相参相关Weibull分布海杂波建模与仿真
文章编号:1006-1630(2007)04-0058-04
相参相关Weibull 分布海杂波建模与仿真
宁汀汀,谢亚楠
(上海卫星工程研究所,上海200240)
摘 要:介绍了一种用零记忆非线性变换(ZM NL )模拟具高斯谱特性的相参相关Weibull 分布海杂波的方法。由正交白高斯噪声序列经线性滤波器产生相关的正交高斯序列,用ZM NL 将该序列通过非线性变换为相参相关Weibull 杂波。仿真结果表明,该法形成的海杂波信号与理论值吻合较好,方法可行。
关键词:海杂波;Weibull 分布;相参;相关高斯随机序列;零记忆非线性变换中图分类号:O451 文献标识码:A
Modeling and Simulation of Interference C orrelated Weibull Distribution S ea C lutter
NING Ting -ting,XIE Ya -nan
(Shang hai Institute of Satellit e Eng ineering,Shang hai 200240,China)
Abstract :A method of imitating interference correlated Weibull distribution sea clutter w ith Gaussio n spectrum by using zero memory none linearity (ZM NL )transform was put forward in this paper.T he correlated ort hogonal Gaussion sequence w as produced fro m orthogonal white G aussion noise sequence through linear filter.T hen the cor related or thogo nal Gaussion sequence was transferr ed to the interference correlated Weibull clutter thr ough none linear transfo rm by using ZM NL.T he simulat ion showed that the sea clutter acquired by this metho d was agr eed w ith the theoretic one.T he met hod was feasible.
Keywords :Sea clutter;Weibull distribution;Interference;Correlated or thog onal Gaussion sequence;Zero memory none linearity tr ansform
收稿日期:2006-08-09;修回日期:2006-10-12
作者简介:宁汀汀(1983 ),女,硕士,主要从事地面动目标检测以及合成孔径雷达信号处理等研究。
0 引言
海杂波是海面回波中雷达显示器中不需要的部
分,它的存在会使目标模糊。杂波的起伏统计特性对雷达目标检测算法设计和杂波相消处理器输入信杂比计算的影响较大,杂波的频谱特性与目标检测和脉冲多普勒滤波器设计相关。因此,快速有效模拟海杂波对雷达系统的设计,以及雷达性能的分析和改善非常重要。
目前,模拟具一定概率分布的随机序列的方法已趋于成熟。形成具一定概率分布的相关随机序列方法也在研究中,其中经典的有两种。一是球不变随机过程法(SIRP),其基本思路是:产生一相关的高斯随机序列,用特定的概率密度函数的随机序列
进行调制[1]
。该法受所求序列的阶数及自相关函
数的限制,且计算量大,不易形成快速算法。二是ZMNL,其基本思路为:产生一相关的高斯随机序列,经某种非线性变换获得需要的相关非高斯随机序列[2]。该法的特点是输入与输出序列间为复杂的非线性关系,因此须寻找输入序列与输出序列相关函数间的非线性对应关系[3]。与SIRP 法相比,ZMNL 法的计算量小,较易形成快速算法,且通用性较好。
本文采用ZM NL,对具高斯谱特性的相参相关Weibull 分布海杂波的建模进行了研究。
1 相关高斯随机序列形成
ZMNL 的原理如图1所示。图中:Y (k )为输入信号W (k )经滤波器H (z )后的函数;A y (k ),ex p ((j (k ))分别为Y (k )经极坐标变换后的幅值和相位部分;A x (k )为A y (k )用ZM NL 经系列非线
性变换的输出信号;X (k )为幅值为A x (k )、相位为 (k )的复信号。此处:j
为虚数。图1 ZMNL 原理Fig.1 Principle of ZMNL
为产生相参相关Weibull 杂波序列,需由不相关、独立同标准正态分布的随机序列生成相关的高斯随机序列,可通过频域变换和时域滤波等实现。因生成序列长度N 为任意值,当N 很大时,时域变换较难实现(涉及N N 的相关系数矩阵开平方),故本文采用频域变换法产生相关高斯分布序列。原理如图2所示[4]。图中:S v (w )为输入功率谱密度;v ,V (w )分别为服从标准正态分布、功率谱密度为1的输入信号及其傅里叶变换;H (w )为相位是 (w )的频谱函数;S y (w )为信号v 通过滤波器H (w )后得的信号功率谱函数;y 为输出信号,服从均值为0、方差为1的标准正态分布N (0,1)
。
图2 相关高斯序列产生的原理框图(频域方法)Fig.2 Generation of correlated Gauss clutter (frequency
dom ain)
设杂波的功率谱密度为S y (w ),x (n )为服从N (0, 2)分布的复独立高斯白噪声序列,则有S x (w )= 2。对离散随机序列,可用功率谱密度研究线性系统输出随机过程的统计特性,有
|线性系统转移函数|2=输出功率谱密度输入功率谱密度.
因此,当x (n)通过系统响应为H (w )的线性时不变系统,输出复平稳随机序列时,其S y (w )=|H (w )|2
S x (w )。
为具物理可实现性,取合适的 构造系统响应:
H (w )=
S y (w )
e j (w )
.对Y (w )进行逆傅里叶变换就可得满足S y (w ),且
幅值为高斯分布的复随机序列。
可将相关高斯序列视为成零均值白高斯随机信号作用于数字滤波器的响应,因此相关高斯序列产生实际上即为设计具一定功率谱相关特性的数字滤波器[5]。
2 相参相关Weibull 分布海杂波形成
Weibull 分布的概率密度函数P (x )=
p
q
x q
p-1
exp -
x q
p
.
式中:q 为尺度参数,表示分布的中位数;p 为形状参数,表示分布的偏斜度,p =2时为瑞利分布,p =1时为指数概率密度函数,根据不同的海情p 的取值范围为1.4~2.0;x 为服从Weibull 分布的海杂波信号,且x 0。
一般,可将雷达杂波模拟为一实随机过程,相关检测时,只保留杂波的同相分量而舍弃正交分量。但随着信道技术的发展,先进雷达信道多为正交相参信道,因此较完整的杂波模拟须考虑正交输出。据此,本文对海杂波建模进行了优化。建立由一线性滤波器和一非线性零记忆变换设备等组成的相参相关Weibull 杂波形成模型,其中输入为一复高斯噪声序列。模型如图3所示。图中:n 1(i ),n 2(i)为两正交的白高斯噪声序列;x (i ),y (i )为具理想自相关特性的正交高斯序列;w (i)为输出信号。
图3 相参相关Weibull 杂波形成模型
Fig.3 Generation of normal correlated Weibul-l distributed
clutter
该模型中:相参相关Weibull 杂波的形成包括两部分:左侧为正交的白高斯噪声序列经线性滤波器产生相关的正交高斯序列;右侧为采用ZM NL 将正交高斯序列经一系列非线性变换形成相参相关Weibull 杂波,输入输出间为非线性关系,具体实现如下。
由图3得:
u =x (x 2+y 2)(1
p -12)
=A cos ;
v =y (x 2+y 2)(1
p -12
)=A sin .
式中:A 为幅值,且A =(x 2
+y 2)1/p
; =arctan (y /
x )。其中,A , 相互独立。w (i )为正交信号,u(i ),v (i )分别为其实部和虚部。
因ZMNL 模型的非线性,为获得精确的Weibull 分布模型须建立相关高斯分布随机序列与相关Weibull 分布随机序列的相关函数间的关系。定义相关函数 ij =
E [w k,i ,w k ,j ]-E [w k,i ]E[w k ,j ]
D 2
[w k ,i ]D 2
[w k ,j ]
,k =1,2.
式中:E 为数学期望;D 2为方差;i,j =1, ,N ;k =1,2。其中:w 1,i ,w 1,j 相关;w 2,i ,w 2,j 相关,而w 1,i ,w 2,j 独立。则相关系数
s ij = 2(1+1p )/[ (1+2p
)- 2(1+
1p )] [2F 1(-1p ,-1p
;1; 2
ij )-1].式中:2F 1( )为高斯超几何分布; ( )为伽马函数[6]。
3 仿真
取p =1.5,q =2,回波数为2000(重复周期越多,仿真结果越佳),脉冲重复频率为1000H z 。设产生的非高斯分布序列具高斯型频谱,用两个半功率点间的频谱密度定义高斯型功率谱密度,即S (w )=exp - w
w 3dB
2
。此处: 为一常数,应
满足S (w 3dB )=0.5,即 =1.665。仿真中只使用滤波器的冲激相应,故无须考虑滤波器的具体结构。直接用h (k)的复数形式进行卷积。仿真所得相参相关Weibull 分布杂波如图4所示。
仿真的海杂波数据的幅值与理论分布的比较如图5所示。由图可知,在杂波幅值主要分布区间0~4(由图4可知)中两者较吻合。仿真的海杂波数据的频谱特性与理论分布的比较如图
6所示。由图可知,两者较接近。
本文方法存在误差的主要原因是产生高斯分布独立白噪声为伪随机序列。对随机信号,其本身的傅里叶变换并不存在,只能用功率谱密度表征其平均谱特性。因此,在统计意义下了解随机信号就要求估计其功率谱密度,其功率谱不是单位恒值。
图4 相参相关
Weibull 杂波时域波形Fig.4 Tim e -dom ain wave of normal correlated
Weibul-l distributed clutter
图5 相参相关Weibull 分布杂波幅值与理论分布的比较Fig.5 C omparison of normal correlated Weibul-l distributed
clutter am plitude with theoretic one
图6 相参相关Weibull 分布杂波频谱与理论值的比较Fig.6 C omparison of normal correlated Weibul-l distributed
clutter spectrum with theoretic one
4 结束语
随着现代雷达技术的发展,海杂波的精确建模和仿真已显得越来越重要。本文在考虑先进雷达信道为正交相参信道的基础上,对具高斯谱特性的相参相关Weibull分布海杂波进行了建模。仿真结果表明,该方法与理论值较吻合,证明其有效。用此法形成的海杂波,可用于雷达信号模拟、雷达图像分析和雷达系统设计。
参考文献
[1] RAN GASWAM Y M,WEIN ER D,OZT ERK https://www.360docs.net/doc/fe1632354.html,-
puter g eneration of cor related non-gaussian radar clutter [J].IEEE T r ans.o n AES,1995,31(1):106-115. [2] L IU B D,M U N SON D C.Generation of a random
sequence g iving a jointly specidied marg inal distribution and zutoco variance[J].IEEE T rans.on ASSP,ASSP-30,1982,(6):973-983.
[3] 毛士艺,张瑞生,许伟武,等.脉冲多普勒雷达[M].
北京:国防工业出版社,1981.
[4] VAL EN ZU EL A G R,L IAN G M B.Point-scatter ing
formulation of terrain clutter statistics[R].N av al R esearch L aboratory,1972,Repor t7459.
[5] 邬远蓉,蔡竞业.相关韦布尔杂波的建模与仿真[J].
雷达与对抗,2004,25(4):13-15.
[6] CON T E E,L ONG O M.Characterisat ion of r adar clutter
as a spherically invariant random pro cess[J].I EEE
Processings,1987,134(4):Pt.F,N o.2.
(上接第37页)
参考文献
[1] 李录贤,王铁军.扩展有限元法及其应用[J].力学进
展,2005,35(1):5-20.
[2] 王维民,庄福康.固体发动机燃烧室壳体/绝热层界面
脱粘类型及解决的技术途径[J].推进技术,1996,17
(1):89-91.
[3] SUK U M AR N,HU AN G Z Y,PR VO ST J H.
Partition o f unity enrichment for b-i material interface
cracks[J].International Journal for Numer ical M ethods in En- gineering,2004,59:1075-1102.
[4] SU KU M AR N,PR V OST J H.Modeling quas-i static
crack g rowth wit h the ex tended finite element method:
Par t I Computer implementation[J].International
Journal of Solids and Structur es,2003,40(26):7513-7537.
[5] HU AN G R,PR VOST J H.Mo deling quas-i st atic cr ack
g rowth with t he extended finite element method:P ar t
II,numerical applications[J].Inter national Jour nal of Solids and Str uctures,2003,40(26):7539-7552.
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基于MFC 和Vega Prime 的无人机三维视景仿真实现 丁梦雨 ， 芦利斌 ， 金国栋 （第二炮兵工程大学907教研室，西安710025) 关键词：无人机；Creator 建模；Vega Prime ；MFC ；视景仿真 收稿日期：2013-06-14 修稿日期：2013-07-15 作者简介：丁梦雨（1989-），女，黑龙江哈尔滨人，硕士研究生，研究方向为无人机地面控制站 利用Multigen Creator 建立无人机和地形场景模型，通过Vega Prime 来驱动视景系统，实现 一个基于MFC 的可视化无人机三维视景仿真实验平台，对无人机的飞行过程进行实时描绘，良好地再现无人机自主飞行时的飞行姿态。通过无人机试飞实验证明，该视景仿真系统取得比传统视景系统更好的效果。 摘 要：文章编号：1007-1423（2013）23-0085-05DOI ：10.3969/j.issn.1007-1423.2013.23.023 0引言 近年来，无人机在民用和军事领域都发挥着越来 越重要的作用。随着无人机飞行功能的日益完善，使得其飞控系统日趋复杂化，这就需要采集大量的数据。通常无人机地面站的数据回显功能主要由参数来直接显示，这样不够直观，对于非专业操作人员来说，无法快速直观地读取无人机的飞行状态。同时，无人机飞行实验具有高风险、高成本的特点，因此，开发一个能够满足无人机试飞实验的三维视景仿真系统，具有其特殊意义和重要性。无人机三维视景仿真是利用三维图像来实现无人机的飞行过程，实时地再现其飞行状态。操作人员通过观察三维仿真视景中无人机的飞行姿态，可以直接判断出无人机的飞行状态，这样就大大减少操作人员的工作量。三维视景仿真是在虚拟现实技术的基础上，综合计算机、图像、计算机交互及数据传输等技术进行可视化显示的一个重要技术，它能够实时动态地再现无人机飞行全过程，为今后研究无人机整个运动过程提供直观易懂的事实依据。 1三维视景仿真环境简介 1.1Creator 建模环境 Creator 是Multigen 公司创建的一个实时仿真建模软件，它拥有独创的用于描述三维虚拟场景的层次化数据结———OpenFlight 数据结构。这是一种树形的层次化结构，采用这种结构主要基于两点考虑[1]：一是这种结构可以方便地将模型按照几何特性进行有效地组织，并将其转化为能够方便地进行编辑和移动的节点的形式；二是这种树形结构非常适合实时系统进行各种遍历操作。其中，所谓的节点（node ）就是建构层次化模型数据库最基本的元素或模块。利用Creator 构造出的模型能与实时仿真软件紧密结合[2]。 Creator 主要包括两个窗口：应用程序窗口和数据库窗口。Creator 的大部分工作都是在应用程序主窗口内的模型数据库窗口中进行的，用户可以使用Creator 的工具条、建模工具或者菜单命令，在数据库窗口内完成创建模型、调整视图、编辑模型等多种操作[1]。 1.2Vega Prime 视景仿真环境 Vega Prime 是Multigen 公司推出的最新虚拟现实开发工具，具有面向对象、功能强大、界面友好、平台兼容性好等特点。它是一个进行实时仿真和虚拟现实开发的高性能软件环境和良好工具[3]，能高效地创建和配置视景仿真、基于仿真的训练、通用可视化等应用程
飞行模拟器视景仿真毕设论文
摘要 随着飞行训练的成本越来越高，培训机构急需能够部分替代实际飞行训练的飞行模拟器进行飞行模拟训练，以有效地减少飞行训练的成本，提高飞行训练的效果。飞行视景仿真是飞行模拟器的一个重要组成部分，建立飞行视景仿真系统，不仅可以降低其研制和开发的费用和周期，减少各种飞机机体实际内部故障或者不可预见的复杂飞行环境导致的可能性故障，还可以向飞行人员模拟出真实的三维场景及有效的飞行信息，提供逼真的飞行效果与飞行姿态，使得培训人员可以更快速更安全更熟练地进行各种飞行操作设备，顺利完成各种飞行任务操作以达到培训目的。 本文在分析飞行仿真的需求基础上，设计的飞行模拟器可以较好地完成飞行仿真功能，提供多种飞行训练场景，有助于飞行技术的提高和飞行体验。在飞行仿真的理论基础上，借助相关的可视化技术，综合运用模型构造、系统运行、模型驱动等一系列技术，利用Creator软件进行仿真建模，完成飞机、飞行场景的建模，设计基于Vega Prime环境的飞行视景仿真系统，实现动态在线飞机飞行运动的全过程，为飞行训练提供良好的飞行仿真环境。本系统可以建立虚拟飞行训练环境，能有效的完成基本的飞行条件，提供多种飞行场景方案，但同时也有控制功能较少，场景较为单一的缺点，待后续技术条件成熟时进一步的完善与提高。 关键词：视景仿真；Creator；Vega Prime；虚拟
飞行模拟器视景仿真系统的设计与实现 Design and Implementation of flight simulator visual simulation system Abstract With the increasingly high cost of flight training in urgent need of training institutions to a partial substitute for the actual flight training, flight simulator flight simulator training to effectively reduce the cost of flight training, flight training effect. Flight simulation is an important part of the flight simulator, flight visual simulation system, to establish not only to reduce its research and development costs and cycle, to reduce a variety of airframe internal fault, or lead to unforeseen complex flight environment the possibility of failure, but also to the flight crew to simulate the real 3D scene and flight information, provide a realistic flying effect and flight attitude, making training faster, safer and more proficient in a variety of flight operations equipment, the successful completion a variety of mission operations in order to achieve the training objectives. In this paper, the demand on the basis of the analysis of flight simulation, the design of the flight simulator can be better to complete the flight simulation capabilities, providing a variety of flight training scenarios, contribute to the improvement of flight technology and flight experience. Based on the theory of flight simulation with visualization technology, and integrated use of a series of model construction, system operation, and model-driven technology, Creator software for modeling and simulation, complete aircraft, the flight scene modeling, design-based flight of the Vega Prime environment visual simulation system, the dynamic online airplane flight movement for flight training, flight simulation environment. This system can create a virtual flight training environment, the completion of the basic flight conditions, and offers a variety of flying scenes program, but we also have less control functions the shortcomings of single scene until the follow-up technical conditions are ripe to further improve and enhance . Key Words：Visual Simulation；Creator；Vega Prime；Virtual
基于模式的视景仿真系统的构建与实现
基于模式的视景仿真系统的构建与实现 随着计算机软、硬件技术的发展与成熟,仿真模拟技术在各大领域均得到了广泛的应用和发展,视景仿真便是其中的一种。某军用电台虚拟仿真系统正是基于这一背景而提出的,包括视景仿真系统、电路仿真系统和故障库三部分。其中,视景仿真系统是整个系统最重要的部分,它通过对电路仿真结果和故障库的功能调用来实现电台整机和板卡器件及其电路波形的展示。本文以某新型军用电台为研究对象,围绕“无缝视景展示”和软件板卡级扩展的核心功能及要求,在借鉴软件设计模式的基础上,结合数据库技术、视景渲染引擎技术、MFC 面向对象设计方法设计了虚拟电台视景仿真系统的总体结构并对其 实现方法进行了描述。首先,本文阐述了软件设计模式和软件体系结构的相关概念,并重点分析比较了两种常用的交互式系统体系结构模式--MVC模式和PAC模式。通过对比研究,本文选择了MVC体系结构模式作为本视景仿真系统体系结构设计的依据。其次,总结了交互式视景仿真软件和传统的交互式软件的异同点。根据前者独有的特点,对传统的MVC模式进行改造,并裁剪掉OGRE图形渲染引擎在本仿真系统中不必要的功能,之后将其封装成为OGRE视景渲染中间件。据此提出并设计了基于MVC设计模式和视景渲染中间件的视景仿真系统软 件体系结构。第三,根据该军用电台视景仿真系统的功能需求,完成了对本视景仿真系统的组件划分(模型组件、视图组件、控制器组件和视景渲染中间件),给出了各个组件的功能、职责及各组件之间的协作关系。之后,结合设计模式的理念,设计并实现了各功能组件。最后,
给出了虚拟电台视景仿真系统的仿真流程,完成了视景仿真系统的设计实现,并展示了虚拟电台视景仿真系统的运行实例。此后,依据软件开发流程对本电台视景仿真系统进行了系统功能测试。测试结果表明该系统各项功能指标满足软件需求中所要求的功能项。如今,在该体系结构下完成的虚拟电台视景仿真系统已应用于合作方的日常教学和训练中。截至目前,合作方对此系统反应良好。
海杂波的建模与仿真
信息与通信工程学院 综合实验(1)设计报告海杂波的建模与仿真 学号：S310080092 专业：通信与信息系统 学生姓名：韩鹏 任课教师：穆琳琳 2011年6月
海杂波的建模与仿真 韩鹏 摘要：海杂波的建模与仿真是雷达目标模拟中环境模拟的重要部分。仿真得到的海杂波数据良好与否是雷达最优化设计及雷达信号处理的关键。海杂波的存在对雷达的目标检测、定位跟踪的性能都将产生影响，因此，在海杂波为主要干扰源的情况下，有必要对雷达探测区域内的海杂波特性进行分析，本文给出了海杂波的一些相关特性和几种分布下海杂波的模型以及两种海杂波的模拟方法，一种是无记忆非线性变换法(Zero Memory Nonlinearity,ZMNL)，另一种是球形不变随机过程法(Spherically Invariant Random Process,SIRP)，最后给出ZMNL模拟方法的仿真。 关键词：海杂波随机过程建模与仿真ZMNL SIRP 一、实验目的 海面上反射回来的不需要的杂波称为海杂波。海杂波的存在对雷达的目标检测、定位跟踪的性能都将产生影响，因此，在海杂波为主要干扰源的情况下，有必要对雷达探测区域内的海杂波特性进行分析，建立准确的海杂波模型，一方面可以为雷达系统仿真提供逼真的杂波环境的模型；另一方面则有助于雷达杂波滤波器的设计和实现，提高抑制杂波的能力，提高雷达的探测性能。因此，海杂波的建模与仿真具有重要意义。 二、实验内容简介 2.1海杂波的概念和统计性质 2.1.1海杂波的概念 大家都知道，雷达系统的主要功能是目标检测，即发现目标。还可以在一个或者多个雷达坐标上，粗略的确定目标的位置。雷达可以对目标进行重复测量的方法，沿目标轨道对目标进行跟踪，可以外推到未来位置，估计拦截点或落点，也可以向后外推，估计发射点。 但是当雷达探测位于陆地或海面上的目标时，雷达接受的不仅有目标的回波，而且叠加有不需要的被照射区域的回波，这部分回波在雷达术语里就被称为杂波。雷达杂波就是雷达波束在物体表面形成的后向散射，海杂波就是海面上反射回来的杂波，它表现出更强的动态特性。海面作为雷达波的反射面，其性能十分复杂，海风、海流、海浪、潮汐和不同的水质等都对海杂波的产生有着不同的影响。 2.1.2海杂波的统计性质 雷达接受信号一般包括下面三个组成部分：1)有用的雷达目标回波；2)由于电干扰和雷达设备本身等形成的噪声；3)地面、海面及空中的云雨、干扰箔条等背景形成的杂波。由于杂波信号的强度远远超过目标信号，并且杂波谱常常接近于目标，同时还受雷达设备参数的影响，这些因素增大了雷达对杂波的处理难度。
三通道飞行训练器视景仿真系统
龙源期刊网 https://www.360docs.net/doc/fe1632354.html, 三通道飞行训练器视景仿真系统 作者：任文婷王续乔李树君 来源：《数字技术与应用》2011年第08期 摘要：飞行模拟器视景显示系统的主要功能是将图像生成设备生成的视景图像通过显示设备显示给飞行员，它是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低直接影响到飞行训练模拟器性能和模拟训练效果。 关键词：飞行训练器仿真系统 中图分类号：TP391.9 文献标识码：A 文章编号：1007-9416(2011)08-0060-02 1、引言 视景显示系统用于舱外景象的模拟，提供逼真的舱外景象，是飞行模拟器的重要组成部分, 其主要功能是将图像生成设备生成的视景图像通过显示设备显示给飞行员，它是飞行员获取信息的主要窗口，其性能指标的高低、显示效果的真实与否，直接关系到飞行员能否对景象做出正确的判断，从而能否及时准确地做出相应的反应，并最终影响到飞行模拟器性能和模拟训练效果[1]。 为了实现飞行时要求大视场角，采用环形柱面的显示屏幕，另外高清晰的窗外视景要求，通过多屏幕显示达到效果。由于当投影机投影到非平面屏幕上时，图像的几何形状发生了变形，引起了几图像非线性失真。多屏幕显示会带来多屏拼接问题。目前迅速崛起的几何校正与边缘融合大屏幕“无缝”拼接投影显示技术为满足高分辨率整体感视景仿真系统提供了有效途径[2]。 本文介绍了三通道柱面投影的飞行训练器视景系统的系统设计，通过采用基于极坐标系从的纹理贴图的几何校正方法[3]，解决二维平面到三维柱面空间几何失真问题。采用基于伽马 校正的边缘融合处理，实现三通道的无缝拼接。 2、系统设计 飞行训练器视景系统采用了一台图形工作站配3个图形卡实现3个通道，选用Dell Precision全新产品系列中的T5500作为图形工作站，安装上3个高性能显卡。宽视角画面经拆分成3个部分从3个显卡输出到投影仪上,最终将立体图像投影在水平视场角为180°，半径 R=3000mm，显示高度H=2400mm的环形柱幕上。三台投影仪位于圆点位置。视景系统的分辨率为1280×1024,图像更新率为30 Hz,系统延迟小于80ms。系统的结构图如图2-1所示。
相参相关Weibull分布海杂波建模与仿真_宁汀汀
文章编号:1006-1630(2007)04-0058-04 相参相关Weibull 分布海杂波建模与仿真 宁汀汀,谢亚楠 (上海卫星工程研究所,上海200240) 摘 要:介绍了一种用零记忆非线性变换(ZM NL )模拟具高斯谱特性的相参相关Weibull 分布海杂波的方法。由正交白高斯噪声序列经线性滤波器产生相关的正交高斯序列,用ZM NL 将该序列通过非线性变换为相参相关Weibull 杂波。仿真结果表明,该法形成的海杂波信号与理论值吻合较好,方法可行。 关键词:海杂波;Weibull 分布;相参;相关高斯随机序列;零记忆非线性变换中图分类号:O451 文献标识码:A Modeling and Simulation of Interference C orrelated Weibull Distribution S ea C lutter NING Ting -ting,XIE Ya -nan (Shang hai Institute of Satellit e Eng ineering,Shang hai 200240,China) Abstract :A method of imitating interference correlated Weibull distribution sea clutter w ith Gaussio n spectrum by using zero memory none linearity (ZM NL )transform was put forward in this paper.T he correlated ort hogonal Gaussion sequence w as produced fro m orthogonal white G aussion noise sequence through linear filter.T hen the cor related or thogo nal Gaussion sequence was transferr ed to the interference correlated Weibull clutter thr ough none linear transfo rm by using ZM NL.T he simulat ion showed that the sea clutter acquired by this metho d was agr eed w ith the theoretic one.T he met hod was feasible. Keywords :Sea clutter;Weibull distribution;Interference;Correlated or thog onal Gaussion sequence;Zero memory none linearity tr ansform 收稿日期:2006-08-09;修回日期:2006-10-12 作者简介:宁汀汀(1983)),女,硕士,主要从事地面动目标检测以及合成孔径雷达信号处理等研究。 0 引言 海杂波是海面回波中雷达显示器中不需要的部 分,它的存在会使目标模糊。杂波的起伏统计特性对雷达目标检测算法设计和杂波相消处理器输入信杂比计算的影响较大,杂波的频谱特性与目标检测和脉冲多普勒滤波器设计相关。因此,快速有效模拟海杂波对雷达系统的设计,以及雷达性能的分析和改善非常重要。 目前,模拟具一定概率分布的随机序列的方法已趋于成熟。形成具一定概率分布的相关随机序列方法也在研究中,其中经典的有两种。一是球不变随机过程法(SIRP),其基本思路是:产生一相关的高斯随机序列,用特定的概率密度函数的随机序列 进行调制[1] 。该法受所求序列的阶数及自相关函 数的限制,且计算量大,不易形成快速算法。二是ZMNL,其基本思路为:产生一相关的高斯随机序列,经某种非线性变换获得需要的相关非高斯随机序列[2]。该法的特点是输入与输出序列间为复杂的非线性关系,因此须寻找输入序列与输出序列相关函数间的非线性对应关系[3]。与SIRP 法相比,ZMNL 法的计算量小,较易形成快速算法,且通用性较好。 本文采用ZM NL,对具高斯谱特性的相参相关Weibull 分布海杂波的建模进行了研究。 1 相关高斯随机序列形成 ZMNL 的原理如图1所示。图中:Y (k )为输入信号W (k )经滤波器H (z )后的函数;A y (k ),ex p ((j H (k ))分别为Y (k )经极坐标变换后的幅值和相位部分;A x (k )为A y (k )用ZM NL 经系列非线