机载雷达海杂波建模及其模拟器实现

摘要

机载雷达在对海侦察、海上搜救、资源探测以及海上作战中具有重要的应用价值。然而，机载雷达工作在复杂多变的海洋环境下不可避免地受到海杂波的严重影响。研究海杂波各项特性与建模生成海杂波序列有助于在理论上指导机载雷达系统设计与验证整个雷达系统实际性能。所以，研究海杂波建模仿真方法、以及设计相应的模拟器对机载雷达系统的设计不论在理论还是工程实践中都具有非常重要的意义。
　　本文围绕机载雷达海杂波建模及其模拟器设计相关实际问题做以下研究工作：
　　1、总结分析了影响海杂波特征性质的几种重要海表面因素；在此基础上研究了海杂波的幅度统计分布特征、时间-空间二维相关特性，并具体研究了在不同雷达参数和海环境情况下海杂波幅度分布模型；建立了机载雷达工作于海洋场景中的几何模型以及雷达回波信号模型，为海杂波建模仿真奠定理论基础。
　　2、研究了两种经典的海杂波建模仿真方法：ZMNL(Zero Memory Nonlinearity)法以及SIRP(Spherically Invariant Random Process)法；设计出高效的时域滤波算子用于生成模拟海杂波序列过程中所需要的相关高斯序列，仿真了四种幅度模型的海杂波序列，并验证其幅度分布特性以及相关特性。
　　3、制定SIRP方法实现海杂波模拟器硬件方案。研究基于Jacobi旋转做矩阵特征值分解的FPGA(Field-Programmable Gate Array)实现方法，解决模拟器中滤波器硬件实现难题；根据实际情况出发，设计上位机软件与海杂波模拟器板卡之间的通信协议以及通信数据帧格式，统筹整个模拟器系统的通信过程；选定MFC(Microsoft Foundation Classes)框架为海杂波模拟器人机交互界面的基础框架。
　　4、海杂波模拟器系统的实现与验证。首先，完成了海杂波模拟器硬件电路的设计与调试。然后，编写上位机应用软件实现高效的人机交互以及机器之间的数据交互；根据Jacobi做矩阵特征值分解方法编写Verilog程序生成时域滤波器算子；基于SIRP模拟海杂波序列流程，编写硬件程序模拟相关K分布海杂波序列。最后，通过 chipscope工具抓取海杂波模拟器中的海杂波序列导入到计算机，并在MATLAB工具中验证了模拟器生成的海杂波序列的幅度统计特性与相关特性。
　　本次基于SIRP法设计的海杂波模拟器系统能够高效地生成相关K分布海杂波序列，对工作在海洋环境下的雷达系统设计有一定的指导意义。

目录

声明

第一章 绪 论

1.1 研究背景及意义

1.2 国内外发展现状研究

1.3 本文内容安排

第二章 海杂波特征分析与建模

2.1 概述

2.2 海面基本特征及杂波特性分析

2.3 海杂波幅度统计分布模型

2.4 本章小结

第三章 机载雷达海杂波模拟方法与仿真

3.1 机载雷达回波建模

3.2 回波模拟方法研究

3.3 相关高斯序列生成方法

3.4 机载雷达海杂波回波模型仿真

3.5 本章小结

第四章 海杂波模拟器系统整体设计与验证

4.1 海杂波模拟器FPGA实现关键技术与系统架构

4.2 海杂波模拟器硬件设计

4.3 海杂波模拟器软件设计

4.4 海杂波模拟器系统各个模块验证

4.5 本章小结

第五章 总结与展望

5.1 总结

5.2 展望

致谢

参考文献