分布式MIMO体制天波超视距雷达仿真系统

界面显示模块的输入为收发站点*发射信号*运动目标 的配置参数'以及 接 GUG 口参数'完成对雷达系统的配置$ 同时'探测区域的选定以矩形截取的形式完成$通过动态 链接库将以上参数输出到电离层仿真和信号处理模块实现 系统仿真$最后'以颜色图和表格形式将仿真结果直观展 示于主界面$
电离层仿真模块的输入为仿真当前时刻*信号反射点 位 置 和 高 度 参 数 '利 用 GUG=$%<> 模 型 获 取 对 应 的 电 离 层 状 态参数'并且通过射线方程计算满足反射条件的多传播路 径上回波信号参数%射线仰角*传播距离*传播模式'随后输 出到信号处理模块用于生成回波信号$
根据数据传输顺序和仿真功能流程'系统框架从功能上
雷达系统仿真工作早在$%世纪"%年代已经开始 $ (<&) 王得旺 在 (<!) 信号处理层面对 PGPK 雷达系统仿真进行了 改进$杨守国等 设 (<") 计了 PGPK 雷达 半 实 物 仿 真 系 统$ 等 基于 F0; (<>) O]L&H]L 设 计 了 PGPK 雷 达 并 行 仿 真 系 统$卢琨等 设 (<#) 计实现了传统 'M=KEJU 数据处理仿真 系统'考虑了不同电离层等效反射虚高引起的多模多径效
图<!系统框架
Z0/8<!'()*+,Q12,+A61D
相干性的影响 $ ($%) 本文考虑电离层的动态性和区域变化性影响'设计分布
式 PGPK='M=KEJU仿真验证系统$该系统集成了国际参 考电离 层 模 型 接 口 !0.*+1.2*06.241+Q+1+.5+06.6)CB+1+'GUG" ' 对分布式 PGPK='M=KEJU传播信号收发全路径*传播机 制*多径多模效应*信号处理和目标检测等流程进行完整一 体化建模仿真'实现对分布式 PGPK='M=KEJU 的性能评 估和可行性验证$系统能够利用仿真分析不同布站方式和 配置下的目标定位精度*信噪比*发现概率*可用度等性能' 为搭建实际分布式 PGPK='M=KEJU 系统提供辅助建议$ 仿真结果表明该仿真系统软件具有良好的人机交互和结果 可 视 化 功 能 '具 备 可 行 性 *扩 展 性 和 通 用 性 '对 后 续 分 布 式 PGPK='M=KEJU相关研 究 领 域 的 技 术 改 进 与 性 能 评 估 具有一定指导意义$
播效应*电离层信道不稳定以及地海杂波展宽等问题'严重
影响'M=KEJU目标检测概率*探测精度等$为解决上述问
题 许多学者将多输入多输出 '
!,;4*0C4+0.C;*,;4*0C4+6;*C;*'
雷达体制技术 引入到 通过分布式 PGPK"
(& ")
'M=KEJU(>)'
PGPK雷达 特 (#) 有的空间分集增益和波形分集增益提高信
的影响$因此'在搭建实际分布式 PGPK='M=KEJU 系统 之前'迫切需要研究能够综合评估在模拟真实环境中'不同 体制*不同配置条件下分布式 PGPK='M=KEJU 探测性能 的计算机仿真系统'以此辅助站点选择和资源配置等$
参数'利用 Z61*12.语言编译的GUG接口查询电离层数据' 并且建立与 平 P2*42T 台间的函数调用动态链接库'以此获 取 信 P2*42T 号处理仿真结果$
AAA8)()=+4+856,
分布式 L-L,体制天波超视距雷达仿真系统
郝宇航<蒋!威$王增福<$ 兰!华<雍!婷&潘!泉<
<8西北工业大学自动化学院陕西 西安 南京 #<%<$@$8 电子技术研究所江苏 南京 $<%%&@ &8信息系统安全技术重点实验室北京 <%%<@<
信号处理模块根据以上参数生成目标回波信号'并对 其依次进行接收波束形成*匹配滤波*多普勒处理*相参&非 相参积累和目标检测定位$该模块输出为信噪比*发现概
=ຫໍສະໝຸດ Baidu仿真系统框架
=>=!技术需求 配置参数对电离层*分布式 PGPK='M=KEJU 站点和
发射信号'以 及 目 标 进 行 灵 活 配 置'完 成 分 布 式 PGPK= 'M=KEJU 系 统 信 号 级 全 流 程 仿 真 '性 能 指 标 结 果 以 二 维 颜色图和表格形式进行可视化展示'实现雷达系统在不同 时间和不同布站配置下的目标定位精度*信噪比*发现概率 和可用度等性能指标评估$ =>?!框架与模块设计
!ON!"#$$%$& P1)$./),$+'D$*)#Q(4)(*+<$%5)("#+,"/%2+,3(*4,)5'?,0/+9O8O:R';#,+/# :ND/+K,+HG(4(/*"#-+4),)1)($&'%(")*$+,"4B("#+$%$H5'D/+K,+H:O887R';#,+/#
7ND/),$+/%](5C/^$*/)$*5$&!",(+"(/+V B("#+$%$H5$+-+&$*./),$+!54)(. !("1*,)5'Z(,K,+HO88ORO';#,+/"
后对雷达系统探测性能进行评估利用仿真实例验证了整体雷达仿真系统的可行性该系统的实现对于分布式
PGPK 天 波 超 视 距 雷 达 的 性 能 评 估 布 站 优 化 装 备 发 展 论 证 具 有 一 定 的 工 程 指 导 意 义
关键词分布式多输入多输出雷达天波超视距雷达信号处理仿真系统
! ! 683*$)&*%H6.)03+10./*B++QQ+5*)6Q06.6)CB+1053(.2,05)6.*B+ 3+*+5*06. C16T2T040*( 2.3 3+*+5*06. 255;125(6Q)D(=A2R+ 6R+1=*B+=B610e6. 12321'*B0) C2C+1 3+R+46C)2.0.*+/12*+3 30)*10T;*+3 ,;4*0C4+0.C;* ,;4*0C4+6;*C;*!PGPK")D(=A2R+6R+1=*B+=B610e6.12321)0,;42*06.)()*+,8V(T;0430./2,63;421)0,;42*06. Q12,+A61D2.32/12CB0524;)+10.*+1Q25+'2.30.*+/12*0./*B+06.6)CB+10532*20.*+1Q25+'*B+Q;.5*06.)6Q)0/.24 *12.),0))06.'06.6)CB+1051+Q4+5*06.')0/.241+5+C*06.')0/.24C165+))0./ 2.3*21/+*3+*+5*06. 21+1+240e+38 Z0.244('*B+123213+*+5*06.52C2T040*0+)21++R24;2*+32.3*B+Q+2)0T040*(6Q*B++.*01+12321)0,;42*06.)()*+,0) R+10Q0+3T()0,;42*06.+c2,C4+)8EB0)0,C4+,+.*+3)0,;42*06.)()*+, 52.B+4C*B+C+1Q61,2.5++R24;2*06.' 6C*0,0e2*06.6Q)0*+3+C46(,+.*'2.33+R+46C,+.*6Q30)*10T;*+3 PGPK)D(=A2R+6R+1=*B+=B610e6.123218
!!摘!要针对电离层动态性对天波超视距雷达检测概率和探测精度的影响构建了一种基于分布式多输入多
输出 体制 ,;4*0C4+0.C;*,;4*0C4+6;*C;*PGPK 的完整天波超视距雷达仿真系统通过搭建模块化仿真框架和
可视化展示界面集成电离层数据接口实现信号发射电离层反射信号接收信号处理和目标检测的功能最
中图分类号 文献标志码 E9@"\8@&!!!!
N! ! ! !+,-%<%8<$&%"&W80)).8<%%<="%>?8$%$&8%#8%\
+03*$08E*"9 L-L,3F2O4)5"'5"$O*/"O/'$0K'%O$)9)$ 30(E1)*0'%323*"(
JNK X;B2./<':GN9O M+0$'MN9OI+./Q;<'$ 'FN9 J;2<'XK9O E0./&']N9 Y;2.<
等 '22R+312 设 (<@) 计实现了仅针对单目标检测的'M=KEJU 信号处理仿真工具$然而'现有 'M=KEJU 仿真系统的设 计和实现多集中在子系统或者局部功能模块'存在系统仿
真不完善等问题'并且未针对分布式 PGPK='M=KEJU 搭 建仿真系统$同时'未考虑电离层对传播信号和信道空间
分为界面显示*信号处理*电离层仿真和布站优化!个模块' 如图<所示$模块间保证数据传输的高效性和准确性'模块 内有充分自由度对仿真算法更新迭代'具有良好可扩展性$
应 等 建 立 仿 真 软 件 但 仅 仅 为 了 $H;55640 (<\)
'M=KEJU
'
验证坐标配准方法的可行性'且使用了简化的电离层模型$
第$!%"$&卷年!#第月#期
系统工程与电子技术
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系统工程与电子技术
第!"卷!
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是'实际建 造 分 布 式 开 PGPK='M=KEJU' 展 实 验 研 究 需 察#业务逻辑层使用 70);24'*;306编译平台实现系统中数 要投入大量人力物力'并且难以预料站点选址对系统性能 据接口*参数配置和交互操作等任务#数据访问层根据配置
系统软件采用 层 业 L)+1G.*+1Q25+!LG" * 务逻辑层和数 据访问层三层软件架构设计$其中 层 'LG 使用 70);24'*;= 编 306 译平台进行 M0.Z61, 界面开发$同时'为了增强人 机交互性和界面展示直观程度'使用 N15OG'地图控件对地 面 *站 点 *目 标 等 进 行 设 定 和 展 示 '便 于 操 作 人 员 使 用 和 观
道的整体传输性能 一' (\) 定程度上能够抑制多模多径带来
的干扰(@ 从' <%) 而 提 高 系 统 目 标 检 测*跟 踪 性 能 $ (<<<$) 但
收稿日期$%$$ %& &<#修回日期$%$$ %> %##网络优先出版日期$%$$ %> $"$ 网 络 优 先 出 版 地 址 B**C)%#D.)85.D08.+*&D5,)&3+*204&<<8$!$$8E98$%$$%>$"8<&$\8%%\8B*,4 基金项目国家自然科学基金 陕 !><\#&$<<"# 西省自然科学基础研究计划 资 !$%$<:P=%>#" 助课题 $通讯作者8 引用格式郝宇航'蒋威'王增福'等8分布式 PGPK体制天波超视距雷达仿真系统(:)8系统工程与电子技术'$%$&'!"!#"%<@\<=<@\@8
!"#"$"%&"#'$()*JNK X J':GN9O M'MN9OIZ'+*248S0)*10T;*+3 PGPK)D(=A2R+6R+1=*B+=B610e6.=12321)0,;42*06.)()*+,(:)8 '()*+,)-./0.++10./2.3-4+5*16.05)'$%$&'!"!#"%<@\<=<@\@8
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<!引!言
天波超 视 距 雷 达!)D(=A2R+6R+1=*B+=B610e6.12321''M= 通 KEJU" 过电离层反射效应下视探测目标'具有探测距离 远*范围广'一定程度上克服隐身目标威胁等优势'在远程预 警*海上交通管控*环境监测及预报等领域具有重要应用价 值 $ (<$) 然而'电离层分层结构和随机变化导致多模多径传