雷达实体运行环境的计算机模拟仿真介绍

侯炜，李鹏，黄远

（国家计算机网络应急技术处理协调中心，北京　100029）

雷达实体运行环境的计算机模拟仿真介绍

侯炜，李鹏，黄远

（国家计算机网络应急技术处理协调中心，北京100029）

0　引言

计算机仿真技术是以相似原理（所谓相似就是指模型中的每个要素必须与原型所对应的要素相似）、信息技术（主要指用于处理和管理各类信息的技术的总称）、系统技术及相应领域的专业技术为基础，以通用计算机以及各种物理效应设备（指通过物理媒介可以模拟实体行为的设备），利用系统模拟对实际存在的或者假想的系统进行模拟实验的一门综合性技术，利用系统模型对实际的或设想的系统进行试验研究的一门综合性技术。

所谓系统模型是指是系统的某种特定性能的一种抽象形式，系统模型实质上是由研究目的确定的、关于系统某一方面本质属性的抽象和简化，并以某种表达形式来描述。模型可以描述系统的本质和内在的关系，通过对模型的分析研究，达到对原型系统的了解。

系统模型的建立是系统仿真的基础，而系统模型是以系统之间的相似原理为基础的。而在相似性原理中指出，对于自然界的任一系统，将存在另一个系统，它们之间在某种意义上可以建立相似的数学描述或存在相似的物理属性。因此每一个系统都是可以用模型在某种意义上来近似，这是系统仿真的理论研究基础。

本文通过计算机仿真技术对雷达运行环境进行了模拟仿真实现，并通过常用的概率分布技术对文中所创建的模型进行了仿真，并得出最终的误差率［1］。

1　雷达运行环境模型的建立

对于雷达运行环境的模拟需要实现两个主要的功能，一是产生雷达所需的信号环境，另一个就是对雷达体制内的信号进行模拟处理。

对于信号环境主要实现的模拟内容有：接收机系统噪声、特定环境下的噪声、无源干扰、有源干扰以及人为产生的主动干扰等，由于这些信号都有起伏，因此在系统仿真过程中需要建立适当的模型去逼近真实值；如何对这些产生的模拟信号进行处理，是雷达仿真需要进行的第二步，此过程需要根据实际的雷达参数建立恰当的数学模型进行模拟仿真。

雷达运行环境模型的创建：

根据雷达实际运行环境的考虑，一般进行如下流程仿真：

（1）噪声的产生；

（2）信号的检测；

（3）根据既定参数判断是否在可发现范围。

根据以上描述，本文创建如图1所示的目标仿真模型：

图1　雷达运行仿真模型图

对于图1所示的雷达运行环境的模拟流程来说，首先仿真的过程需要产生相应的噪声，一般的噪声产生包括内在和外在环境的噪声以及故意产生的电磁干扰等，系统仿真自身产生所需的信号，然后计算信号以及噪声各自的平均功率，最后根据初设的雷达发现概率来判断相应的目标是否在可发现的范围，从而完成雷达仿真的过程［2，4］。

2　雷达运行环境仿真相关环节的详细介绍

（1）噪声功率的定义

在实际的运行环境中噪声功率的考虑不仅是来自接收机内部的电阻热噪声，同时也包括来自外部环境—如太阳和宇宙噪声、大气噪声等，根据噪声功率的定义，用噪声温度表示为：

天线端的噪声温度：Ta'是以雷达频率看到的天空视在温度，通过查表得到，当波束宽度1.5，雷达频率3000M时，Ta'=55K，La为天线内的耗散损耗。

Ttr/Lr是输入RF元件的物理温度和损耗。

T0=290K，Fn为接收机噪声系数。

例如：一部Fn=5dB的C波段低噪声RF放大器接收机，通过Lr=1dB馈线连到θ=0.5度指向的天线，天线内部损耗很低，La=0.2dB，旁瓣正常。此接收机与接收的7us脉冲相匹配［3］。

（2）通过概率论的思想验证雷达运行环境仿真的逼真性

①正态分布对雷达运行的逼真性验证

准正态分布N（0，1）的概率密度函数为：

这样，这些数列在［a，b］之间的分布为：

取a=0，b=0.5，则可以计算出此时F（0，0.5）。用MATLAB来计算这个定积分，语句如：

计算结果为0.1915。

现在通过仿真程序设计模拟服从标准正态分布的随机数列的算法，并在仿真模型中进行验证：

实际运行结果：

去掉最高值和最低值209，158，最后取均值：187，概率为0.187，误差率为2.87%，逼近度比较高。

②韦伯分布的验证试验

韦伯分布的概率密度函数为：

随机数列的产生算法为：

其中，α为形状参数，β为比例参数，在此可以令α =3，β=σm，σm为σc的均值。

在仿真时，随机数列的产生算法：X=β*（-lnγ）1/α，其中，γ是0～1之间的均匀分布的随机数列。

通过MATLAB，可以计算F（0，8.0），即数列小于均值的概率，语句如下：

计算结果为0.6321。

程序执行10次，得到的结果为647，637，644，636，627，640，601，658，633，641，平均为636，即0.636，误差率为0.6%，精度较高。

通过以上概率分布的验证，该模型的建立可以满足雷达仿真所需要的信号环境，

3　结语

雷达仿真作为雷达性能研究的重要环节之一，根据雷达实际的运行情况设计适当的模型对雷达性能进行仿真，这样降低了雷达研发过程中的实验费用，通过计算机仿真技术得出的仿真结果基本上与实际运行情况是相符的，因此本文设计并验证了一种雷达运行环境的模拟运行状态，并通过概率论的手段对所创建的模型进行了验证，得出误差率是趋于真实值的，满足雷达所需的仿真前提条件。

［1］郑钧耀.雷达仿真系统组件化及分布式应用研究［D］.电子科技大学，2011.

［2］秦志乐，官林海，乐意.地面雷达中的PD工作方式设计［J］.电子技术与软件工程，2015（11）.

［3］杨志谦.远程显示控制系统在地面雷达中的实现［J］.国外电子元器件，2005（08）.

［4］韩兴斌，颜坤玉，冯富强.基于雷达高度表信号的低空目标检测技术［J］.电子信息对抗技术，2015（3）.

Radar Entities；Computing Simulation；Radar Model；Probability

Introduction to the Computer Simulation of the Radar Entities Running Environment

HOU Wei，LI Peng，HUANG Yuan
（National Computer Network Emergency Response Technology，Beijing 100029）

1007-1423（2015）29-0042-03

10.3969/j.issn.1007-1423.2015.29.011

侯炜（1981-），男，博士，工程师，研究方向为通信网络、信号处理等

李鹏（1983-），男，山东青岛人，硕士研究生，中级职称，研究方向为信息安全

黄远（1980-），女，河南濮阳人，硕士研究生，工程师，研究方向为信息安全

2015-08-20

2015-09-30

雷达实体的仿真对于雷达性能的研究至关重要，建立合适的雷达实体模型是雷达仿真的重中之重，雷达的仿真主要对噪声产生、信号处理、目标发现等基础方面研究出发，并结合实际的需求进行真实值迫近的概率计算。从计算机仿真的角度出发介绍基于雷达实体运行的仿真模型，并通过概率论的方法论证所建仿真模型的正确性。

雷达实体；计算机仿真；雷达模型；概率

The radar entities simulation is important for the research on radar performance radar，so creates the right radar entities is a top priority for radar simulation.The radar simulation mainly studies from the noise，signal processing and target discover and so on，and combined with the actual the true value of the probability of the impending demand computing.Introduces the simulation modal based on the radar entities as the computing simulation，and demonstrates the correctness of the simulation model built by probability theory.