1第一章(雷达系统仿真技术1)

张娟

jzhang@xidian.edu.cn

88202580

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2011/12/20教材：

《Radar Systems Analysis and Design Using MATLAB 》

第一章：系统仿真技术

第二章：雷达发射机建模与仿真

第三章：雷达天线建模与仿真

第四章：雷达接收机建模与仿真

第五章：雷达回波建模与仿真

第六章：雷达信号处理建模与仿真

第七章：雷达数据处理建模与仿真

第八章：雷达系统建模与性能评估

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3第一章：系统仿真技术

1.1系统仿真技术

z系统仿真的概念

z系统仿真的发展

z系统仿真的分类

z系统仿真的应用

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41.1.1 系统仿真的概念

系统仿真是20世纪40年代末以来伴随着计算机技术

的发展而逐步形成的一门新兴学科。

仿真（Simulation）就是通过建立实际系统模型并利用所建模型对实际

系统进行实验研究的过程.

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62011/12/20 系统仿真是建立在专业基础理论（控制理论、相似理论、信息处理技术）和计算机初等理论基础之上的，以计算机和其他专用物理设备为工具，利用系统模型对真实或假设的系统进行试验的过程。

同时还要借助于专家的经验知识、统计数据和信息资料对实验结果进行分析研究，进而做出决策的一门综合的实验性学科。

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通过仿真实验，了解包含在系统中的变量之间的关系，观测系统模型变量变化的全过程。)为了对仿真模型进行深入研究和优化结果，还必须

进行多次运行、参数优化等仿真研究。

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2011/12/201.1.2 系统仿真的发展七十年代初

仿真在军事上的应用得到重视和发展

九十年代后期

国外的系统仿真技术得到快速发展

大量深入的理论研究为建

立仿真系统的数学模型奠

定了基础

2000年至今

仿真技术得到空前发展，已经渗透到军事

或民用领域的各个分支

仿真技术在通信、雷达领域，电子

扫描天线的实时仿真，武器系统的

研制与开发

大型商业软件不断出现，如SPD 、

MATLAB/Simulink 、ADS 、JMASS

等

今后的几十年内

国际局势相对平稳，大型的武器实验和大

批量的武器生产计划将受到，各国都

把军事仿真技术提到首要高度，以节约军

事成本，保持军事领先地位

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2011/12/20 系统仿真根据模型不同，可以分为物理仿真、数学仿真和物理—数学仿真（半实物仿真）； 根据计算机的类别，可以分为模拟仿真、数字仿真和混合仿真；

根据系统的特性；可以分为连续系统仿真、离散时间系统（采样系统）仿真和离散事件系统仿真；

根据仿真时钟与实际时钟的关系，可以分为实时仿真、欠实时仿真和超实时仿真等。1.1.3 系统仿真分

类

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全数字系统仿真：仿真模型全由计算机完成

半实物仿真：部分实物或全部实物置于仿真环路中，部分模型用计算机实现 全实物仿真：全部模型采用物理模型

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2011/12/20数学仿真

（计算机模型）

满足

要求？

半物理仿真

（计算机模型、物

理模型、实物）

满足

要求？

全物理仿真

(物理模型、实物)

满足

要求？

结果分析

修正修正修正是

是是

否否否分析设计阶段

（软件级）

系统研制阶段

（硬件级）

实时仿真部件及子系统研制阶段（软件、硬件级）实时仿真

①对已有系统进行分析时采用仿真技术，如果系

统是人造的，则可通过仿真提出改进意见；如果系

统是自然的，则可通过仿真掌握其规律，使之运行

得更好。

②对尚未有的系统进行设计时采用仿真技术，构

造欲设计系统的仿真模型，通过仿真考察其性能是

否满足预定要求，并修改参数使系统性能达到最优，改进系统方案；

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③在系统运行时，利用仿真技术进行故障分析及故障处理。

④在系统运行前，利用仿真模型作为预测器，向用户提供系统运行起来后，可能产生什么现象，以便用户修订计划或决策。

⑤在大规模的连续生产中，应用于生产优化可行性试验，复杂控制系统方案论证、事故预测和紧急救灾方案试验，以避免造成巨大损失。 ⑥利用仿真模型作为训练器，训练系统操作人员

或管理人员。

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仿真技术综合了当代科学技术中多种现代化尖

端手段，极大地扩展了人类的视野、时限和能

力，在科学技术领域起到了极其重要的作用。

近10年来，我国仿真技术得到迅速发展。从应

用的广泛程度看,已经从早期的航空、航天、

火力发电和核动力发电部门扩展到今天的军事、电子、通信、交通、舰船、冶金、建筑、气象、地质、机械制造、轻工、技术训练等多种行业

和部门。

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14系统仿真的方法

收集数据和信息；

仿真对象分析；

建立计算机模型；

校验和确认模型；

运行模型；

分析输出；

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15仿真模型与仿真实验

在系统仿真的定义中，着重点可以是“模

型”，也可以是“实验”。一般来说，过去的

仿真一直着重于“实验”，也即着重于如何获

得系统中有关变量的时间响应－轨迹。近年来，

重点已有所转移，对模型的研究及如何来建立

模型已成为越来越多的人所关心的问题。

建立模型是仿真的第一步，也是十分重要的一步。

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模型就是对系统或子系统的一种客观描述，用以描述系统的结构、形态以及信息传递规律，是系统的一种客观写照或缩影，简而言之，模型就是对系统的一种简化表示方式。它能帮助我们更清晰、更明确对系统进行分析和设计。

对于计算机仿真，需要在计算机上建立起对象的数学模型。一般来说，系统的数学模型都必须改写成适合于计算机处理的形式，称为仿真数学模型。系统数学模型是系统的一次近似模型，仿真数学模型则是系统的二次近似模型。 模型的恰当与否直接影响着仿真的结果

182011/12/20 构建计算机模型的过程中，首先构建小的测试模型来证明复杂部件的建模是合适的。一般建模过程是呈阶段性的，在进行下一阶段建模之前，验证本阶段的模型工作正常，在建模过程中运行和调试每一阶段的模型。

抽象模型有助于定义系统的重要部分，并可以引导为后续模型的详细化而进行的数据收集活动。我们可能想对同一现实系统构建多个计算机模型，每个模型的抽象程度都不相同。

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2011/12/20 验证和确认模型验证是确认模型的功能是否同设想的系统功能相符合。模型是否同我们想构建的模型相吻合，产品的处理时间、流向是否正确等。确认范围更广泛，它包括：确认模型是否能够正确反映现实系统，评估模型仿真结果的可信度有多大等。

了解系统仿真学科的相关知识，为引入雷达系统仿真与性能评估奠定基础。

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