(jié)果與Matlab設(shè)計結(jié)果相同。文章對于相對簡單的線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達系統(tǒng)進行試驗，通過試驗證明此方法可行，并驗證了相關(guān)結(jié)論。

關(guān)鍵詞：雷達系統(tǒng)仿真 線性調(diào)頻 聯(lián)合

中圖分類號：TN955 文獻標識碼：A 文章編號：1007-9416（2016）08-0055-02

1 引言

近年來，數(shù)字信號處理技術(shù)、電子技術(shù)及計算機技術(shù)的革命性發(fā)展，使得雷達仿真技術(shù)有了新的發(fā)展。因此雷達模擬仿真成為性能測試過程中不可缺少的重要方式。Matlab是現(xiàn)在非常受歡迎的擁有強大的數(shù)據(jù)計算分析能力的軟件。信息與計算機技術(shù)通過不斷的發(fā)展，各個領(lǐng)域?qū)?shù)據(jù)計算的能力都有廣泛的需求，是雷達模擬仿真的重要工具。Matlab的循環(huán)的執(zhí)行速度、符號計算功能較弱，界面開發(fā)能力較差。LabVIEW是由美國國家儀器公司研制開發(fā)的面向?qū)ο蟮膱D形化編程語言，根據(jù)需求，用戶可以設(shè)計相應(yīng)的儀器系統(tǒng)。LabVIEW 提供眾多輸入控件和顯示控件用于創(chuàng)建用戶界面。創(chuàng)建用戶界面后，可用VI和結(jié)構(gòu)來添加代碼，從而控制前面板對象。因此結(jié)合兩者的優(yōu)點，可以通過LabVIEW來實現(xiàn)Matlab所設(shè)計與改進的雷達模擬仿真系統(tǒng)，這樣結(jié)合當進行雷達系統(tǒng)仿真時可以得到更優(yōu)秀的交互界面，便于操作并能將雷達系統(tǒng)仿真效率大大提高。

2 LabVIEW與Matlab相結(jié)合在雷達系統(tǒng)仿真中的應(yīng)用

2.1 雷達信號仿真原理簡介

下面對一個具體實例“線性調(diào)頻（Linear Frequency Modulation LFM）脈壓雷達”進行仿真討論[1-2]。

脈沖壓縮雷達通過發(fā)射寬脈沖信號，然后經(jīng)過對回波的接收與處理輸出窄脈沖信號的雷達。首先將發(fā)射的寬脈沖進行編碼，然后在接收機中采用匹配濾波的方法處理，之后便可獲得脈沖壓縮效果的信號。脈沖壓縮技術(shù)的提出很好的解決了當在發(fā)射端發(fā)射大的時寬、帶寬信號時，可以提高信號的速度分辨力以及速度測量的精確度，而在雷達的接收端，將寬的脈沖信號通過壓縮將其變?yōu)檎}沖信號，用來將雷達對目標距離向的分辨精度以及分辨力提高[3]。脈沖壓縮雷達的發(fā)射信號最常使用的是LFM信號，在接收端的脈沖壓縮采用匹配濾波器（Matched Filter）來實現(xiàn)[4]。雷達（radio detection and ranging）是用無線電的方法來發(fā)現(xiàn)目標并進一步探測它們的位置、速度等參數(shù)的設(shè)備。

2.2 LabVIEW與Matlab共同實現(xiàn)雷達系統(tǒng)的仿真

直到現(xiàn)在LabVIEW已經(jīng)可以很好地把Matlab合成起來。但是它還是依然不可以自己獨立于Matlab運行，如果想使應(yīng)用獨立于Matlab開發(fā)，可以選擇的方法有基于DLL與COM的組件等。

LabVIEW主要用于數(shù)據(jù)采集與信號處理，儀器控制，自動化控制等，在圖形化編程語言中相對易學易用，在虛擬儀器的設(shè)計方面與測控軟件的開發(fā)上已經(jīng)是在事實上的工業(yè)化的標準。然而Matlab在矩陣運算與圖像處理方面提供了強大的運算能力，而且在工程的計算方面有著非常廣泛的使用，其他軟件與它的優(yōu)勢是無法比擬的。所以，對于使用兩者一起來聯(lián)合編程也被人們普遍的討論。到現(xiàn)在為止，應(yīng)用程序在相互通信方面的技術(shù)其中有動態(tài)數(shù)據(jù)交換技術(shù)，動態(tài)鏈接庫技術(shù)，還有基于COM的ActiveX和組件對象模型的技術(shù)。不僅LabVIEW而且Matlab也支持這些技術(shù)，這些就為兩者之間的數(shù)據(jù)通信提供了條件。

調(diào)用“Matlab Scrip”節(jié)點方法雖然快捷但不利于較大應(yīng)用程序的開發(fā)，調(diào)用ActiveX服務(wù)器和COM組件的方法相對復(fù)雜，且不便于修改程序，后者也不便于查看中間變量。

本文采用的是首先使用Matlab設(shè)計雷達系統(tǒng)仿真的方法與算法，然后使用LabVIEW實現(xiàn)Matlab的方法，以便使方法更接近于真實的雷達系統(tǒng)，達到更好的效果。

2.3 基于LabVIEW與Matlab雷達系統(tǒng)仿真平臺的開發(fā)

根據(jù)以上原理編寫了Matlab程序，并進行優(yōu)化，實現(xiàn)了線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達的多目標測距的功能。

圖中第一個圖為沒有經(jīng)過脈沖壓縮的雷達回波，第二個圖為經(jīng)過脈壓之后并將橫軸換算成距離的雷達回波圖，可以看出與給定的參數(shù)比較接近，第三個波峰放大后可以看到可以分辨出相距20米的目標，但第四個波峰相對分辨的不是很清晰。第三個圖橫軸為點數(shù)沒有反映出距離信息。

根據(jù)上述Matlab程序，利用LabVIEW實現(xiàn)的雷達系統(tǒng)仿真操作界面圖2所示。

主題框架由參數(shù)輸入控件，波形圖顯示控件組成，通過參數(shù)輸入控件可以通過改變系統(tǒng)參數(shù)來分析系統(tǒng)性能。經(jīng)過對比，應(yīng)用LabVIEW編寫的程序運行結(jié)果與Matlab設(shè)計的仿真系統(tǒng)結(jié)果相同，其參數(shù)控制及結(jié)果顯示更為直觀便捷。本文是對相對簡單的情況做出分析說明。

3 結(jié)語

本文針對LabVIEW和Matlab在雷達系統(tǒng)仿真中廣泛應(yīng)用的情況，將兩者的優(yōu)勢相結(jié)合，首先利用Matlab強大的數(shù)據(jù)處理能力設(shè)計優(yōu)化算法，然后利用LabVIEW簡潔直觀并且更接近真實系統(tǒng)的特點實現(xiàn)Matlab的功能，為后續(xù)工作打下良好基礎(chǔ)。后續(xù)可以將LabVIEW進行模塊化封裝及調(diào)用，可以開發(fā)出更加完善的雷達系統(tǒng)仿真系統(tǒng)，使其參數(shù)可調(diào)并實現(xiàn)發(fā)射信號的多樣化及可隨意更換的功能。

參考文獻

[1]張德豐.Matlab語言高級編程[M].北京：機械工業(yè)出版社，2010.

[2]陳樹學，劉萱.LabVIEW寶典叢書[M].2011.

[3]王杰.脈沖壓縮雷達的干擾技術(shù)研究[D].電子科技大學，2010.

[4]向敬成，張明友.雷達系統(tǒng)[M].北京：電子工業(yè)出版社，2001.