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基于深度生成学习的雷达杂波模拟技术研究

基于深度生成学习的雷达杂波模拟技术研究

作者：马鑫电子科技大学

学位级别：硕士

随着雷达分辨率的提高和雷达工作环境的多样化,雷达杂波表现出非高斯、非平稳等特性,传统杂波模拟方法难以全面准确地模拟这些特性。针对上述问题,研究人员利用深度神经网络强大的学习和生成能力,对杂波的各项特性进行学习,从而模拟生... 详细信息

随着雷达分辨率的提高和雷达工作环境的多样化,雷达杂波表现出非高斯、非平稳等特性,传统杂波模拟方法难以全面准确地模拟这些特性。针对上述问题,研究人员利用深度神经网络强大的学习和生成能力,对杂波的各项特性进行学习,从而模拟生成更为逼真的杂波数据,这一方法逐渐成为研究热点。论文将深度卷积生成对抗网络（DCGAN）用于杂波模拟任务,构建了杂波生成模型,实现了杂波的生成和条件控制,最终得到高精度的模拟杂波,验证了DCGAN在杂波模拟领域的巨大潜力。全文主要研究内容概括如下:1.对杂波特性进行了研究。基于国内外相关海杂波测量实验,分析了实测海杂波的统计特性,针对实测杂波数据格式不统一,无法用于DCGAN训练的问题,对实测杂波数据进行了拆分、归一化等处理,使得实测杂波数据集格式规范化的同时保留了原始杂波数据的非高斯、非平稳等特性。2.对基于统计特性的杂波模拟方法进行研究。对传统杂波模拟方法的工作原理和流程进行梳理,采用传统方法对实测杂波数据进行了拟合、建模和仿真,实验结果表明,K分布模型可以较好的拟合实测杂波数据的幅度分布,通过拟合K分布得到了模拟杂波数据,其统计特性逼真度较好。3.针对传统方法生成的杂波存在精度损失的问题,采用DCGAN模型实现了杂波的高精度模拟。将残差结构融入到DCGAN模型中,提高了DCGAN模型的稳定性;使用上采样代替转置卷积,解决了DCGAN固有的“棋盘效应”,提高生成二维杂波的随机性。与传统杂波模拟方法和Wave GAN生成模型这两种基准方法相比,基于DCGAN模型生成的杂波更加逼真,在幅度分布特性、相关性、非平稳性等方面表现更加优异,在定量的MMD指标对比上也全面优于两种基准方法。4.使用模拟杂波数据集研究了连续条件下的杂波生成模型,在DCGAN模型的基础上加入条件控制模块,实现了连续条件下的杂波生成。对基于回归标签的杂波生成任务的难点进行分析,并给出相应的解决方案;提出了Reg-DCGAN和fastReg-DCGAN两种标签嵌入方式,完成了基于回归标签的杂波生成任务,两种模型在标签一致性方面的表现远优于传统CGAN模型,并且fast-Reg-DCGAN的标签嵌入方式是非侵入式的,适合任何GAN架构,训练速度也比Reg-DCGAN快16%。

关键词：杂波模拟统计特性生成对抗网络条件控制

雷达回波模拟波束关键照射区域实时计算技术研究

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雷达回波模拟波束关键照射区域实时计算技术研究

作者：孙厚鹏北方工业大学

学位级别：硕士

随着雷达技术的不断发展,雷达场景回波模拟也逐渐朝着大规模(场景面积更大)、高精度实时计算的方向发展,对计算量和计算难度提出了更高的要求。考虑到雷达天线的方向特性,雷达回波存在关键照射区域(主瓣及高增益旁瓣区域),回波模拟将重... 详细信息

随着雷达技术的不断发展,雷达场景回波模拟也逐渐朝着大规模(场景面积更大)、高精度实时计算的方向发展,对计算量和计算难度提出了更高的要求。考虑到雷达天线的方向特性,雷达回波存在关键照射区域(主瓣及高增益旁瓣区域),回波模拟将重点关注这些关键照射区域。因此,雷达波束关键照射区域以及照射区域内的地面坐标便成为了雷达回波模拟系统中的关键参数之一。本文以实时杂波回波模拟项目为任务背景,以FT-M6678多核DSP为开发平台,提出了一种雷达回波模拟波束关键照射区域实时计算方法,并给出了在真实项目中的应用方案。本文的主要工作如下:1.提出了一种面向姿态变化飞行载具波束照射区域搜索方法,用于雷达波束关键照射区域和地面坐标的搜索。传统的波束照射区域实时搜索方法仅考虑雷达天线主瓣波束照射区域,不考虑搭载雷达平台本身在进行高速机动过程中的姿态变化,也不考虑雷达天线安装角、雷达天线在弹体上的安装位置与弹体质心位置的差异。但是在进行高精度回波实时模拟时,需要考虑高空高速机动弹载雷达天线全波束(包含主瓣、旁瓣、背瓣)在基准图坐标系下的照射区域。本文所提方法针对雷达天线全波束照射区域搜索困难、回波计算响应时间慢的问题,设计出一套并行化关键照射区域搜索架构,包括搜索任务划分、多级搜索框架;针对雷达平台的姿态变化,推导了一种线性坐标系转换方法。2.以杂波实时回波模拟场景为应用案例,应用本文算法给出真实场景中的应用方案。首先介绍杂波回波模拟的数学模型,然后提出一套并行化实现方案,最后分析系统的计算任务并对计算量和所需计算资源进行评估。3.对本文提出的算法和并行化设计方案进行系统测试。通过对比MATLAB仿真结果与DSP上板测试的结果,验证本文所提算法和并行化设计方案的正确性;通过对比本文所提算法与传统方法得到的雷达波束照射区域地面坐标计算量,表明本文所提算法可以大幅减少系统的计算量;通过单核和多核的系统耗时对比,展示了并行化设计方案带来的性能提升,满足项目的实时性要求。

关键词：回波模拟搜索算法并行化杂波模拟

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基于深度学习的雷达杂波模拟技术研究

基于深度学习的雷达杂波模拟技术研究

作者：施祖帅电子科技大学

学位级别：硕士

环境杂波严重影响着雷达性能,对雷达杂波的建模与仿真是雷达研制工作中的重要组成。逼真性、灵活性、通用性是杂波模拟技术的三大重要性能指标,传统通过真实数据确定统计模型再进行杂波仿真模拟的方法不仅损失了逼真性,而且其通用性也较... 详细信息

环境杂波严重影响着雷达性能,对雷达杂波的建模与仿真是雷达研制工作中的重要组成。逼真性、灵活性、通用性是杂波模拟技术的三大重要性能指标,传统通过真实数据确定统计模型再进行杂波仿真模拟的方法不仅损失了逼真性,而且其通用性也较低,因此需要提出新的高性能模拟技术来弥补传统方法的不足。本文针对雷达杂波生成模拟问题,采用基于生成对抗网络的深度学习方法,解决了传统雷达杂波模拟技术逼真度不足的问题,经过仿真验证表明深度学习方法生成的杂波相较传统模拟方法更加接近真实杂波数据,方法更具通用性。全文研究内容概括如下:(1)分析面杂波的产生机理,对常见的杂波功率谱模型和幅度分布模型进行说明,并给出各统计模型的波形图。研究了深度生成模型的方法,并分析了各个方法的利弊,阐明了选择GAN的原因。(2)深入研究了基于统计模型的杂波模拟方法,本文阐述了两种杂波模拟方法的基本框架,用零记忆非线性变换法分别对四种杂波分布做了仿真原理分析,并进行了仿真实现。从真实的数据中计算得到分布模型的估计参数,再通过拟合检验判断最适合的分布模型,最后通过分布模型的杂波模拟方法模拟杂波。这样的模拟方法解决了经验主义带来的问题,将使得模拟的杂波更接近真实环境中的杂波。(3)提出了基于WaveGAN的杂波模拟方法,本文设计了训练数据的处理流程,为杂波模型训练提供输入;对WaveGAN模型进行了优化,将其生成器中加入了批量归一化操作;与传统的基于统计模型的杂波模拟方法相比,基于WaveGAN的杂波模拟方法在MMD评价指标上的表现更好,表明该方法生成的杂波数据更加逼真。同时该方法的应用不局限于某特定场景环境,使得其通用性更强。(4)提出了基于Info-WaveGAN的条件控制杂波模拟方法,本文在WaveGAN模型的基础上,设计加入了info GAN的条件控制方法,解决了杂波生成模型的条件控制问题;使用one-shot向量编码分类表示不同海况杂波,条件训练生成了2～4级海况杂波。利用MMD指标对生成的不同海况杂波进行评价,基于Info-WaveGAN的条件控制杂波模拟方法对不同海况杂波的模拟均优于传统方法。

关键词：杂波模拟统计特性卷积神经网络生成对抗网络

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注入式雷达杂波模拟器

注入式雷达杂波模拟器

作者：曹越电子科技大学

学位级别：硕士

现代雷达技术的发展日新月异，雷达体制和应用领域越发多样化，新型号雷达的研制周期越来越短，这就对新型雷达研发、调试所需的测试手段提出了更高的要求，于是越来越多的科研机构把目光集中在研制高性能通用雷达模拟器上面。雷达模拟... 详细信息

现代雷达技术的发展日新月异，雷达体制和应用领域越发多样化，新型号雷达的研制周期越来越短，这就对新型雷达研发、调试所需的测试手段提出了更高的要求，于是越来越多的科研机构把目光集中在研制高性能通用雷达模拟器上面。雷达模拟器可以灵活地实现多种雷达回波的模拟，从而达到模拟雷达目标和其工作环境的目的。雷达模拟器输出信号由目标回波、杂波和噪声三部分组成，其中对雷达杂波建模与仿真的准确性直接影响模拟雷达工作环境的精确程度，此外模拟产生的杂波数据也会对雷达目标检测及跟踪定位产生重要影响。由于雷达噪声和目标的模拟相对简单，而雷达杂波的统计特性种类多且较复杂，实现模拟有较大的难度。因此本文在简要介绍注入式雷达模拟器的系统结构后，主要针对雷达模拟器中杂波产生原理和方法进行研究，并设计了硬件板卡将理论算法转化为硬件实现结构。杂波模拟部分首先介绍了雷达杂波的统计特性即杂波幅度概率密度和功率谱，其中幅度概率密度函数包括韦伯尔(Weibull)分布、对数正态(Log-Norml)分布、瑞利(Rayleigh)分布和K分布，功率谱模型包括高斯型、马尔柯夫型和全极点型;然后结合常见的雷达工作环境详细分析了地杂波、海杂波、体杂波和其他杂波的分布特性。之后分析了两种典型的杂波生成方法即ZMNL和SIRP，并详细研究了产生四种相关非相参和相关相参杂波数据的方法，并用Matlab进行了仿真验证。最后从硬件实现出发，解决了杂波非线性变换过程中的多种超越函数基于硬件求解和数据统一归一化的难题，最终设计实现了基于FPGA的噪声和杂波产生板卡，并在该板卡上实现了4种典型雷达杂波的产生，并与整个雷达回波模拟器系统进行了联试，得到了杂波产生的测试结果。本文实现的噪声和杂波硬件产生方法，克服了传统方法中查表求解复杂超越函数要应用大量存储资源和PC端生成数据下发占用大量CPU运算时间的缺点，实现了噪声和杂波数据生成的高实时性和高准确度。

关键词：雷达模拟器杂波模拟超越函数求解现场可编程门阵列实现

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相控阵雷达杂波模拟与信号处理研究

相控阵雷达杂波模拟与信号处理研究

作者：曹玉梅电子科技大学

学位级别：硕士

雷达系统仿真技术为系统的研究、设计和验证节省了大量的费用,也使得雷达系统的性能得到保证。它所具有的经济、灵活、可重复性、可移植性等特点,使其逐渐成为雷达系统和电子对抗系统研究中的一项关键技术。本文以相控阵雷达软件仿真系... 详细信息

雷达系统仿真技术为系统的研究、设计和验证节省了大量的费用,也使得雷达系统的性能得到保证。它所具有的经济、灵活、可重复性、可移植性等特点,使其逐渐成为雷达系统和电子对抗系统研究中的一项关键技术。本文以相控阵雷达软件仿真系统为背景,对杂波模块和信号处理子系统的建模和实现进行了分析和研究。主要工作如下:1.雷达仿真系统中采用的是相控阵天线,文中分析了相控阵雷达天线主要参数,研究了相控阵天线波束的栅瓣,天线加权函数,在此基础了给出了相控阵天线设计方法。2.研究了雷达仿真系统中的杂波仿真模块,根据目前最常用杂波模拟方法:ZMNL法和SIRP法,文中具体分析了瑞利分布杂波、对数正态分布杂波、Weibull分布杂波和K分布杂波的产生原理和流程,并采用ZMNL法和SIRP法对以上几种模型进行了仿真,仿真结果与理论结果吻合得很好。3.研究了雷达系统仿真中的信号处理子系统的相关算法,并给出了信号处理流程,采用了数字化正交解调、脉冲压缩、动目标显示(MTI)和动目标检测(MTD)、恒虚警处理、相参积累等信号处理算法。本文重点对线性调频脉冲压缩进行了分析和研究。分析了线性调频脉信号脉压后距离旁瓣抑制,研究了不完全脉压和多普勒频率对脉压的影响;分析了分别用FFT和FIR两种方法实现MTD处理;研究了快、慢门限恒虚警处理,比较了两种方法处理效果以及相参积累对信噪比改善。最后,根据所研究的信号处理算法,利用Matlab的图形用户界面动态显示了信号处理过程,效果良好,验证了所研究的算法的可行性。

关键词：雷达系统仿真相控阵天线杂波模拟信号处理

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雷达杂波模拟与应用研究

雷达杂波模拟与应用研究

作者：常磊西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达杂波信号的模拟仿真是雷达信号模拟中必不可少的一部分。本研究的目的就在于总结现有的杂波模型和模拟方法,并根据典型模型,通过计算机模拟产生杂波信号。所谓杂波模拟,就是找到一种准确快速的算法,产生出既要满足一定幅度分布条... 详细信息

雷达杂波信号的模拟仿真是雷达信号模拟中必不可少的一部分。本研究的目的就在于总结现有的杂波模型和模拟方法,并根据典型模型,通过计算机模拟产生杂波信号。所谓杂波模拟,就是找到一种准确快速的算法,产生出既要满足一定幅度分布条件又要满足一定相关特性的随机序列。典型的方法有两类:ZMNL(零记忆非线性变换法)和SIRP(球不变随机过程法)。两类方法各有优缺点,根据不同的杂波模型和要求选择使用。本文着眼于实际的工程应用,从理论的角度出发,对雷达杂波的幅度分布模型和频谱分布模型、杂波的建模仿真方法以及产生机理进行了详细深入地分析。在此基础之上,采用了零记忆非线性变换法和球不变随机过程法,实现了对瑞利分布、对数正态分布、韦伯分布和K分布的静态杂波和动态杂波的建模与仿真。最后,本文结合某仿真雷达杂波模拟器研制项目,对每个脉冲重复周期用C++语言在嵌入式系统Vxworks下实时地对杂波进行了模拟。该杂波模拟器可以最多模拟16种地面、气象以及箔条杂波。

关键词：杂波模拟杂波模型雷达杂波模拟器

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雷达杂波模拟技术研究

雷达杂波模拟技术研究

作者：杨松宁电子科技大学

学位级别：硕士

雷达信号模拟对雷达的研制、测试及调试等环节都具有极其重要的意义,而雷达杂波的模拟与仿真是其中必不可少的一个重要环节。研究雷达杂波的分布特性,掌握它的分布规律,不仅有利于提升雷达对被测目标的检测跟踪性能,还有利于雷达杂波抑... 详细信息

雷达信号模拟对雷达的研制、测试及调试等环节都具有极其重要的意义,而雷达杂波的模拟与仿真是其中必不可少的一个重要环节。研究雷达杂波的分布特性,掌握它的分布规律,不仅有利于提升雷达对被测目标的检测跟踪性能,还有利于雷达杂波抑制技术的前进与发展。综上,对雷达杂波的模拟与仿真具有非常重要的实际意义与工程价值。本文的研究内容主要由下面几个方面展开:从杂波的幅度概率密度分布和功率谱模型两个方面重点阐述了杂波的统计模型;基于该模型,给出了瑞利杂波、对数-正态杂波和威布尔杂波的模拟方法与步骤,进而提出了基于零记忆非线性变换法(ZMNL)将算法移植到硬件平台生成各种幅度分布的一维雷达杂波的总体流程;研究并设计实现了杂波模拟流程中的各个子模块。均匀分布随机数产生模块是硬件杂波模拟的起始模块,针对硬件设计中常用的线性反馈移位寄存器(LFSR)产生的均匀分布随机数序列“白色性”欠佳的问题,本文在杂波模拟的第一步引入了“一步多跳”技术,经验证,所得到的均匀分布随机数序列的“白色性”得到有效改善且兼具优良的“均匀性”;对比研究了基于变换和基于拒绝-接受的两类高斯白噪声序列产生算法,得到实验结论:基于变换的Box-Muller&CLT算法实现结构简单、硬件资源开销少、所获得的高斯随机数序列精度满足工程需求,更适合应用于杂波的硬件模拟。采用Box-Muller&CLT算法实现了高精度高斯分布随机数序列的产生;针对最终模拟产生的雷达杂波要具备特定的时间相关性的需求,本文研究并设计实现了FIR高斯谱滤波器。首先推导并处理了滤波器系数的理论表达式,然后结合仿真实验对滤波器的长度进行了分析与讨论,确定了其长度为24,高斯白噪声序列通过该滤波器得到了功率谱为高斯模型的相关高斯噪声。最终,结合所提出的算法移植总体流程及各个子模块的设计方案,实现了瑞利杂波、对数-正态杂波、威布尔杂波的模拟产生。对所产生杂波数据的实际概率密度曲线、功率谱曲线和它们的理论曲线进行拟合比较,并用极大似然估计法进行数据的参数估计,同时采用卡方检验和K-S检验进行了数据拟合优度的检验。定性和定量两方面的检验结果验证了本文各模块设计及其算法移植的有效性与可靠性。本文的相关研究与设计工作对基于FPGA等硬件平台的雷达杂波模拟器或雷达模拟器中的杂波模拟模块的工程实现具有一定的指导意义。

关键词：雷达杂波杂波模拟统计模型零记忆非线性变换法 FPGA

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基于DSP的雷达杂波模拟器实现

基于DSP的雷达杂波模拟器实现

作者：李咏西安电子科技大学

学位级别：硕士

雷达杂波模拟是雷达系统模拟的重要组成部分。随着雷达系统模拟对信号处理的更大数据量、更快的运算速度及实时性的要求,对日益成熟的杂波建模和仿真技术也有了更高的期待。随着多核数字信号处理器的诞生,其强大的浮点性能和实时处理能... 详细信息

雷达杂波模拟是雷达系统模拟的重要组成部分。随着雷达系统模拟对信号处理的更大数据量、更快的运算速度及实时性的要求,对日益成熟的杂波建模和仿真技术也有了更高的期待。随着多核数字信号处理器的诞生,其强大的浮点性能和实时处理能力,也受到了杂波模拟的亲睐。本文在介绍常用的杂波幅度统计模型和功率谱模型之后,利用经典的零记忆非线性变换杂波模拟方法,产生了相关瑞利杂波、对数-正态杂波、韦布尔杂波和K分布杂波,并用经典谱估计方法及拟合优度检验法检验了产生的杂波数据的正确性。进一步结合多核TMS320C6678（以下简称C6678）数字信号处理器的处理性能和存储资源等,在C6678中实现瑞利分布和对数-正态分布杂波模拟。主要工作体现如下:利用C6678的代码可移植性、浮点处理性能以及多核之间进行通信和数据传输的优势,产生瑞利杂波和对数-正态杂波。通过C6678的代码可移植性简化编程流程,在由MATLAB产生基于零记忆非线性变换法产生杂波之后,对代码进行适当的修改,便可以在C6678中运行。C6678拥有八个高性能内核,可以实时且并行执行任务和数据传输。在产生大数据量的杂波数据时,通过合理的使用C6678的内存资源,可以将产生数据的关键且可分块的任务步骤分配到各个内核。文中首先给出了在C6678中实现杂波模拟的算法流程图,根据算法对内存的分配和所需使用到的EDMA3模块、多核通信模块进行了详细介绍和设计。最后将C6678仿真得到的数据与MATLAB得到的数据进行对比,验证了系统的可行性。

关键词：杂波模拟零记忆非线性变换法多核数字信号处理器

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前向散射雷达地表杂波模拟方法的研究

前向散射雷达地表杂波模拟方法的研究

作者：刘龙斌北京交通大学

学位级别：硕士

摘要：雷达接收的信号包括有用的回波和无用的杂波。杂波的存在干扰了雷达的J正常工作。相比于传统雷达,前向散射雷达由于缺少距离分辨率,更容易受到地表杂波的干扰。为了提高雷达性能,需要在研究杂波特性的基础上进行杂波模拟仿真。通... 详细信息

摘要：雷达接收的信号包括有用的回波和无用的杂波。杂波的存在干扰了雷达的J正常工作。相比于传统雷达,前向散射雷达由于缺少距离分辨率,更容易受到地表杂波的干扰。为了提高雷达性能,需要在研究杂波特性的基础上进行杂波模拟仿真。通过对杂波模拟方法的研究,在雷达信号模拟时,不仅能够建立准确的杂波环境,而且可以更好地设计、实现杂波滤波器,提高雷达对杂波抑制的能力。因此,雷达杂波模拟是雷达信号模拟中的关键技术之一。论文首先综述了国内外对双基地雷达的发展历程和雷达杂波的研究现状;在分析了单基地雷达、双基地雷达和前向散射雷达不同的工作原理的基础上,给出了后向散射系数的定义和雷达杂波的定义、特性和数学建模方法,包括杂波散射机理建模、杂波统计建模和杂波非线性建模,并详细阐述了在不同环境下杂波的统计特性,对前向散射雷达杂波特性进行了说明;然后,根据文献中经典的杂波模拟方法,包括零记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP),分析了不同幅度分布和不同功率谱密度的杂波模拟的方法并比较了两种杂波模拟方法的优劣;其次,研究了通过频域法和时域法产生相关高斯序列的方法;最后,设置了仿真参数和仿真内容,利用Matlab仿真软件,分别对满足瑞利分布、对数正态分布、韦布尔分布、K分布的杂波幅度分布和满足高斯谱、柯西谱、全极化谱的杂波功率谱进行模拟,并将模拟杂波的幅度分布的概率密度函数和功率谱密度函数同理论值进行比较和分析,结果验证了零记忆非线性变换法(ZMNL)和球不变随机过程法(SIRP)模拟杂波的可行性。

关键词：前向散射雷达杂波模拟零记忆非线性变换球不变随机过程法