【雷达与对抗】【2008.06】多基地雷达系统模拟器的设计与实现

本文为南非开普敦大学（作者：Marc Brooker）的博士论文，共186页。

本文介绍了一种支持多种雷达系统的信号级模拟器的设计和实现，重点研究了多基地和组网雷达。该模拟器对模拟系统的限制很少，并且支持具有任意数量接收机、发射机和散射体的系统。同样，模拟器对要模拟的雷达波形没有限制，支持脉冲、连续波（CW）和无载波雷达系统。

采用一个灵活的模型来描述要模拟的雷达系统，并以XML格式指定雷达硬件参数、散射体特性以及模拟环境中目标的布局。仿真模型的开发主要是为了兼顾灵活性和可用性的要求，保证模型能有效地用于任何类型的雷达系统。

振荡器相位噪声是影响某些雷达系统性能的一个限制因素，提出了相位噪声的确定分量和静态分量模型。基于该模型，提出了一种基于多速率信号处理的合成相位噪声序列高效生成算法，仿真研究了相位噪声对合成孔径雷达（SAR）和脉冲多普勒雷达系统的影响。

FERS仿真器是本文提出的仿真模型的一种实现，它是用C++和Python编程语言开发的。该模拟器能够利用多核和多处理器的优点，在商用PC硬件上对一些常见的雷达配置进行实时仿真。根据GNU通用公共许可证（GPL），FERS作为开源软件发布。

通过将仿真结果与理论及测量结果进行比较，验证了模拟器的输出。该模拟器的输出对于各种雷达系统都是精确的，包括组网脉冲多普勒、运动目标指示（MTI）和合成孔径（SAR）雷达系统。

This thesis presents the design and implementation of a signal level simulator supporting a wide variety of radar systems, and focusing on multistatic and netted radars. The simulator places few limits on the simulated system, and supports systems with arbitrary numbers of receivers, transmitters, and scatterers. Similarly, the simulator places no restrictions on the radar waveform to be simulated, and supports pulsed, continuous wave (CW) and carrier-free radar systems. A flexible model is used to describe the radar system to be simulated, with the parameters of the radar hardware, the properties of scatterers and the layout of objects in the simulated environment specified in XML format. The development of the simulation model focused on balancing the requirements of flexibility and usability, ensuring that the model can be efficiently used to represent any type of radar system. Oscillator phase noise is a limiting factor on the performance of some types of radar systems. The development of a model for the deterministic and static components of phase noise is presented. Based on this model, an algorithm for the efficient generation of synthetic phase noise sequences was developed, based on a multirate signal processing approach. This thesis presents this algorithm, and results of simulations of the effects of phase noise on synthetic aperture radar (SAR) and pulse-Doppler radar systems. The FERS simulator, an implementation of the simulation model presented in this thesis, was developed in the C++ and Python programming languages. This simulator is able to perform real-time simulation of some common radar configurations on commodity PC hardware, taking advantage of multicore and multiprocessor machines. FERS has been released as open source software under the GNU general public licence (GPL). Validation of the simulator output was performed by comparison of simulation results with both theory and measurements. The simulator output was found to be accurate for a wide variety of radar systems, including netted pulse-Doppler, moving target indication (MTI) and synthetic aperture (SAR) radar systems.

1 引言

1.1 研究目标

1.2 研究的重要性

1.3 本文组织结构

1.4 原创性声明

2 离散时间的雷达仿真模型

2.1 引言

2.2 环境模型

2.3 硬件模型

2.4 结论

3 时频仿真

3.1 引言

3.2 频率源随机模型

3.3 合成相位噪声序列的产生

3.4 多速率滤波器与噪声产生

3.5 基于多速率滤波器的相位噪声生成

3.6 脉冲雷达的有效噪声合成

3.7 振荡器特性对雷达信号的影响

3.8 结论

4 模拟器开发

4.1 引言

4.2 软件结构与实现

4.3 分数阶延迟滤波器设计

4.4 结论

5 模拟器精度验证

5.1 引言

5.2 模拟器与理论预测的比较

5.3 模拟器与测量值的比较

5.4 相位噪声效应仿真

5.5 结论

6 结论

6.1 总结与本文贡献

6.2 未来工作研究展望

附录A 随机仿真

附录A.1 引言

附录A.2 双基地脉冲多普勒雷达

附录A.3 合成孔径雷达SAR

附录A.4 结论

附录B 仿真模型的局限性

附录B.1 引言

附录B.2 线性特性

附录B.3 多散射体

完整原文下载地址：

http://page2.dfpan.com/fs/6lccj2321729d162c17/

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