基于LabVIEW與Matlab混合編程的雷達回波起伏特性模擬

　　近年來隨著電子技術(shù)和計算機數(shù)字模擬技術(shù)的飛速發(fā)展，雷達模擬方式以其經(jīng)濟、靈活和逼真等特點逐漸成為雷達系統(tǒng)設計、分析和性能測試過程中不可或缺的手段，廣泛用于對雷達分系統(tǒng)的調(diào)試、性能評價，雷達前端不具備的條件下對系統(tǒng)后級進行分析調(diào)試以及對雷達整機性能和指標的檢驗等方面。但目前對雷達回波起伏特性的模擬一般是基于專用雷達模擬器的，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)代計算機技術(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[1]。圖形化虛擬儀器編程軟件Lab VIEW自身功能強大，環(huán)境友善，他在測試與測量、過程控制與處理、科學研究和分析等方面有廣泛的應用。但是，對于一些需要進行大量數(shù)據(jù)運算處理的復雜應用，LabVIEW顯得有些力不從心[2,3]。而Matlab具有很強的工程計算功能，已成為應用學科中的計算機輔助分析、設計、仿真等不可缺少的基礎軟件[4]。

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

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

　　2硬 件

　　圖1為硬件組成，利用Matlab軟件建立雷達回波起伏模型，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)生器存儲器中，選擇適當?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。

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

　　3軟 件

　　3．1 Swerling Ⅰ，Ⅱ型起伏數(shù)學模型

　　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)點和ActiveX函數(shù)模板使LabVIEW與Matlab之間能夠進行通信。

　　Matlab Script節(jié)點具有多輸入、多輸出的特點。在節(jié)點中，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)境下運行[3]，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")作為某個對象(文件、設備、網(wǎng)絡連接)的惟一標志符。由于引用是指向某一對象(如Matlab文件)的臨時指針，因此他僅在對象被打開時有效，一旦對象被關(guān)閉，Lab VIEW就會自動斷開連接[4]。

　　由于通過Matlab Script節(jié)點進行通信比較易于實現(xiàn)，因此本文使用該接口。

        3．3起伏包絡

　　設定E8267D中的任意波形發(fā)生器的時鐘頻率smplclk為l00．MHz。脈沖包絡波形內(nèi)的每一點將占據(jù)1/smplclk或10 ns時間[5]。設n為脈沖上升、工作、下降或切斷數(shù)組中的點數(shù)，則脈沖相應的時間為，n*10 ns。用戶可以根據(jù)下面的命令來計算脈沖寬度和脈沖重復周期。只要選擇合適的n值就可以得到所需寬度、重復周期的脈沖。

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

 
       設非相干積累數(shù)為N，則在一個觀測時間內(nèi)，對于Swerling I型回波信號，其N個序列的幅度A均取同一值；在另一個觀測時間，A的值是獨立的。對于Swerling Ⅱ型回波信號，每個觀測時間內(nèi)，A的值是獨立。

    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接口卡送人信號發(fā)生器[5]。因此，利用該程序很容易將Matlab波形文件傳輸?shù)紼8267D中。他們實際上是一些Matlab子程序，可以在主程序中調(diào)用他們，以實現(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。將每個單脈沖存儲為一個波形段(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，則在每個同步脈沖的上升沿到來時會有一個起伏脈沖輸出。下面為部分SCPI命令[7]。

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

　　同時也可以根據(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)組來實現(xiàn)延遲。延遲時間要根據(jù)數(shù)組點數(shù)與任意波形發(fā)生器的時鐘頻率smplclk來計算。

　　圖3為下載起伏波形的代碼。為了便于在前面板中對信號發(fā)生器幅度、頻率、觸發(fā)延遲時間進行控制，將其設為輸入變量。由于Matlab Script節(jié)點中要求這3個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數(shù)據(jù)采集的功能，以便計算機對數(shù)據(jù)進行處理。

　　在Lab V

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

　　單擊Run this step按鈕，從示波器第2個通道中讀取波形數(shù)據(jù)后顯示在響應窗口內(nèi)。最后對波形數(shù)據(jù)進行解析，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進行混合編程，一方面可應用Lab VIEW強大的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能夠進行復雜數(shù)值計算的優(yōu)勢大大增強Lab VIEW功效[8]，從而可以更好地控制儀器、實現(xiàn)雷達回波起伏特性模擬，以便進行后續(xù)的自動測試工作。