电离层非相干散射雷达仿真系统技术方案

本发明专利技术提供了一种电离层非相干散射雷达仿真系统，采用模块化设计思想，按照雷达实际体系结构和各分机功能将系统分为信号仿真模块、非相干散射谱仿真模块、电离层参数分析模块、雷达威力仿真模块、天线阵仿真模块，模块功能与雷达各系统分机完成功能基本相同，各模块间可以实现数据、信息的传递及共享，利用MATLAB图形用户界面功能进行动态演示。本发明专利技术较好的解决了非相干散射雷达研究平台少，试验困难的问题，可以帮助技术人员提高分析问题和解决问题的能力及开展雷达设备技术研究的能力。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术设及一种雷达仿真系统，适用于非相干散射雷达系统的仿真验证。
技术介绍
非相干散射雷达利用高空大气中电子和等离子体热起伏的微弱散射信号，遥测高 空大气的物理参数。由于运种热起伏引起的散射信号是非相干的，所W叫做非相干散射雷 达。非相干散射雷达是唯一能测量整个电离层高度（80-1000公里）范围等离子体密度，速 度，和溫度，并从等离子体参数导出电场和风场的设备。具有测量高空大气物理参数多、精 度高、测量高度范围大、距离分辨率高等突出优点，是目前地面探测空间大气环境参数最先 进的手段。 由于非相干散射雷达工艺复杂，建造和运行成本都很高，目前全球范围内仅有美 国、欧盟、日本、俄罗斯和中国建造有运类雷达，而且雷达无法长期运行，每台雷达的实际运 行时间一般每年不超过两个月。运些因素使得非相干散射雷达试验成本高昂，可重复性差， 无法达到经济、高效的要求，极大的限制了非相干散射雷达的研究。 本专利技术为解决运些研究需求与非相干散射雷达建设运行成本之间的矛盾，研究了 一种新型非相干散射雷达仿真系统。
技术实现思路
非相干散射雷达设备庞大，结构复杂，运行和维护的费用很高。运些因素使得非相 干散射雷达难W推广，进一步导致运类雷达的试验测试成本高昂，限制了非相干散射雷达 研究水平的提高。本专利技术提供的非相干散射雷达仿真系统基于MTLAB平台，利用MTLAB 丰富的数字信号处理函数开发了一套模型准确、链路完整的仿真系统。该仿真系统不仅给 非相干散射雷达的研究提供了一个可靠的参考平台，还具有操作方便、成本低、易于推广等 优点。较好的解决了非相干散射雷达研究平台少，试验困难的问题。 本专利技术是运样来实现的，该电离层非相干散散雷达仿真系统采用模块化设计思 想，按照雷达实际体系结构和各分机功能将系统分为信号仿真模块、非相干散射谱仿真模 块、电离层参数分析模块、雷达威力仿真模块、天线阵仿真模块，模块功能与雷达各系统分 机完成功能基本相同。为了给系统提供必要的评估能能力，系统还增加了雷达硬件性能评 估模块、雷达探测性能评估与信号流图模块两个补充模块。各模块间可W实现数据、信息的 传递及共享，也可W根据用户参数的设置独立运行，进行本分机信号波形、功率谱等显示。 各模块数据能够W文本格式进行保存，可W进行实时、事后处理、查看，参数调入等。系统利 用MATLAB图形用户界面功能进行动态演示。当用户输入仿真参数后，软件雷达仿真平台开 始启动，系统通过数字信号处理技术再现雷达设备中电信号的产生和处理过程，W图形和 数字界面演示雷达各分机工作过程中的信号流程，并模拟实际系统的工作方式、状态和环 境。仿真系统可W帮助技术人员提高分析问题和解决问题的能力及开展雷达设备技术研究 的能力。 所述信号仿真模块包括发射信号产生模块、回波信号接收模块、回波信号处理模 块、信号完整显示模块，其对己克码、长脉冲码和交替码=种编码信号的发射-接收-处理 过程进行仿真。发射信号产生模块产生脉冲参数可设的编码波形；回波信号接收模块根据 发射信号模拟雷达环境产生带有杂波和噪声的回波信号；回波信号处理模块再根据回波信 号特点，采用滤波、非相干积累、模糊函数、修正等处理方法对信号进行处理得到回波信号 功率谱。为了反映整个流程波形特点，信号完整显示模块显示完整波形。 所述非相干散射谱仿真模块W化effield非相干散射谱理论为基础，对麦克斯韦 分布条件下理想化的不同电子离子溫度比，不同碰撞频率，不同离子成分=种情况下的非 相干散射谱进行建模仿真。 所述电离层参数分析模块利用分析电离层参数并W图形文件形式保存，并给出图 形的分析解释，建立了部分电离层参数图形的数据库。 所述天线阵仿真模块主要完成天线方向图仿真，相控阵天线方向图受到天线的阵 元间距、加权函数、阵元排列方式等关键因素的约束。所述雷达威力仿真模块运用软目标雷 达方程，用户可W设置雷达的发射峰值功率，天线孔径，脉冲宽度，系统硬件链路损耗，接收 带宽，接收机噪声溫度等多种仿真参数仿真探测回波信噪比。 雷达硬件性能评估模块是对整个系统进行补充参考的模块，利用Simulink环境 最新给出的雷达信号处理仿真模型库，搭建一个符合非相干散射雷达特性的雷达仿真模 块，通过设置模块发射功率，天线增益，被测目标散射面积，多普勒等参数可W直观的看到 运些参数对雷达探测结果的影响。 雷达探测性能评估与信号流图模块是将前面的模块进行串联，通过调用将前面的 模块按雷达工作顺序连接，设置参数控制仿真条件，并将仿真参数按子系统顺序传递，通过 子系统的逐步处理可W在最后子系统得到最终的电离层参数。 相比于W往的非相干散射雷达试验平台，本专利技术的仿真系统不设计硬件电路，只 利用计算机软件仿真雷达所有的工作过程，主要用于验证建立的信号模型、回波模型、噪声 模型、雷达信号的发生和接收过程、数据处理算法等的正确性。本非相干散射雷达仿真系统 具有开发成本低，操作简单、系统可移植性强的特点。系统可W通过参数设置，模拟多种环 境下的雷达的工作状态，快速的给出准确的仿真结果，仿真结果可W帮助雷达设计选择最 优的设计参数，解决了传统非相干散射雷达试验外场测试成本高，测试周期长的问题。同时 系统可扩展性很强，可W根据研究的进步不断给仿真系统添加新的实验模式减少了升级带 来的复杂工作。【附图说明】 图1仿真系统架构图。 图2信号仿真模块框架图。【具体实施方式】 下面将结合附图对本非相干散射雷达仿真系统各个模块设计方法加W详细的说 明。 如图1所示，该非相干散射雷达仿真系统系统采用模块化设计思想，按照雷达实 际体系结构和各分机功能将系统分为信号仿真模块101、非相干散射谱仿真模块102、电离 层参数分析模块103、雷达威力仿真模块104、天线阵仿真模块105,各模块功能与雷达各系 统分机完成功能基本相同。为了给系统提供必要的评估能能力，系统还增加了雷达硬件性 能评估模块106、雷达探测性能评估与信号流图模块107两个补充模块。各模块间可W实现 数据、信息的传递及共享，也可W根据用户参数的设置独立运行，进行本分机信号波形、功 率谱等显示。各模块数据能够W文本格式进行保存，可W进行实时、事后处理、查看，参数调 入等。系统利用MTLAB图形用户界面功能进行动态演示。[001引1.信号仿真模块 信号仿真模块101结构框图2所示，包括发射信号产生模块、回波信号接收模块、回 波信号处理模块、信号完整显示模块，模块对己克码、长脉冲码和交替码=种编码信号的发 射-接收-处理过程进行仿真。发射信号产生模块产生脉冲参数可设的编码波形；回波信 号接收模块根据发射信号模拟雷达环境产生带有杂波和噪声的回波信号；回波信号处理模 块再根据回波信号特点，采用滤波，非相干积累，模糊函数，修正等处理方法对信号进行处 理得到回波信号功率谱。为了反映整个流程波形特点当前第1页1 2 3 本文档来自技高网...

【技术保护点】
电离层非相干散散雷达仿真系统，其特征在于：采用模块化设计思想，按照雷达实际体系结构和各分机功能将系统分为信号仿真模块、非相干散射谱仿真模块、电离层参数分析模块、雷达威力仿真模块、天线阵仿真模块，模块功能与雷达各系统分机完成功能基本相同，各模块间可以实现数据、信息的传递及共享，也可以根据用户参数的设置独立运行，进行本分机信号波形、功率谱显示；各模块数据能够以文本格式进行保存，可以进行实时、事后处理、查看，参数调入；系统利用MATLAB图形用户界面功能进行动态演示。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：姚明，邓晓华，管炜，鲁自清，武文俊，
申请(专利权)人：南昌大学，
类型：发明
国别省市：江西;36