[其他]最大熵可编程雷达回波模拟器

说明书

本模拟器是一种雷达模拟技术，解决在实验室中产生合适的雷达视频回波信号的问题，它由目标、噪声、杂波产生电路及时序输出电路组成。杂波的产生采用了以最大熵算法算出的系数构成的自回归滤波器，以白噪声作为输入，使产生的杂波满足指定的功率密度谱要求，且具有随机性。本模拟器的杂波模拟方法适用于任何一种有色噪声的模拟，并且是可编程的。本模拟器可用于雷达信号处理设备的测试和调整。

本发明是雷达模拟技术中视频回波信号的模拟技术。为了调整各种雷达信号处理设备，测试这些设备的性能指标是否达到设计要求，采用雷达回波模拟器是较好的方案。它能够在实验室中模拟雷达站实地的地形条件和气象条件，产生合适的参数可变的视频回波信号，代替实际雷达的高、中频部分（发射机、接收机等），对检波输出后的信号处理设备进行测试和调整。因此，本发明是一种视频雷达回波信号源。

为了使模拟的回波信号接近于真实的回波，现有的模拟器通常由目标模拟电路、接收机热噪声模拟电路、地物杂波和气象杂波（统称为雷达杂波）模拟电路等部分组成。雷达杂波是一种有色噪声，对于雷达杂波的模拟遇到的困难是：（一）真实的雷达杂波回波是一个随机过程，对于一个随机过程的模拟，必须保持其随机性及各种特征;（二）对真实的雷达杂波的研究尚不完善，尤其是对于杂波谱的研究虽然已提出了各种数学模型，但没有一种模型能普遍适用。这就要求在雷达杂波的模拟中具有一定的灵活性，能对各种数学模型甚至实测结果进行模拟。现有的雷达回波模拟器，以与我们最接近的日刊《三菱电机技报》1980.7.P.35～37中介绍的“雷达回波模拟器的研制”一文为例，解决雷达杂波模拟的方案是：将所需概率分布的杂波数据存贮在软磁盘内，通过微型计算机控制将数据由软磁盘送入随机存取存贮器（RAM），然后在同步信号控制下逐一读出，再用带通滤波器将杂波分为10路，把每一路的输出用起伏信号调制，以此将起伏附加上去，这种方案可以称为“存贮型”方案。用这种方案模拟产生的杂波无随机性，也不能满足杂波过程的重要特征，如功率密度谱等，无法测试频域处理设备，如动目标检测器（MTD）等。另外，还需要很大的存贮单元。

本发明的目的在于将最大熵谱估计的方法（MEM）应用于有色噪声的模拟。作为特例，应用于雷达杂波的模拟。本发明是一种“实时计算”型方案，用这种方案模拟产生的杂波具有很好的随机性，能满足任意指定的功率密度谱要求，并且只需要极少的存贮单元。

本发明的内容，是由目标模拟电路、噪声模拟电路、杂波模拟电路、时序和输出电路组成雷达回波模拟器。雷达回波模拟器的构成如图1所示。图中杂波模拟电路的核心是一个自回归滤波器，其输入是白噪声，滤波器的加权系数决定了滤波器的频率响应。因为输入的白噪声，所以同时决定了输出信号的功率谱密度形状。如果算好一组加权系数，使得由这组系数构成的滤波器系统函数的平方具有所需要的有色噪声的情况，那么，该滤波器的白噪声响应将是满足功率密度谱要求的有色噪声序列。因此，本发明的关键在于自回归滤波器加权系数的计算方法。

为了能得到有色噪声功率谱密度与滤波器加权系数之间的关系，采用了最大熵谱估计的方法。理论分析表明，最大熵谱与自回归过程的谱是一致的。因此，可以用现有的最大熵谱估计算法对一个所需要的有色噪声过程进行谱估计，得到的系数就是滤波器的加权系数。加权系数的计算过程如图2所示。这里，先给定功率密度谱模型，开方得到幅度谱，迭加随机相位后，作反傅立叶变换（IFFT），得到一个随机序列，再进行最大熵谱估计，得到滤波器加权系数。如果有实测杂波序列，可直接做最大熵谱估计，得到加权系数。

自回归滤波器的基本结构如图3所示。它有M个延迟单元，延迟后的序列值与对应的加权系数在乘法器内相乘，通过加法器全部相加再加上白噪声，得到输出，同时反馈至第一个延迟单元，由于实际电路中仅能完成实数运算，因而输出的实部和虚部必须分开计算，计算式如下：

式中：a_i为自回归滤波器加权系数

M为滤波器阶数

X_n为输出序列

ε_n为输入白噪声序列

X_n-1为输出序列经过i个延迟单元后的延迟值。