基于Matlab的军用雷达界面设计与实现

武警工程大学 耿新元 李庆鹏 李 芳

基于Matlab的军用雷达界面设计与实现

武警工程大学 耿新元 李庆鹏 李 芳

本文在分析雷达系统的工作原理和信号参数的基础上,准确再现了雷达目标的信息处理过程,实现了一部对通用雷达的软件化仿真。仿真平台基于MATLAB GUI设计结合分析现代数字信号处理技术及其应用,可为雷达操作人员训练、分析设备性能等方面提供依据，对于雷达工作人员熟悉和掌握雷达原理和信号处理流程提供了真实有效的技术手段,为开发和研制新型雷达提供良好的实验平台，具有很好的可操作性和可实现性。

雷达系统；图形界面设计；GUI

0 引言

军用雷达，顾名思义，主要是指在军事范围内使用的雷达，它的主要工作原理是通过电磁波来完成对军事目标或设备的探测，工作过程是先将电磁波发射出去，在感应到目标之后，目标物将对雷达所发射的电磁波进行反射，雷达接收到由目标物反射回的信号之后，将通过相关设备进行计算，从而由计算结果得到与目标有关的信息[1-2]。

本文通过使用基于MATLAB GUI仿真平台设计，结合分析现代数字信号处理技术及其应用,为雷达工作人员熟悉和掌握雷达原理和信号处理流程提供了真实有效的技术手段,为开发和研制新型雷达提供良好的实验平台，具有很好的可操作性和可实现性。[3]

1 Matlab GUI

MATLAB提供了具有强大功能的GUIDE(Graphical User Interface Development Environment)模板，用于创建各种用户图形对象（GUI）.而且用户可以根据需求直接在对象选择区中中进行选择，从而自动生成相应的M文件框架，这样让编写界面程序的工作变得简单很多。[4]

Matlab GUI界面由前台界面和后台回调函数两部分组成，其对应.fig文件与．m文件。其中前台界面主要包括GUI布局区及相应控件、菜单的设计。后台主要提供用来实现前台界面功能的回调函数。

2 界面设计与实现

2.1 界面功能介绍

本文模拟了一个早期预警雷达，仿真产生随机目标（坐标、速度、加速度以及RCS等）。具体地说，先用雷达方程来计算得到相关参数，包括设计的雷达发射功率、天线增益、目标距离和目标的RCS。然后通过仿真计算得出回波的幅度和相位信息。本文中还引入了动目标检测的部分，所有被检测到的目标在雷达主显示器上放置，固定目标被显示为山峰。

依据上述方法，本文在对军用雷达界面进行设计时，将主要实现以下几个功能：一是对各种参数的设定和修改，主要包括各项雷达参数、模拟环境影响参数、目标运动参数等，二是结合实际雷达的工作过程，在界面中全面显示表示雷达运行状态的信息，完成对目标的探测，并将探测结果显示在界面中，三是展示雷达在作用范围内具体的扫描过程。为了达到这些目标要求，需要在仿真界面设置P型显示器和A型显示器用于具体信息的显示，包括具体的各项数据信息和雷达图像。除此之外，还需要设置用于修改各类参数指标的数据控制区，根据需要完成数据的设定。仿真界面之外的系统后台部分主要用来完成生成数据、计算数据、传输数据等活动，具体方法是在用户输入相应的参数信息之后，后台系统将根据计算生成雷达的工作数据，然后将生成的数据进行进一步的处理，以此得到需要在显示界面显示的各项数据，之后再将这些数据通过显示器显示出来。

2.2 界面设计

遵照之前得到的结论，在仿真界面主要通过P型显示器和A型显示器完成对所需数据和雷达界面的显示。考虑到P型显示器可以为操作人员对相关信息的分析和判读提供主要依据，本系统在设计时决定将P型显示器置于显示窗口的中间位置，并将显示尺寸尽量扩大，满足用户的需求[5]。A型显示器可设置与于整个界面的左下角。参数设置区主要用来完成用户对各项参数的设定功能，包括雷达参数设置和环境参数设置。其中雷达可调参数包括脉冲重复周期、占空比、天线角速度、检测门限、更新速度等；环境可调参数包括目标个数设置、RCS、噪声电平、山峰设置等可。界面如图1所示，其中标注“1”处为主控界面，控制仿真的开始和停止，重置按钮有实现重新设置仿真参数的功能。标注“2”处为A显界面，显示仿真目标参考位置的小窗口，同时也可以显示回波信号的波形。标注“3”处为雷达可调参数。标注“4”处为环境可调参数。标注“5”处为P显界面，显示雷达检测目标的过程[6]。另外，在对雷达显示界面进行设计时，模仿了实际雷达完成扫描过程的余迹效果，具体做法是在天线完成扫描的过程中，上一个波束点的消失过程是渐变式的。需要指出的是，A型显示器输出的一维距离向目标波形显示结果与P型显示器扫描过程成映射状态，同步进行。

图1 雷达界面设计

2.3 回调函数编写

对完成的界面进行运行操作，同时利用GUI创建界面将运行界面保存为一个格式为fig的文件，系统将会自动生成一个M文件。该M文件涵盖着GUI的初始化代码，继续在M文件中增添或者修改回调函数的代码，将可以在主界面读取相关参数，也可以执行相应的控件功能。进入所选控件回调函数的方法是用鼠标右击编辑过的控件，并在弹出的选项中选择View Callbacks，再点击其下的Callbacks即可。[7]

下面以界面中的开始控件为例，对相应代码进行编写。控件的Tag属性使用系统默认值。

代码如下：

图2 运行结果一

图3 运行结果二

3 仿真实验

具体进行仿真时，以某一特定的参数为例，设定雷达参数为:脉冲重复周期为0.8ms，参差值为1，天线发射功率为10,天线速率为π/3rad /s，采样频率为50kHz，带宽0．02MHz，更新速率0.05s，目标RCS为100，电磁噪声-13dB，数字噪声级为-9dB，缓冲区脉冲个数为32，目标数为4，山峰数为3。仿真运行之后的结果显示如图2所示。图2中，蓝色不规则线条标志表示动态目标，黑色三角标志表示固定目标山峰。重新设置目标数为3，山峰数为2，其余参数不变，得到运行结果为图3。通过进行多次仿真，可以看出雷达能实现对多个目标的稳定探测和追踪，且各项指标均达到了实际要求。实验表明，仿真雷达探测跟踪结果在个数或者位置上，都大体上和实际目标的个数或位置相一致，与雷达界面仿真的性能需求相符。

4 结论

本文对复杂的雷达系统进行了模拟仿真，全文主要分成两部分，理论介绍部分和实践设计部分，理论部分系统地介绍了雷达的基本概念以及工作原理和显示原理，实践设计部分主要是利用MATLAB软件中的 GUI设计对雷达界面进行设计和仿真。基于MATLAB GUI设计的编程较为容易，设计较为直观简单，界面实现了军用雷达探测，显示的功能。通过这种方法构建的仿真，不仅设计结构便于理解，而且便于运行操作。经过仿真结果表明仿真界面设计的可行性和有效性。

[1]王燕,朱松．军用雷达发展综述[J]．国际电子战,2003(9):3-6．

[2]张连仲,王炳如,陈玲,张光义．军用雷达技术在现代战争中的应用[J]．现代雷达,2008,30(4)．

[3]董锦,蒋明．基于Matlab GUI的雷达总调软件实现[J]．电子科技,2014,27(7):8-45．

[4]刘利军．基于MATLAB的软件雷达仿真平台的设计[D]．兰州:兰州大学信息与通信工程学院,2008．

[5]徐挺,彭冬亮,薛安克．雷达系统仿真平台的研究与实现[N]．杭州电子科技大学学报,2012,32(5)．

[6]陈媛媛,徐佳,王庆松．基于MATLAB GUI的SAR杂波统计建模与仿真系统设计[J]．科学技术与工程,2011,11(30)．

[7]成鸿飞,王莹,段柳云,尹忠,宗节保．基于Matlab的雷达系统仿真软件包设计与实现[J]．现代电子技术,2010,33(16)．

耿新元【通讯作者】（1993—），山东济南人，硕士研究生在读，现就读于武警工程大学，主要研究方向：光通信技术。