CN109164428A - 雷达数字仿真系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种雷达数字仿真系统，包括：发射子系统，用于将信号源所产生的基带信号转化为中频信号，并模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；回波生成子系统，用于根据所述雷达位置信息、目标位置信息以及中频信号生成中频回波信号；接收子系统，用于根据中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；信号处理系统，用于对目标回波信号进行分析处理以确定目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于雷达的径向速度和/或目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。本发明采用模块化的设计，支持用户高效的进行各层级模型和系统设计，设计丰富的雷达基础模型库，方便用户配置文件，解耦仿真系统对编译环境的依赖。

Description

雷达数字仿真系统及方法

技术领域

本发明涉及雷达技术领域，尤其涉及一种雷达数字仿真系统及方法。

背景技术

随着雷达系统的不断发展，发射信号形式、电磁环境、信号处理算法的日益专业化，需要建立一个联合开发环境，将雷达相关专业以及产品研发不同阶段的需求集成。在此联合开发环境下，各专业的设计师可将各自搭建的模型汇聚到一起，对雷达进行系统仿真、性能测试和算法验证，分析对系统的影响。现有模式的仿真系统中，用户配置文件繁琐，仿真系统依赖于编译环境，且不具备实时查看雷达的工作状态的能力。

发明内容

本发明实施例提供一种雷达数字仿真系统及方法，用于至少解决上述技术问题之一。

第一方面，提供一种雷达数字仿真系统，包括：

发射子系统，用于将信号源所产生的基带信号转化为中频信号，并模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；

回波生成子系统，用于根据所述雷达位置信息、目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号；

接收子系统，用于根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；

信号处理系统，用于对所述目标回波信号进行分析处理以确定所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

第二方面，提供一种雷达数字仿真方法，包括：

模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；

将信号源所产生的基带信号转化为中频信号；

根据所述雷达位置信息、所述目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号；

根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；

对所述目标回波信号进行分析处理以确定所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

第三方面，提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行前述任意一项实施例中的雷达数字仿真方法的步骤。

第四方面，提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时实现前述任意一项实施例中的雷达数字仿真方法的步骤。

本发明采用模块化的设计，支持用户高效的进行各层级模型和系统设计，设计丰富的雷达基础模型库，方便用户配置文件，解耦仿真系统对编译环境的依赖。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1本发明的雷达数字仿真系统的一实施例的原理框图；

图2为本发明中的回波子系统的一实施例的原理框图；

图3为本发明的一种模型化的雷达数字设计与仿真测试平台体系图；

图4为本发明的雷达数字仿真方法的一实施例的流程图；

图5为本发明中的步骤S30的一实施例的流程图；

图6为本发明中的步骤S40的一实施例的流程图；

图7为本发明中的步骤S50的一实施例的流程图；

图8为本发明的电子设备的一实施例的结构示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”，不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。

为了方便描述本发明的内容，首先作以下术语定义：

定义1、M0、M1和M2序列

为雷达系统的时序控制序列，分别代表PRT(Pulse Repeat Time)同步信号、组内帧同步信号和组间帧同步信号。

定义2、数字高程模型(简称DEM)

数字高程模型(Digital Elevation Model，DEM)是指利用一组有序数值阵列形式表示地表或地面高程的一种实体地面模型。本发明中DEM表示成一系列地面点的平面坐标X、Y和高程坐标Z组成的数据阵列。对于一个地面区域D，地形DEM表示为

DEM={D_ix_i0,y_i0,z_i0)，i0∈D}

其中，(x_i0，y_i0，z_i0)是第i0个地面像素点对应的三维空间坐标。

定义3、脉冲压缩

脉冲压缩是一种特殊的匹配滤波，简单来说就是雷达发射宽脉冲，然后在接收端“压缩”为窄脉冲，从而改善雷达的两种性能：作用距离和距离向分辨率。

定义4、一帧回波数据

在本发明中，一帧回波数据是指在一个雷达扫描周期内，雷达接收机所接收、采样并存储的在这一个雷达扫描周期内所有发射脉冲的回波数据。

定义5、雷达相参积累与非相参积累

在雷达信号处理中脉冲的能量积累包括非相参积累和相参积累，前者指的是仅仅对数据的幅度(也可能是幅度的平方或者幅度对数)进行积累，而后者是指对复数据(即包含幅度和相位的数据)进行积累。

定义6、恒虚警检测(CFAR)

判决门限随噪声方差不断更新，使整个雷达系统保持一个恒定的虚警概率。

定义7、GPU、CUDA

GPU的英文全称为Graphic Processing Unit，中文为“图形处理器”，传统上，GPU的应用被局限于处理图形渲染计算任务。CUDA是GPU专用的可编程语言，可利用GPU完成通用计算。

定义8、观测空间

观测空间是指现实空间中所有待观测空间内目标散射点的位置集合。观测空间在不同空间坐标系下有不同的表示，但一旦坐标系确立以后其表示是唯一的。本发明以北天东坐标系为基准坐标系，以下数学关系表示观测空间Ω：

其中和表示构成观测空间Ω的地表正交坐标基，分别表示北向、天向、东向，为场景目标空间中一个分辨单元位置向量，x、y和z分别表示该分布单元的北向、天向、东向坐标，表示实数域。

定义9、传输函数

传输函数H(z)是零初始条件下线性系统的响应量的傅里叶变换Y(z)与输入信号的傅里叶变换X(z)的比值。

如图1所示，为本发明一实施例的雷达数字仿真系统100，包括：

发射子系统110，用于将信号源所产生的基带信号转化为中频信号，并模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；发射子系统110包括：时序控制模块111用于产生时序序列M0、M1和M2信号；信号源模块112，用于产生基带信号；发射机模块113，用于在时序信号的控制之下将基带信号转化为中频信号。

回波生成子系统120，用于根据所述雷达位置信息、目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号；

接收子系统130，用于根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；所述接收子系统130包括：第二接收机模块131，用于将接收到的所述中频回波信号下变频到基带以得到基带回波信号；第二降采样模块132，用于根据所述基带回波信号生成基带采样率；距离门选通模块133，用于基于所述基带采样率从所述基带回波信号中筛选出波门的延时时间内的基带回波信号为目标回波信号。

信号处理子系统140，用于对所述目标回波信号进行分析处理以确定所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

所述信号处理子系统140包括：

脉冲压缩模块141，用于将发射信号与所述目标回波信号做卷积，以生成脉冲压缩后的数据帧，所述发射信号为所述信号源所产生的信号；

梳妆滤波器模块142，用于剔出所述数据帧中的多普勒信息；

CFAR模块143，用于设置检测门限，将经梳状滤波器处理后的数据帧中高于门限数据选择出来；

点凝聚模块144，用于设置凝聚门限，将经CFAR模块处理后的数据帧中凝聚门限内的目标看做同一目标，并输出至计算模块145以计算得到所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

本发明采用模块化的设计，支持用户高效的进行各层级模型和系统设计，设计丰富的雷达基础模型库，方便用户配置文件，解耦仿真系统对编译环境的依赖。

如图2所示，在一些实施例中，所述回波子系统120包括：

第一接收机模块121，用于将所述中频信号下变频到基带复信号；

第一降采样模块122，与所述接收机模块的输出端连接以生成基带采样率；

路径损耗模块123，根据所述雷达位置信息和所述目标位置信息确定雷达-目标的相对位置关系以计算各所述目标的天线加权；

天线加权模块124，根据所述雷达-目标的相对位置关系计算各所述目标的路径损耗；

回波生成模块125，分别与所述降采样模块、路径损耗模块和天线加权模块的输出端连接并生成基带回波信号；

升采样模块126，用于根据所述基带回波信号生成中频采样率；

发射机模块127，用于根据所述中频采样率采集所述基带回波信号以得到所述中频回波信号。

如图3所示，本发明提供的一种模型化的雷达数字设计与仿真测试平台，顶层包括本项目的控制工具包、回波仿真工具包、雷达仿真工具包、显控工具包4个部分。

1、控制工具包，包含雷达-目标位置模块、命令字模块。各模块功能如下：

雷达-目标位置模块：输出雷达或目标在观测空间Ω内的坐标。

命令字模块：实时更新雷达工作中所用的参数、工作模式，切换雷达工作模式，例如，搜索转跟踪。

2、雷达仿真工具包，包含发射信号子工具包(时序同步、信号源、自动增益控制(AGC))、天线子工具包(天线方向图生成)、接收机子工具包(距离门选通、AD量化)、脉冲多普勒雷达(Pulse Doppler,PD)信号处理子工具包(脉冲压缩、动目标检测、横虚警检测、测距、测速、测角)、合成孔径雷达(Synthetic Aperture Radar,SAR)信号处理子工具包(频域算法SAR成像、时域算法SAR成像)等模块。各模块功能如下：

时序同步模块：产生M0、M1、M2序列，产生雷达系统的基带、射频采样率，根据PRF(脉冲重复频率)是否固定，产生重频参差、重频抖动、重频跳变、重频滑变、重频排定等多种控制时序。

信号源模块：当M0时序同步信号上升沿来临时，产生诸如连续波、常规脉冲、脉内调频、脉内调相、频率捷变信号等雷达常见的信号。既可以向后续模块输出基带的复信号，也可以输出中频的实信号。

天线方向图模块：根据主瓣宽度、主瓣零点、旁瓣宽度等参数生成单波束辛格型、余弦型或高斯型天线方向图。

AGC模块：对接收的回波信号做增益控制，对近程杂波信号做抑制防止接收机饱和，对远程回波使接收机保持原来的增益和灵敏度，以保证正常发现和检测小目标的回波信号。

AD模块：对回波信号做模拟-数字转换并量化到指定的位宽，将信号处理系统采样率降低至基带采样率。

距离门选通模块：设置目标可能出现的距离范围(最小作用距离R_min到最大作用距离R_max)“寻找”目标回波，产生一个相对于M0脉冲的跟踪波门，选通出波门的延时时间内的回波信号。

脉冲压缩模块：利用发射信号回波信号做匹配滤波，使得回波信号在目标所在距离对应的采样点上信噪比最大。

MTD模块：动目标检测(Moving Target Detect，MTD)是指采用一组窄带多普勒滤波器组对脉冲压缩后的一帧回波信号做梳状滤波，提取出目标相对于雷达的径向速度。

CFAR模块：对MTD后得到的一帧信号做一维、二维CFAR处理，提取出超过门限的分辨单元。

点凝聚模块：单个目标回波能量分布在多个临近的分辨单元，做CFAR后每个过门限的分辨单元均会被认为是一个目标，此时需要将相邻分辨单元的目标点凝聚成一个目标。

测距模块：测量目标到雷达的距离。

测速模块：测量目标相对于雷达的径向速度。

测角模块：测量目标相对于波束指向的俯仰角和方位角。

速度解模糊模块：根据多组重频上测得的模糊速度值来求取目标的真实速度。

距离解模糊模块：根据多组重频上测得的模糊距离值来求取目标的真实速度

频域算法SAR成像模块：采样Specan算法对脉压后的回波做SAR成像处理。

时域算法SAR成像模块：采样BP算法对脉压后的回波做SAR成像处理。

3、回波仿真工具包，包含天线加权、路径损耗、阴影遮挡、点目标回波、面目标回波、多路径回波等模块。各模块功能如下：

阴影遮挡模块：当辐射区域的DEM存在较大的起伏时，将被遮挡区域的RCS置零。

路径损耗模块：仿真无线电信号在空中传播时的大气、云、雨和沙尘衰减，输出衰减损耗值。

天线加权模块：计算目标与天线波束中心夹角，根据天线方向图提取加权。单波束天线输出目标的天线幅度加权，比幅法测角模式输出和通道、方位差通道、俯仰差通道的幅度加权，比相法测角模输出和通道幅度加权、方位差通道相位加权、俯仰差通道的相位加权。

点目标回波生成模块：回波是指目标回波，不包括杂波，干扰等的回波。单点目标的回波通过对发射信号做延时、添加多普勒相位、复乘目标点RCS、添加路径损耗和天线加权得到，多点目标的回波信号为多个单点目标回波的相干叠加得到。

面目标回波生成模块：回波是指目标回波，不包括杂波，干扰等的回波。面目标回波采用发射信号与传输函数卷积的方法得到，由于面目标场景点的数量很大，该模块需要有GPU做并行加速运算。

多路径回波模块：多路径指电磁波通过不同路径反射后，各分量场到达接收端时间不同，按各自相位相互叠加而造成干扰，使得原来的信号失真或产生错误。在多路径回波模块是在原始回波中叠加多次路径反射回波。多路径回波模块运算量很大，该模块需要有GPU做并行加速运算。

4、显控工具包，包含P型显示器、偏心P型显示器、A型显示器、AR型显示器、E型显示器、B型显示器、RHI型显示器和通用显示器。各模块功能如下：

A型显示器：显示回波各采样点到雷达的距离。采用直线扫描方式，扫描起点和发射脉冲同步，扫描终点和雷达距离量程相对应，主波与回波之间的扫描线长度代表目标的距离。

AR型显示器：A型显示器的改进型，采用双综直线扫描方式，增加精确扫描线(第一条扫描线局部扩展图)，用以提高距离刻录精度。该模块的前级模块是脉冲压缩模块。

J型显示器：A型显示器的改进型，将直线扫描线改为圆周扫描线，提高了测量精度。

P型显示器：显示距离目标相对于雷达的距离和方位角。

偏心P型显示器：P型显示器的改进型，可控制显示区域相对于雷达的偏移，放大某一区域内的目标。

B型显示器：显示目标相对于雷达的距离和方位角。

E型显示器：显示目标相对于雷达的距离和俯仰角，与B显配合，可以实现目标的三维显示，常用于测高雷达。

RHI型显示器：显示目标相对于雷达的距离和高度，主要用于精密跟踪雷达。

通用显示器：实时显示信号在仿真过程中中间信号的时域曲线或频谱。

本发明主要采用计算机仿真的方法进行验证，所有步骤、结论都在Matlab-R2015b和CUDA5.5上验证正确。

平台安装说明：直接运行“HeadsInstall.m”程序，然后在SimulinkLibraryBrowser界面按F5刷新，或者鼠标右键->刷新即可完成HEADS的安装。安装后在Simulink的浏览器树形模块库中会出现“HEADS”的选项，点击“HEADS”会逐层进入HEADS的算法库，其使用方法和Simulink自带的模块使用方法无任何区别，通过拖拽的方式可将模块添加到所需的模型中。具体实施步骤如下：

步骤1，明确仿真目的，确定仿真应用所需的雷达仿真组件。若是做子系统参数设计，则按步骤2、步骤3、步骤4或步骤5的构建相应的子系统后转步骤6，否则转步骤2。

步骤2，添加控制工具包，初始化雷达工作状态和相应参数。添加雷达-目标位置模块。当参数需要实时更新时添加命令字模块，实时更新命令字，当参数不需要实时更新时，用Matlab脚本完成参数初始化。转步骤3。

步骤3，添加雷达工具包的相关模块，搭建发射信号子系统。完成关联模块间的连线。若只想设计发射信号参数，则执行完步骤3.2后转步骤6，否则顺序执行。

步骤3.1，添加时序控同步模块，配置M0、M1、M2序列。根据步骤2参数是否需要实时变动的选择，本步骤所添加的模块参数可以通过命令字读入或通过脚本初始化。

步骤3.2，添加信号源模块，并设计发射信号参数。该模块的前级模块是命令字模块和时序同步模块。

步骤3.3，添加天线方向图模块，生成所需的天线方向图。转步骤4。

步骤4，添加回波工具包在所需的模块，搭建回波生成子系统，根据步骤2参数是否需要实时变动的选择，本步骤所添加的模块参数可以走命令字或同脚本初始化。将步骤2和步骤3中添加的模块与本步骤添加的模块连线。若只想产生回波用于其他体制雷达验证，则执行完步骤4.3后转步骤6，否则转步骤5。

步骤4.1，添加路径损耗模块，实时计算雷达到目标的路径损耗。本模块是可选模块，若电磁环境中的衰减因子较小，可以不添加该模块。该模块的前级模块是雷达-目标位置模块，后级模块是回波生成模块。

步骤4.2，添加天线加权模块，实时计算各点目标的天线加权。该模块的前级模块是雷达-目标位置模块、天线方向图模块。

步骤4.3，添加回波生成模块，实时生成各采样时刻的回波信号。点目标回波生成模块和面目标回波生成模块、多路径回波模块是三个互斥模块，当观测空间Ω的目标为点目标时，使用点目标回波生成模块，当观测空间Ω的目标为面目标时，使用面目标回波生成模块，当观测空间Ω的内的地面会产生镜面反射时，使用多路径回波模块。回波生成的前级模块是雷达-目标位置模块、时序同步模块、信号源模块、天线加权模块、路径损耗模块。

步骤5，添加所需雷达工具包，搭建信号处理子系统。将步骤2、步骤3、步骤4中添加的模块与本步骤添加的模块连线。

步骤5.1，添加AGC模块，抑制近程杂波并提升远程微弱目标检测概率。本模块是可选模块，若观测空间斜距变化较小，则不用添加该模块。该模块的前级模块是回波生成模块。

步骤5.2，添加AD模块，将信号处理端采样率降低为基带采样率。该模块的前级模块是AGC模块或回波模块。

步骤5.3，添加距离门选通模块，甄选出目标所对应的回波信号。该模块的前级模块是时序同步模块，回波模块或AD模块或AGC模块。

步骤5.4，添加脉冲压缩模块，在每个距离门选通信号截止时刻输出脉冲压缩后的一帧回波数据。该模块的前级模块是时序同步模块、距离门选通、信号源模块。若搭建SAR雷达转步骤5.13，否则顺序执行。

步骤5.5，添加MTD模块，对脉冲压缩后的一帧回波数据中做梳状滤波。该模块的前级模块是脉冲压缩模块、时序同步模块。

步骤5.6，添加CFAR模块，提取出超过门限的分辨单元。该模块一般与点凝聚模块配合使用。该模块的前级模块是MTD模块。若雷达只工作于搜索模式，转步骤6，否则，转步骤5.7。

步骤5.7，添加点凝聚模块，该模块必须与CFAR模块配合使用，将超过门限的分辨单元凝聚为同一个目标。该模块的前级模块是CFAR模块。

步骤5.8，添加测距模块，该模块的前级模块是点凝聚模块。

步骤5.9，添加测速模块，该模块的前级模块是点凝聚模块。

步骤5.10，添加测角模块，该模块的前级模块是点凝聚模块。

步骤5.11，若设计的参数存在速度模糊，则添加速度解模糊模块。该模块的前级模块是测速模块和时序同步模块。

步骤5.12，若设计的参数存在距离模糊，则添加距离解模糊模块。该模块的前级模块是测距模块和时序同步模块。转步骤6。

步骤5.13，若精确知道各慢时刻雷达位置且运算速度没有严格的要求，添加时域算法SAR成像模块，转步骤6，否则顺序执行。该模块的前级模块是脉冲压缩模块、雷达-目标位置模块。

步骤5.13，添加频域算法SAR成像模块，该模块的前级模块是脉冲压缩模块。

步骤6，根据需要，添加显控工具包中相应的显示器。

步骤7，设置simulink仿真步进为固定长度，最小仿真步进为基带采样率的倒数(若仿真射频信号则为射频采样率的倒数)，设置足够的仿真时后，单击运行在显示器模块中查看各模块输出信号的时域、频域曲线，显示测角、测速、测距结果。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:

应用了自定义数据总线技术，拥有丰富数据类型，可以有效对现有系统所需资源进行评估，仿真更加逼真，界面更加简洁；

应用了混合编程技术，与XML等脚本语言比，具备更高的执行效率，与MFC、C#等开发的软件比，继承了Matlab数以万计的模块化的数学函数，规避了C、C#等编程语言函数少、函数二次开发bug多的弊端；

应用了GPU并行加速技术：利用GPU强大处理能力和高带宽弥补CPU性能不足的计算方式在发掘计算机潜在性能，在成本和性价比方面有显著的优势。

提供模块化、图形化的雷达系统信号级数字设计环境，用户不再需要根据编译环境生成繁琐的配置文件来完成系统级联。支持用户以拖拽、连线等方式，进行雷达、通信、环境和电子战等系统的数字设计，提高了开发效率；

提供丰富的天线、发射机、处理机等雷达基础模型库，支持用户高效的进行各分立模块参数设计和系统总体设计；

提供标准化的数字测试环境，支持用户对雷达在对抗电磁和复杂地理环境下的探测性能进行数字测试和评估；

提供丰富的显控端口，支持用户方便的查看电子系统在各信号处理阶段的波形、频谱、参数、特征等；

提供友好的人机交互环境，便于用户查看雷达系统在各信号处理阶段的波形、参数，以及灵活的设置战情和进行人机交互。

如图4所示，为本发明的一实施例的雷达数字仿真方法，包括：

S10、模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；

S20、将信号源所产生的基带信号转化为中频信号；

S30、根据所述雷达位置信息、所述目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号；

S40、根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；

S50、对所述目标回波信号进行分析处理以确定所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

本发明实施例采用模块化的设计，支持用户高效的进行各层级模型和系统设计，设计丰富的雷达基础模型库，方便用户配置文件，解耦仿真系统对编译环境的依赖。

如图5所示，在一些实施例中，所述根据所述雷达位置信息、所述目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号包括：

S31、将所述中频信号下变频到基带复信号；

S32、根据所述雷达位置信息和所述目标位置信息确定雷达-目标的相对位置关系以计算各所述目标的天线加权；

S33、根据所述雷达-目标的相对位置关系计算各所述目标的路径损耗；

S34、根据所述基带复信号、所述天线加权和所述路径损耗生成传递函数；

S35、将所述传递函数与发射信号做卷积以生成基带回波信号，所述发射信号为所述信号源所产生的信号；

S36、基于所述基带回波信号生成所述中频回波信号。

如图6所示，在一些实施例中，所述根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号包括：

S41、将所述中频回波信号下变频到基带以得到基带回波信号；

S42、从所述基带回波信号中筛选出波门的延时时间内的基带回波信号为目标回波信号。

如图7所示，在一些实施例中，所述对所述目标回波信号进行分析处理包括：

S51、将发射信号与所述目标回波信号做卷积，以生成脉冲压缩后的数据帧，所述发射信号为所述信号源所产生的信号；

S52、采用梳状滤波器剔出所述数据帧中的多普勒信息；

S53、采用CFAR模块设置检测门限，将经梳状滤波器处理后的数据帧中高于门限数据选择出来；

S54、采用点凝聚模块设置凝聚门限，将经CFAR模块处理后的数据帧中凝聚门限内的目标看做同一目标，并输出至计算模块以计算得到所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

仿真测试流程说明：下面以PD雷达仿真系统为例，介绍仿真测试流程。按照系统构建说明的方法搭建PD雷达系统，输出雷达与目标的相对速度、距离、角度。

步骤1，初始化参数，设置命令字生成自定义总线，单击Start按钮运行整个系统。

步骤2，时序控制模块生成控制时序的M0、M1、M2序列，输出信号流向信号源、回波模块、距离门选通模块。流向信号源模块的数据流转步骤4，流向回波子模块的数据流转步骤11，流向距离门选通模块的数据流转步骤14。

步骤3，控制系统生成雷达位置、目标位置，输出流向回波、天线角度计算模块，转步骤8。

步骤4，信号源模块生成周期重复的基带chirp信号，输出信号流向发射机模块、匹配滤波器模块，接入Scope模块查看输出信号的频谱或时域信号，流向发射机的数据流转步骤5，流向匹配滤波器的数据流转步骤15。

步骤5，发射机模块将基带复信号上变频到中频实信号，输出信号流向回波子系统的接收机模块，接入Scope模块可查看输出信号的频谱或时域信号，转步骤6。

步骤6，回波子系统的接收机模块将中频信号下变频到基带复信号，输出信号流向降采样模块，接入Scope模块可查看输出信号的频谱或时域信号，转步骤7.

步骤7，降采样模块将信号流采样率降至基带，输出流向回波生成模块，转步骤11。

步骤8，雷达-目标位置计算模块输出流向天线加权模块、路径损耗模块，转步骤9。

步骤9，天线加权模块根据雷达-目标的相对位置关系计算各目标的天线加权，输出流向回波模块，转步骤11。

步骤10，路径损耗模块根据雷达-目标的相对位置关系计算各目标的路径损耗。输出数据流向回波模块，转步骤11。

步骤11，回波模块利用目标的-雷达的相对位置、天线加权、路径损耗、遮挡生成传函，通过GPU并行加速传函生成，传函与发射信号做卷积生成基带的回波信号，输出给升采样模块使用，通过接入Scope模块查看输出信号的频谱或时域信号，转步骤12。

步骤12，升采样模块将输出信号采样率提升连中频采样率，输出信号到发射机模块，转步骤13

步骤13，发射机模块将基带信号上变频到中频，输出到信号雷达的接收机模块使用，转步骤14。

步骤14，接收机模块将中频信号下变频到基带，输出信号流向AD模块，转步骤15。

步骤15，AD模块将信号处理端采样率降低为基带采样率，输出信号流向距离门选通模块，转步骤16。

步骤16，距离门选通模块将截取想要的回波信号，输出信号流向脉冲压缩模块。转步骤17

步骤17，脉冲压缩模块将发射信号与选通的回波信号做卷积，生成脉冲压缩后的数据帧。输出数据流向MTD模块，可接入显控工具包的A型显示器查看脉冲压缩后的波形，转步骤18。

步骤18，MTD模块是一组梳状滤波器，剔出一组脉压后的数据帧的多普勒信息。输出数据流向CFAR模块，转步骤19。

步骤19，CFAR模块设置检测门限，将高于门限的目选择出来，输出数据流向点凝聚模块，转步骤20。

步骤20，点凝聚模块设置凝聚门限，将凝聚门限内的目标看做同一目标，输出流向测距、测速、测角模块，转步骤20、步骤21。

步骤21，测速模块输出到simulink自带的Display模块，用于显示目标的测速结果。

步骤22，测距、测角模块输出到显控工具包的P显模块，P显将显示雷达的测距、测角结果。

本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是:

应用了自定义数据总线技术、混合编程技术、GPU并行加速技术，保证了雷达仿真工具设计方便、功能稳定、计算高效的特点。

提供图形化的电子系统信号级数字设计环境，用户不再需要根据编译环境生成繁琐的配置文件来完成系统级联。支持用户以拖拽、连线等方式，进行雷达、通信、环境和电子战等系统的数字设计，提高了开发效率；

提供丰富的天线、发射机、处理机等基础模型库，支持用户高效的进行各分立模块参数设计和系统总体设计；

提供标准化的数字开发测试环境，支持用户对雷达在对抗电磁和复杂地理环境下的探测性能进行数字测试和评估；

提供丰富的显控端口，支持用户方便的查看电子系统在各信号处理阶段的波形、频谱、参数、特征等；

提供友好的人机交互环境，便于用户灵活的设置战情和进行人机交互。

在一些实施例中，本发明实施例提供一种非易失性计算机可读存储介质，所述存储介质中存储有一个或多个包括执行指令的程序，所述执行指令能够被电子设备(包括但不限于计算机，服务器，或者网络设备等)读取并执行，以用于执行本发明上述任一项雷达数字仿真方法。

在一些实施例中，本发明实施例还提供一种计算机程序产品，所述计算机程序产品包括存储在非易失性计算机可读存储介质上的计算机程序，所述计算机程序包括程序指令，当所述程序指令被计算机执行时，使所述计算机执行上述任一项雷达数字仿真方法。

在一些实施例中，本发明实施例还提供一种电子设备，其包括：至少一个处理器，以及与所述至少一个处理器通信连接的存储器，其中，所述存储器存储有可被所述至少一个处理器执行的指令，所述指令被所述至少一个处理器执行，以使所述至少一个处理器能够执行雷达数字仿真方法。

在一些实施例中，本发明实施例还提供一种存储介质，其上存储有计算机程序，其特征在于，该程序被处理器执行时雷达数字仿真方法。

上述本发明实施例的雷达数字仿真系统可用于执行本发明实施例的雷达数字仿真方法，并相应的达到上述本发明实施例的实现雷达数字仿真方法所达到的技术效果，这里不再赘述。本发明实施例中可以通过硬件处理器(hardware processor)来实现相关功能模块。

图8是本申请另一实施例提供的执行雷达数字仿真方法的电子设备的硬件结构示意图，如图8所示，该设备包括：

一个或多个处理器810以及存储器820，图8中以一个处理器810为例。

执行雷达数字仿真方法的设备还可以包括：输入装置830和输出装置840。

处理器810、存储器820、输入装置830和输出装置840可以通过总线或者其他方式连接，图8中以通过总线连接为例。

存储器820作为一种非易失性计算机可读存储介质，可用于存储非易失性软件程序、非易失性计算机可执行程序以及模块，如本申请实施例中的雷达数字仿真方法对应的程序指令/模块。处理器810通过运行存储在存储器820中的非易失性软件程序、指令以及模块，从而执行服务器的各种功能应用以及数据处理，即实现上述方法实施例雷达数字仿真方法。

存储器820可以包括存储程序区和存储数据区，其中，存储程序区可存储操作系统、至少一个功能所需要的应用程序；存储数据区可存储根据雷达数字仿真装置的使用所创建的数据等。此外，存储器820可以包括高速随机存取存储器，还可以包括非易失性存储器，例如至少一个磁盘存储器件、闪存器件、或其他非易失性固态存储器件。在一些实施例中，存储器820可选包括相对于处理器810远程设置的存储器，这些远程存储器可以通过网络连接至雷达数字仿真装置。上述网络的实例包括但不限于互联网、企业内部网、局域网、移动通信网及其组合。

输入装置830可接收输入的数字或字符信息，以及产生与雷达数字仿真装置的用户设置以及功能控制有关的信号。输出装置840可包括显示屏等显示设备。

所述一个或者多个模块存储在所述存储器820中，当被所述一个或者多个处理器810执行时，执行上述任意方法实施例中的雷达数字仿真方法。

上述产品可执行本申请实施例所提供的方法，具备执行方法相应的功能模块和有益效果。未在本实施例中详尽描述的技术细节，可参见本申请实施例所提供的方法。

本申请实施例的电子设备以多种形式存在，包括但不限于:

(1)移动通信设备:这类设备的特点是具备移动通信功能，并且以提供话音、数据通信为主要目标。这类终端包括:智能手机(例如iPhone)、多媒体手机、功能性手机，以及低端手机等。

(2)超移动个人计算机设备:这类设备属于个人计算机的范畴，有计算和处理功能，一般也具备移动上网特性。这类终端包括:PDA、MID和UMPC设备等，例如iPad。

(3)便携式娱乐设备:这类设备可以显示和播放多媒体内容。该类设备包括:音频、视频播放器(例如iPod)，掌上游戏机，电子书，以及智能玩具和便携式车载导航设备。

(4)服务器:提供计算服务的设备，服务器的构成包括处理器、硬盘、内存、系统总线等，服务器和通用的计算机架构类似，但是由于需要提供高可靠的服务，因此在处理能力、稳定性、可靠性、安全性、可扩展性、可管理性等方面要求较高。

(5)其他具有数据交互功能的电子装置。

以上所描述的装置实施例仅仅是示意性的，其中所述作为分离部件说明的单元可以是或者也可以不是物理上分开的，作为单元显示的部件可以是或者也可以不是物理单元，即可以位于一个地方，或者也可以分布到多个网络单元上。可以根据实际的需要选择其中的部分或者全部模块来实现本实施例方案的目的。最后应说明的是：以上实施例仅用以说明本申请的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述实施例对本申请进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种雷达数字仿真系统，包括：

发射子系统，用于将信号源所产生的基带信号转化为中频信号，并模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；

回波生成子系统，用于根据所述雷达位置信息、目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号；

接收子系统，用于根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；

信号处理子系统，用于对所述目标回波信号进行分析处理以确定所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，所述回波子系统包括：

第一接收机模块，用于将所述中频信号下变频到基带复信号；

第一降采样模块，与所述接收机模块的输出端连接以生成基带采样率；

路径损耗模块，根据所述雷达位置信息和所述目标位置信息确定雷达-目标的相对位置关系以计算各所述目标的天线加权；

天线加权模块，根据所述雷达-目标的相对位置关系计算各所述目标的路径损耗；

回波生成模块，分别与所述降采样模块、路径损耗模块和天线加权模块的输出端连接并生成基带回波信号；

升采样模块，用于根据所述基带回波信号生成中频采样率；

发射机模块，用于根据所述中频采样率采集所述基带回波信号以得到所述中频回波信号。

3.根据权利要求1所述的系统，其中，所述接收子系统包括：

第二接收机模块，用于将接收到的所述中频回波信号下变频到基带以得到基带回波信号；

第二降采样模块，用于根据所述基带回波信号生成基带采样率；

距离门选通模块，用于基于所述基带采样率从所述基带回波信号中筛选出波门的延时时间内的基带回波信号为目标回波信号。

4.根据权利要求1所述的系统，其中，所述信号处理子系统包括：

脉冲压缩模块，用于将发射信号与所述目标回波信号做卷积，以生成脉冲压缩后的数据帧，所述发射信号为所述信号源所产生的信号；

梳妆滤波器模块，用于剔出所述数据帧中的多普勒信息；

CFAR模块，用于设置检测门限，将经梳状滤波器处理后的数据帧中高于门限数据选择出来；

点凝聚模块，用于设置凝聚门限，将经CFAR模块处理后的数据帧中凝聚门限内的目标看做同一目标，并输出至计算模块以计算得到所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

5.根据权利要求4所述的系统，其中，所述计算模块至少包括：

测距模块：测量所述目标到雷达的距离；

测速模块：测量所述目标相对于雷达的径向速度；

测角模块：测量所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

6.一种雷达数字仿真方法，包括：

模拟生成雷达位置信息和目标位置信息；

将信号源所产生的基带信号转化为中频信号；

根据所述雷达位置信息、所述目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号；

根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号；

对所述目标回波信号进行分析处理以确定所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

7.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述雷达位置信息、所述目标位置信息以及所述中频信号生成中频回波信号包括：

将所述中频信号下变频到基带复信号；

根据所述雷达位置信息和所述目标位置信息确定雷达-目标的相对位置关系以计算各所述目标的天线加权；

根据所述雷达-目标的相对位置关系计算各所述目标的路径损耗；

根据所述基带复信号、所述天线加权和所述路径损耗生成传递函数；

将所述传递函数与发射信号做卷积以生成基带回波信号，所述发射信号为所述信号源所产生的信号；

基于所述基带回波信号生成所述中频回波信号。

8.根据权利要求1所述的方法，其中，所述根据所述中频回波信号确定符合预设条件的信号为目标回波信号包括：

将所述中频回波信号下变频到基带以得到基带回波信号；

从所述基带回波信号中筛选出波门的延时时间内的基带回波信号为目标回波信号。

9.根据权利要求1所述的方法，其中，所述对所述目标回波信号进行分析处理包括：

将发射信号与所述目标回波信号做卷积，以生成脉冲压缩后的数据帧，所述发射信号为所述信号源所产生的信号；

采用梳状滤波器剔出所述数据帧中的多普勒信息；

采用CFAR模块设置检测门限，将经梳状滤波器处理后的数据帧中高于门限数据选择出来；

采用点凝聚模块设置凝聚门限，将经CFAR模块处理后的数据帧中凝聚门限内的目标看做同一目标，并输出至计算模块以计算得到所述目标到所述雷达的距离和/或所述目标相对于所述雷达的径向速度和/或所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。

10.根据权利要求4所述的方法，其中，所述计算模块至少包括：测距模块：测量所述目标到雷达的距离；

测速模块：测量所述目标相对于雷达的径向速度；

测角模块：测量所述目标相对于雷达波束指向的俯仰角和方位角。