LabVIEW和Matlab在雷达系统仿真中的应用

张廷军

摘要：为了使雷达系统更接近真实雷达效果并充分利用Matlab强大的数据计算分析能力与LabVIEW优越强大的图像界面设计能力，我们先应用Matlab设计优化算法，然后用LabVIEW与其联合仿真，最终实现LabVIEW仿真结果与Matlab设计结果相同。文章对于相对简单的线性调频脉冲压缩雷达系统进行试验，通过试验证明此方法可行，并验证了相关结论。

关键词：雷达系统仿真 线性调频 联合

中图分类号：TN955 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0055-02

1 引言

近年来，数字信号处理技术、电子技术及计算机技术的革命性发展，使得雷达仿真技术有了新的发展。因此雷达模拟仿真成为性能测试过程中不可缺少的重要方式。Matlab是现在非常受欢迎的拥有强大的数据计算分析能力的软件。信息与计算机技术通过不断的发展，各个领域对数据计算的能力都有广泛的需求，是雷达模拟仿真的重要工具。Matlab的循环的执行速度、符号计算功能较弱，界面开发能力较差。LabVIEW是由美国国家仪器公司研制开发的面向对象的图形化编程语言，根据需求，用户可以设计相应的仪器系统。LabVIEW 提供众多输入控件和显示控件用于创建用户界面。创建用户界面后，可用VI和结构来添加代码，从而控制前面板对象。因此结合两者的优点，可以通过LabVIEW来实现Matlab所设计与改进的雷达模拟仿真系统，这样结合当进行雷达系统仿真时可以得到更优秀的交互界面，便于操作并能将雷达系统仿真效率大大提高。

2 LabVIEW与Matlab相结合在雷达系统仿真中的应用

2.1 雷达信号仿真原理简介

下面对一个具体实例“线性调频（Linear Frequency Modulation LFM）脉压雷达”进行仿真讨论[1-2]。

脉冲压缩雷达通过发射宽脉冲信号，然后经过对回波的接收与处理输出窄脉冲信号的雷达。首先将发射的宽脉冲进行编码，然后在接收机中采用匹配滤波的方法处理，之后便可获得脉冲压缩效果的信号。脉冲压缩技术的提出很好的解决了当在发射端发射大的时宽、带宽信号时，可以提高信号的速度分辨力以及速度测量的精确度，而在雷达的接收端，将宽的脉冲信号通过压缩将其变为窄脉冲信号，用来将雷达对目标距离向的分辨精度以及分辨力提高[3]。脉冲压缩雷达的发射信号最常使用的是LFM信号，在接收端的脉冲压缩采用匹配滤波器（Matched Filter）来实现[4]。雷达（radio detection and ranging）是用无线电的方法来发现目标并进一步探测它们的位置、速度等参数的设备。

2.2 LabVIEW与Matlab共同实现雷达系统的仿真

直到现在LabVIEW已经可以很好地把Matlab合成起来。但是它还是依然不可以自己独立于Matlab运行，如果想使应用独立于Matlab开发，可以选择的方法有基于DLL与COM的组件等。

LabVIEW主要用于数据采集与信号处理，仪器控制，自动化控制等，在图形化编程语言中相对易学易用，在虚拟仪器的设计方面与测控软件的开发上已经是在事实上的工业化的标准。然而Matlab在矩阵运算与图像处理方面提供了强大的运算能力，而且在工程的计算方面有着非常广泛的使用，其他软件与它的优势是无法比拟的。所以，对于使用两者一起来联合编程也被人们普遍的讨论。到现在为止，应用程序在相互通信方面的技术其中有动态数据交换技术，动态链接库技术，还有基于COM的ActiveX和组件对象模型的技术。不仅LabVIEW而且Matlab也支持这些技术，这些就为两者之间的数据通信提供了条件。

调用“Matlab Scrip”节点方法虽然快捷但不利于较大应用程序的开发，调用ActiveX服务器和COM组件的方法相对复杂，且不便于修改程序，后者也不便于查看中间变量。

本文采用的是首先使用Matlab设计雷达系统仿真的方法与算法，然后使用LabVIEW实现Matlab的方法，以便使方法更接近于真实的雷达系统，达到更好的效果。

2.3 基于LabVIEW与Matlab雷达系统仿真平台的开发

根据以上原理编写了Matlab程序，并进行优化，实现了线性调频脉冲压缩雷达的多目标测距的功能。

图中第一个图为没有经过脉冲压缩的雷达回波，第二个图为经过脉压之后并将横轴换算成距离的雷达回波图，可以看出与给定的参数比较接近，第三个波峰放大后可以看到可以分辨出相距20米的目标，但第四个波峰相对分辨的不是很清晰。第三个图横轴为点数没有反映出距离信息。

根据上述Matlab程序，利用LabVIEW实现的雷达系统仿真操作界面图2所示。

主题框架由参数输入控件，波形图显示控件组成，通过参数输入控件可以通过改变系统参数来分析系统性能。经过对比，应用LabVIEW编写的程序运行结果与Matlab设计的仿真系统结果相同，其参数控制及结果显示更为直观便捷。本文是对相对简单的情况做出分析说明。

3 结语

本文针对LabVIEW和Matlab在雷达系统仿真中广泛应用的情况，将两者的优势相结合，首先利用Matlab强大的数据处理能力设计优化算法，然后利用LabVIEW简洁直观并且更接近真实系统的特点实现Matlab的功能，为后续工作打下良好基础。后续可以将LabVIEW进行模块化封装及调用，可以开发出更加完善的雷达系统仿真系统，使其参数可调并实现发射信号的多样化及可随意更换的功能。

参考文献

[1]张德丰.Matlab语言高级编程[M].北京：机械工业出版社，2010.

[2]陈树学，刘萱.LabVIEW宝典丛书[M].2011.

[3]王杰.脉冲压缩雷达的干扰技术研究[D].电子科技大学，2010.

[4]向敬成，张明友.雷达系统[M].北京：电子工业出版社，2001.