基于虛擬儀器技術(shù)和Matlab軟件實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波起伏模型的搭建

1 引 言

近年來隨著電子技術(shù)和計(jì)算機(jī)數(shù)字模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達(dá)模擬方式以其經(jīng)濟(jì)、靈活和逼真等特點(diǎn)逐漸成為雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)、分析和性能測試過程中不可或缺的手段，廣泛用于對雷達(dá)分系統(tǒng)的調(diào)試、性能評價(jià)，雷達(dá)前端不具備的條件下對系統(tǒng)后級(jí)進(jìn)行分析調(diào)試以及對雷達(dá)整機(jī)性能和指標(biāo)的檢驗(yàn)等方面。但目前對雷達(dá)回波起伏特性的模擬一般是基于專用雷達(dá)模擬器的，而利用通用儀器研究回波起伏特性還不多見。

虛擬儀器技術(shù)是現(xiàn)代計(jì)算機(jī)技術(shù)、通信技術(shù)和測量技術(shù)相結(jié)合的產(chǎn)物，代表了現(xiàn)代測試技術(shù)和儀器技術(shù)的發(fā)展方向。圖形化虛擬儀器編程軟件Lab VIEW自身功能強(qiáng)大，環(huán)境友善，他在測試與測量、過程控制與處理、科學(xué)研究和分析等方面有廣泛的應(yīng)用。但是，對于一些需要進(jìn)行大量數(shù)據(jù)運(yùn)算處理的復(fù)雜應(yīng)用，LabVIEW顯得有些力不從心。而Matlab具有很強(qiáng)的工程計(jì)算功能，已成為應(yīng)用學(xué)科中的計(jì)算機(jī)輔助分析、設(shè)計(jì)、仿真等不可缺少的基礎(chǔ)軟件。

Agilent E8267D，E4438C，E443XB等系列矢量信號(hào)發(fā)生器允許用戶利用Matlab軟件編寫波形文件，然后通過Agilent Download

Assistant程序?qū)⒃摬ㄐ挝募?a href="http://srfitnesspt.com/soft/special/" target="_blank">下載到信號(hào)發(fā)生器中，并調(diào)制載波，在觸發(fā)信號(hào)的控制下傳輸調(diào)制信號(hào)。

因此，可以利用上述通用儀器的特性在LabVIEW軟件平臺(tái)上與Matlab相結(jié)合來模擬Swerling Ⅰ、Ⅱ型起伏信號(hào)。

2 硬 件

圖1為硬件組成，利用Matlab軟件建立雷達(dá)回波起伏模型，然后通過Agilent Download Assistant程序?qū)atlab產(chǎn)生的I/Q數(shù)字波形經(jīng)GPIB總線送入到通用儀器的任意波形發(fā)生器存儲(chǔ)器中，選擇適當(dāng)?shù)挠|發(fā)源、觸發(fā)類型來觸發(fā)波形文件，從而可以得到RF輸出。

由于雷達(dá)的工作頻率較高，如果將E8267D的頻率設(shè)為雷達(dá)工作頻率，則E8267D的RF輸出信號(hào)雖可使雷達(dá)工作，但無法在示波器上觀察。因此為了觀察的方便，將雷達(dá)的同步脈沖信號(hào)接到。E8267D的PATTEN TRIG IN接口，作為信號(hào)發(fā)生器的外部觸發(fā)信號(hào)。將信號(hào)發(fā)生器的頻率設(shè)小些，即可在示波器上觀察RF輸出信號(hào)。

3 軟 件

3．1 Swerling Ⅰ，Ⅱ型起伏數(shù)學(xué)模型

Swerling Ⅰ，Ⅱ型起伏是指回波幅度分別按瑞利分布作一致起伏和獨(dú)立起伏，其概率密度函數(shù)如式（1）所示。他們間的差別僅是幅度起伏速度的不同。

其中，y為服從0～1均勻分布的隨機(jī)變量。由式（2）即可得到幅度服從瑞利分布的序列。

3．2 Lab VIEW與Matlab通信接口

Lab VIEW提供了Matlab Script節(jié)點(diǎn)和ActiveX函數(shù)模板使LabVIEW與Matlab之間能夠進(jìn)行通信。

Matlab Script節(jié)點(diǎn)具有多輸入、多輸出的特點(diǎn)。在節(jié)點(diǎn)中，用戶可以編輯Matlab程序，也可以直接調(diào)入已經(jīng)存在的Matlab程序，并在Lab VIEW環(huán)境下運(yùn)行，因此快捷方便。

對于ActiveX函數(shù)模板，用戶可以在Lab VIEW中使用引用（Refnum，也稱“參考”）作為某個(gè)對象（文件、設(shè)備、網(wǎng)絡(luò)連接）的惟一標(biāo)志符。由于引用是指向某一對象（如Matlab文件）的臨時(shí)指針，因此他僅在對象被打開時(shí)有效，一旦對象被關(guān)閉，Lab VIEW就會(huì)自動(dòng)斷開連接。

由于通過Matlab Script節(jié)點(diǎn)進(jìn)行通信比較易于實(shí)現(xiàn)，因此本文使用該接口。

3．3起伏包絡(luò)

設(shè)定E8267D中的任意波形發(fā)生器的時(shí)鐘頻率smplclk為l00．MHz。脈沖包絡(luò)波形內(nèi)的每一點(diǎn)將占據(jù)1/smplclk或10 ns時(shí)間。設(shè)n為脈沖上升、工作、下降或切斷數(shù)組中的點(diǎn)數(shù)，則脈沖相應(yīng)的時(shí)間為，n*10 ns。用戶可以根據(jù)下面的命令來計(jì)算脈沖寬度和脈沖重復(fù)周期。只要選擇合適的n值就可以得到所需寬度、重復(fù)周期的脈沖。

圖2為利用Matlab Script節(jié)點(diǎn)產(chǎn)生單脈沖包絡(luò)的程序。其中脈沖包絡(luò)的幅度A根據(jù)前面產(chǎn)生瑞利分布序列的原理得到。

設(shè)非相干積累數(shù)為N，則在一個(gè)觀測時(shí)間內(nèi)，對于Swerling I型回波信號(hào)，其N個(gè)序列的幅度A均取同一值；在另一個(gè)觀測時(shí)間，A的值是獨(dú)立的。對于Swerling Ⅱ型回波信號(hào)，每個(gè)觀測時(shí)間內(nèi)，A的值是獨(dú)立。

3．4 下載起伏波形

Agilent公司開發(fā)出的Download Assistant程序可以在公司網(wǎng)站上免費(fèi)下載。他將Matlab的關(guān)鍵詞添加到數(shù)據(jù)控制程序上，并將數(shù)據(jù)數(shù)組經(jīng)公共GPIB接口卡送人信號(hào)發(fā)生器。因此，利用該程序很容易將Matlab波形文件傳輸?shù)紼8267D中。他們實(shí)際上是一些Matlab子程序，可以在主程序中調(diào)用他們，以實(shí)現(xiàn)對儀器的控制。

E8267D提供了4種觸發(fā)模式，在這里選擇SegmentAdvance→Single。將每個(gè)單脈沖存儲(chǔ)為一個(gè)波形段（Seg-ment），再將波形段組合成序列（Sequence）。若選擇觸發(fā)極性為正，關(guān)閉觸發(fā)延遲，則在每個(gè)同步脈沖的上升沿到來時(shí)會(huì)有一個(gè)起伏脈沖輸出。下面為部分SCPI命令。

回波信號(hào)相對于同步脈沖有一定的時(shí)延t。由于將同步脈沖作為觸發(fā)輸入信號(hào)，因此延遲時(shí)間f的大小可以通過Trig Delay來設(shè)置。

同時(shí)也可以根據(jù)前面編寫單脈沖的方法，在單脈沖前加一定長度的零數(shù)組來實(shí)現(xiàn)延遲。延遲時(shí)間要根據(jù)數(shù)組點(diǎn)數(shù)與任意波形發(fā)生器的時(shí)鐘頻率smplclk來計(jì)算。

圖3為下載起伏波形的代碼。為了便于在前面板中對信號(hào)發(fā)生器幅度、頻率、觸發(fā)延遲時(shí)間進(jìn)行控制，將其設(shè)為輸入變量。由于Matlab Script節(jié)點(diǎn)中要求這3個(gè)輸入變量為字符串型，因此需通過“Number To FractionalString”函數(shù)將數(shù)值型變量轉(zhuǎn)化成字符型變量。

3．5讀示波器數(shù)據(jù)

示波器在這里主要是充當(dāng)數(shù)據(jù)采集的功能，以便計(jì)算機(jī)對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理。

在Lab VIEW環(huán)境里，可以使用儀器I/O助手完成與示波器通信的工作，如圖4所示。

在儀器I/O助手中選中Query and Parse，并在Entera command文本框中輸入如下查詢命令：

Data：SOUrce CH2；：DATA：ENCdg RIBINARY；WIDTH1；：CURVe？

單擊Run this step按鈕，從示波器第2個(gè)通道中讀取波形數(shù)據(jù)后顯示在響應(yīng)窗口內(nèi)。最后對波形數(shù)據(jù)進(jìn)行解析，從而可以得到E8267D的RF輸出波形，如圖5，圖6所示。

4 結(jié)語

利用LabVIEW與Matlab進(jìn)行混合編程，一方面可應(yīng)用Lab VIEW強(qiáng)大的G語言的編程方法，提高開發(fā)虛擬系統(tǒng)的效率；另一方面可利用Matlab能夠進(jìn)行復(fù)雜數(shù)值計(jì)算的優(yōu)勢大大增強(qiáng)Lab VIEW功效，從而可以更好地控制儀器、實(shí)現(xiàn)雷達(dá)回波起伏特性模擬，以便進(jìn)行后續(xù)的自動(dòng)測試工作。

責(zé)任編輯：gt