CN85105633A - 最大熵可编程雷达回波模拟器 - Google Patents

Abstract

本模拟器是一种雷达模拟技术，解决在实验室中产生合适的雷达视频回波信号的问题，它由目标、噪声、杂波产生电路及时序输出电路组成。杂波的产生采用了以最大熵算法算出的系数构成的自回归滤波器，以白噪声作为输入，使产生的杂波满足指定的功率密度谱要求，且具有随机性。本模拟器的杂波模拟方法适用于任何一种有色噪声的模拟，并且是可编程的。本模拟器可用于雷达信号处理设备的测试和调整。

Description

本发明是雷达模拟技术中视频回波信号的模拟技术。为了调整各种雷达信号处理设备，测试这些设备的性能指标是否达到设计要求，采用雷达回波模拟器是较好的方案。它能够在实验室中模拟雷达站实地的地形条件和气象条件，产生合适的参数可变的视频回波信号，代替实际雷达的高、中频部分（发射机、接收机等），对检波输出后的信号处理设备进行测试和调整。因此，本发明是一种视频雷达回波信号源。

为了使模拟的回波信号接近于真实的回波，现有的模拟器通常由目标模拟电路、接收机热噪声模拟电路、地物杂波和气象杂波（统称为雷达杂波）模拟电路等部分组成。雷达杂波也是一种有色噪声，对于雷达杂波也是一种有色噪声，对于雷达杂波的模拟遇到的困难是：（一）雷达真实的杂波回波是一个随机过程，对于随机过程的模拟，必须保持其随机性及各种特征：（二）对真实的雷达杂波的研究尚不完善，尤其是对于杂波谱的研究虽然已提出了各种数学模型，但没有一种模型能普遍适用。这就要求在雷达杂波的模拟中具有一定的灵活性，能对各种数学模型甚至实测结果进行模拟。现有的雷达回波模拟器，以与我们最接近的日刊《三菱电机技报》1980.7.P.35～37中介绍的“雷达回波模拟器的研制”一文为例，解决雷达杂波模拟的方案是：将所需概率分布的杂波数据存贮在软磁盘内，通过微型计算机控制将数据由软磁盘送入随机存取存贮器（RAM），然后在同步信号控制下逐一读出，再用带通泸波器将杂波分为10路，把每一路的输出用起伏信号调制，以此将起伏附加上去，这种方案可以称为“存贮型”方案。用这种方案模拟产生的杂波无随机性，也不能满足杂波过程的重要特征，如功率密度谱等，无法测试频域处理设备，如动目标检测器（MTD）等，另外，还需要很大的存贮单元。

本发明的目的在于将最大熵谱估计的方法（MEM）应用于有色噪声的模拟。作为特例，应用于雷达杂波的模拟。本发明是一种“实时计算”型方案，用这种方案模拟产生的杂波具有很好的随机性，能满足任意指定的功率密度谱要求，并且只需要极少的存贮单元。

本发明的内容：它是由目标模拟电路、噪声模拟电路、杂波模拟电路、时序和输出电路组成。组成为雷达回波模拟器的构成图，即图一。图中杂波模拟电路的核心是一个自回归泸波器，其输入为白噪声，泸波器的加权系数决定了泸波器的频率响应。因为输入是白噪声，所以同时决定了输出信号的功率谱密度形状。如果算好一组加权系数，使得由这组系数构成的泸波器系统函数的平方具有所需要的有色噪声的形状，那么，该泸波器的白噪声响应将是满足功率密度谱要求的有色噪声序列。因此，本发明的关键在于自回归泸波器加权系数的计算方法。

为了能得到有色噪声功率谱密度与泸波器加权系数之间的关系，采用了最大熵谱估计的方法。理论分析表明，最大熵谱与自回归过程的谱是一致的。因此，可以用现有的最大熵谱估计算法对一个所需要的有色噪声过程进行谱估计，得到的系数就是泸波器的加权系数。加权系数的计算过程如图二所示。这里，先给定功率密度谱模型，开方得到幅度谱，迭加随机相位后，作反傅立叶变换（IFFT），得到一个随机序列，再进行最大熵谱估计，得到泸波器加权系数。如果有实测杂波序列，可直接做最大熵谱估计，得到加权系数。

自回归泸波器的实现：泸波器基本结构如图三所示。它有M个延迟单元，延迟后的序列值与对应的加权系数在乘法器内相乘，通过加法器全部相加再加上白噪声，得到输出，同时反馈至第一个延迟单元，由于实际电路中仅能完成实数运算，因而输出的实部和虚部必须分开计算，计算式如下：

ReXn＝ $\underset{\mathrm{i\; =\; 1}}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}$ （R_ea_i）（R_eX_n-i）- $\underset{\mathrm{i\; =\; 1}}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}$ （I_ma_i）（I_mX_n-i）+Reεn

I_mX_n＝ $\underset{\mathrm{i\; =\; 1}}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}$ （R_ea_i）（I_mX_n-i）+ $\underset{\mathrm{i\; =\; 1}}{\overset{M}{\mathrm{\Σ}}}$ （I_ma_i）（R_eX_n-i）+I_mε_n

式中：a_i为自回归泸波器加权系数

M为泸波器阶数

X_n为输出序列

ε_n为输入白噪声

X_n-i为输出序列经过i个延迟单元后的延迟值。

泸波器实际电路结构如图四所示，它全部采用数字器件，电路中采用一片数字乘法-累加器，完成时分的乘法和加法运算。序列延迟值X_n-i实部、序列延迟值X_n-i虚部、白噪声实部、白噪声虚部通过选择器（3）选择进入乘法累加器与存放在加权系数存贮器中的加权系数相乘累加，加权系数a_i存放在可编程只读存贮器（EPROM）中，由地址电路控制取出进入乘法累加器，运算的结果分别打入实部输出寄存器和虚部输出寄存器，得到了实部输出和虚部输出。输出值同时反馈到选择器（1）和（2），这两个选择器完成延迟-循环选择。在运算过程中，该选择器和延迟-循环寄存器构成循环移位电路，将序列延迟值X_n-i依次送到选择器（3），在运算结束后，该选择器和延迟-循环寄存器构成延迟移位电路，对旧值纳新值，整个运算过程用一微程序控制器作时序控制，由微程序地址电路控制取出微程序。

在模拟雷达杂波时，只要采用雷达杂波的功率密度谱模型，算出加权系数后写入加权系数存贮器，就可得到模拟的雷达杂波输出。加权系数一次可以存入数组，存放在存贮器的不同区域，改变存贮器的高位地址，可得到不同模型的杂波输出。

本发明与现有技术相比具有以下的优点：

1.采用的最大熵法是一种普遍的方法，可以适于任何有色噪声的模拟;

2.用最大熵法模拟的雷达杂波，能满足指定的功率密度谱模型或实测结果的模拟;

3.可以以编程方式改变杂波的特性;

4.以随机白噪声作为输入，使模拟的有色噪声具有随机性;

5.加权系数仅需要2M+1存贮单元，M为泸波器阶数;

6.全部采用数字器件，工作稳定。

为了实现本发明，可以按图四电路制作杂波模拟电路。加权系数的计算可以在任何型号的计算机上以任何高级语言编写程序实现。最大熵算法可以采用伯格（Burg）算法，阶数M推荐为6，将算得的加权系数在单板计算机上或专用编程器上写入可编程只读存贮器（EPROM）中，然后插入电路，即可完成模拟。如果要改变杂波特性，可以将算得的系数写在另一片存贮器中，置换后即可得到改变后的杂波特性。

附图说明：

图一：雷达回泸模拟器的构成

图二：加权系数的计算过程

图三：泸波器基本结构

图四：泸波器实际电路

Claims (4)

1、一种雷达回波模拟器，其特征在于其中包括用最大熵算法编程的杂波模拟电路。

2、按照权利要求1所述的杂波模拟电路，其特征在于用最大熵算法算出的系数来构成自回归泸波器。

3、按照权利要求1所述的杂波模拟电路，其特征在于可以通过编程方式改变所模拟的杂波特性。

4、按照权利要求1所述的杂波模拟电路，其特征在于它可用于任何有色噪声的模拟。

Images