多普勒导航雷达回波信号仿真

发布时间：2020-03-19 05:11

【摘要】：多普勒导航雷达是飞机飞行过程中一种重要的保障装备。随着飞机飞行环境的日益复杂,对多普勒导航雷达的性能要求也在不断提高。在传统雷达系统的设计与实验中,耗费庞大的人力、物力资源,并且对新型需求的适应性较差,研发和测试周期较长。随着近年来信息化技术的迅猛发展,计算机仿真技术开始逐步应用于雷达系统的仿真与设计中,使用计算机仿真技术可以有效降低研究成本。在多普勒导航雷达的整机测试以及调试过程中均用到雷达的回波信号,因此多普勒导航雷达回波信号的仿真对多普勒导航雷达的研制过程具有重要意义。本文使用计算机仿真技术实现了对多普勒导航雷达回波信号的仿真,并据此设计了多普勒导航雷达仿真系统软件,对仿真结果进行了验证。本文首先结合多普勒导航雷达的工作原理和需求,设计了多普勒导航雷达回波信号仿真方案,其中主要包括四种模式功能,分别为频率模式/速度模式、单一场景/连续场景、单波束/四波束、简单连续波/正弦调频波。接着给出了多普勒导航雷达回波信号仿真系统软件的工作流程,具体包含雷达和飞机参数初始化、回波信号工作系统以及外部输出系统。然后简单讨论了软件框架,并给出了软件界面图。然后,根据仿真方案设计回波信号仿真系统所需的各个模块,其中包括发射信号模块、天线模块和回波信号生成模块,并对这些模块分别建立数学模型,并给出仿真图,其中回波信号生成模块采用网格法对地杂波信号进行仿真,根据距离分辨率和横向倾斜角分辨率将波束照射区域面目标划分网格单元,然后将各个网格单元的反射回波信号求和,得到整体的地杂波信号。其次,由于所需飞机飞行仿真时间较长、运算数据量较大等原因,导致程序仿真运行时间较长,程序运行效率较低。针对此问题,对程序代码结构进行了并行计算的优化,极大地缩短了仿真时间,提升了仿真运行效率。最后,设置了仿真系统参数,并针对仿真方案的四种模式功能的组合分支函数分别进行仿真,并对仿真结果进行了多普勒频率的分析,验证了多普勒导航雷达回波信号系统的正确性。本文设计开发的多普勒导航雷达回波信号仿真系统能够真实地模拟雷达接收到的回波信号,为多普勒导航雷达的整机测试和分系统调试提供仿真数据。针对多普勒导航雷达回波信号仿真系统的运行仿真效率进行优化,并且仿真结果验证了本文所设计的多普勒导航雷达回波信号仿真系统的正确性和高效性。
【图文】：

坐标转换,场景,变化率

西安电子科技大学硕士学位论文10图2.7 机体坐标系和东北天坐标转换关系为了计算飞机当前的坐标位置以及到达目的地的时间等航行信息，首先要将由多普勒导航雷达测量的机体系各轴向速度分量xav 、yav 、zav 转换成东北天坐标系中的各轴向速度xv 、yv 、zv 。根据图 2.7 的姿态角变化，便可完成这一转换工作，，这两组速度分量的转换关系为：cos cos sin sin sin sin cos cos sin sin sin cossin cos cos cos sin sin cos sin coscos sin sin cos cosx xay yaz zav vv vv v (2-7)（二）单一场景/连续场景根据研究工作的需求及定义，在上述速度模式和频率模式下，单一场景和连续场景的定义是不同的。在速度模式下，单一场景是指飞机在飞行的过程中，飞机的姿态角不变，在程序代码的设计中体现在将俯仰角变化率及横滚角变化率均置为 0；而连续场景是指飞机在飞行的过程中，飞机的姿态角可以变化，也就是说飞机的俯仰角变化率和横滚角变化率不为 0。而在频率模式下，单一场景是指四个波束的多普勒频率变化率为 0

分支,频率,多普勒导航,雷达回波信号

频率模式下的 4 种情况分支如图 2.9 所示，速度模式下的 8 种情况分支如图2.10 所示。图2.9 频率模式下的 4 种情况分支图2.10 速度模式下的 8 种情况分支2.2.3 多普勒导航雷达回波信号软件框架多普勒导航雷达回波信号软件系统的框架结构可以分成四层，第一层为仿真参数输入以及模式功能选项输入；第二层为根据模式功能选项选择分支函数，即某种功能需求下的回波生成函数；第三层执行分支函数，实现多普勒导航雷达回波信号仿真功能；第四层输出仿真频谱图、时域实部图、时域虚部图以及变量的数据 txt 文件。具体的框架结构如图 2.11 所示。
【学位授予单位】：西安电子科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TN957.51

【参考文献】