雷达信号检测
雷达信号处理中的目标检测与参数估计
雷达信号处理中的目标检测与参数估计雷达信号处理是一门研究如何利用雷达系统获取和处理目标信息的学科。
其中,目标检测和参数估计是雷达信号处理的重要应用领域。
本文将分别介绍雷达信号处理中的目标检测和参数估计的原理和方法。
目标检测是指在雷达信号中准确地识别和定位目标的过程。
在雷达系统中,目标检测是一个关键步骤,它可以用于目标跟踪、目标定位、目标识别等应用。
目标检测的主要任务是从雷达接收到的回波信号中提取出目标的特征信息,并将其与噪声进行区分。
常用的目标检测方法包括脉冲-Doppler方法、协方差矩阵检测方法、基于卷积神经网络的方法等。
脉冲-Doppler方法是一种基于传统信号处理理论的目标检测方法。
它利用雷达接收到的回波信号的脉冲宽度和频率信息来确定目标的存在和位置。
该方法根据目标在距离和速度维度上的特征,通过比较回波信号和背景噪声的统计特性来进行目标检测。
脉冲-Doppler方法具有计算复杂度低、实时性好等特点,广泛应用于雷达目标检测中。
协方差矩阵检测方法是一种基于统计特性的目标检测方法。
它利用雷达接收到的回波信号的协方差矩阵来判定目标的存在与否。
该方法通过计算回波信号的协方差矩阵,然后根据协方差矩阵的特征值和特征向量来进行目标检测。
协方差矩阵检测方法具有较好的检测性能和抗噪声性能,适用于复杂环境下的目标检测任务。
基于卷积神经网络的方法是近年来发展起来的一种新型目标检测方法。
它通过训练神经网络来学习雷达回波信号的特征表示,然后利用训练好的神经网络对新的回波信号进行目标检测。
该方法具有较好的自适应能力和泛化能力,适用于复杂目标和复杂信号环境下的目标检测任务。
参数估计是指在雷达信号中准确地估计目标的参数,如目标的距离、速度、角度等。
在雷达系统中,参数估计是一个关键问题,它可以用于目标跟踪、目标识别等应用。
参数估计的主要任务是根据雷达接收到的回波信号,通过解析和处理信号的特征信息,提取出目标的参数信息。
常用的参数估计方法包括脉冲-Doppler方法、最小二乘法、粒子滤波器等。
雷达信号测试参数指标
雷达信号测试参数指标雷达信号测试是对雷达系统的各项参数进行评估和验证的重要手段。
通过对雷达信号的测试,可以了解雷达系统的性能表现,指导系统的优化和改进。
本文将从不同角度介绍雷达信号测试的参数指标。
1. 信号强度:信号强度是指雷达系统接收到的信号的功率大小。
信号强度的测量可以通过接收到的信号的电压或功率进行评估。
信号强度的大小直接影响雷达系统的探测能力和探测距离,强的信号可以提供更远的探测距离。
2. 信噪比:信噪比是指雷达系统中信号与噪声的功率比。
信噪比的高低直接影响雷达系统的探测能力和探测精度。
信噪比越高,系统的性能越好。
因此,对于雷达信号的测试中,需要评估信噪比的大小。
3. 雷达图像质量:雷达图像质量是指雷达系统生成的图像的清晰度和准确度。
图像质量的好坏直接影响着雷达系统的目标识别和跟踪能力。
在雷达信号测试中,需要评估雷达图像的分辨率、噪声水平、图像畸变等指标。
4. 探测概率和虚警概率:探测概率和虚警概率是评估雷达系统探测性能的重要指标。
探测概率是指雷达系统正确地探测到目标的概率,虚警概率是指雷达系统错误地将噪声或杂波识别为目标的概率。
探测概率和虚警概率的大小直接影响着雷达系统的可靠性和准确性。
5. 目标跟踪精度:目标跟踪精度是指雷达系统对目标的位置、速度等参数估计的准确程度。
目标跟踪精度的高低直接影响着雷达系统的目标追踪能力和目标识别能力。
在雷达信号测试中,需要评估目标跟踪误差、速度估计误差等指标。
6. 可用性和可靠性:可用性和可靠性是评估雷达系统性能的重要指标。
可用性是指雷达系统在给定时间内正常工作的概率,可靠性是指雷达系统在给定时间内完成任务的能力。
可用性和可靠性的高低直接影响着雷达系统的实际应用价值。
7. 频率稳定性:频率稳定性是指雷达系统中发射和接收信号的频率的稳定程度。
频率稳定性的好坏直接影响雷达系统的测量精度和探测距离。
在雷达信号测试中,需要评估雷达系统的频率稳定性。
总结起来,雷达信号测试的参数指标包括信号强度、信噪比、雷达图像质量、探测概率和虚警概率、目标跟踪精度、可用性和可靠性以及频率稳定性等。
雷达目标检测原理
雷达目标检测原理
雷达目标检测是雷达系统的基本功能之一,其原理主要是通过雷达发射信号并接收目标反射回来的信号,然后对接收到的信号进行处理,以确定目标的位置、速度和形状等信息。
一、雷达目标检测的基本原理可以概括为以下几个步骤:
1、发射信号:雷达系统通过发射天线向目标方向发射一定频率和功率的电磁波信号。
2、接收反射信号:当电磁波遇到目标后,会反射回来,雷达系统通过接收天线接收这些反射回来的信号。
3、处理信号:雷达系统对接收到的信号进行处理,包括放大、滤波、数字化等操作,以便进一步分析。
4、信号分析:通过对处理后的信号进行分析,可以提取出目标的位置、速度和形状等信息。
常用的信号分析方法包括傅里叶变换、匹配滤波器等。
5、目标检测:根据分析结果,判断是否存在目标,如果存在目标,则进一步确定其位置、速度和形状等信息。
二、雷达目标检测的原理中,需要注意以下几点:
1、雷达系统的精度和灵敏度与发射信号的频率、功率和处理算法有关。
2、雷达系统容易受到干扰和杂波的影响,需要进行抗干扰设计。
3、雷达系统需要具备高可靠性和稳定性,以确保对目标的准确
检测。
4、雷达系统需要适应不同的环境和任务需求,可以进行灵活的配置和优化。
总之,雷达目标检测的原理是基于电磁波反射回来的信号进行分析和处理,以确定目标的位置、速度和形状等信息。
在实际应用中,需要根据不同的需求和环境进行系统的设计和优化,以确保其可靠性和准确性。
雷达系统第2章雷达信号检测
匹配滤波器的输出为:y(t)
h( )x(t )d
s(t0 )x(t )d
其结果与相关器输出一致。二者等效。
Cxs (t t0 )
2.二者考虑的出发点不同。
匹配滤波器从输入信号的频域特性(复共轭)考虑。 相关器主要考虑信号的时域特性。
3.二者的实现方法比较。
匹配滤波器可用模拟方法实现,可连续给出实时输出,因此它能给出全景图形。
信噪比最大
匹配滤波器
最大输出信噪比:
So No
max
2E N0
✓ 匹配滤波器与信号形式有关
✓ 输出最大信噪比与信号能量有关,与信号 形式无关
8
2021/5/8
匹配滤波器的频率响应特性
匹配滤波器的传递函数
H () KS*()e jt0
H () e j ()
S () e j ()
H () e j () K S () e j ()t0
2021/5/8
匹配滤波器的时域特性分析
匹配滤波器的冲激响应
h(t) 1 H ()e jtd
2
根据匹配滤波器频率响应 H () KS*()e jt0,得:
h(t) K S * ()e j(t0t)d
2
h(t) K
s* (t1 )
(t1
t0
t)dt1
K
s* (t0
t)
匹配滤波器的冲激响应是输入信号s(t)镜像 s*(t)的共轭, 并有一个时延 t0 ,再乘上一个简单的增益常数 K。
相关器完成相关运算,对应一个时延 的互相关函数,不能给出全景图像。
27
2021/5/8
作业一
模糊函数证明题
若雷达信号
u(t) (t KT ), K 0, 1, 2,...
雷达信号测量原理
雷达信号测量原理
雷达信号的测量原理主要基于电磁波的发射、反射和接收。
雷达通过天线发射一束电磁波,这些电磁波在遇到目标物后会发生反射。
反射回来的电磁波会被雷达接收并处理,从而获取目标物的位置、速度、形状等信息。
具体来说,雷达信号的测量原理可以分为以下几个步骤:
1. 发射:雷达系统通过天线发射一束电磁波,通常使用微波波段的频率。
发射功率和频率根据应用环境和目标物体的要求进行选择。
2. 脉冲方式:雷达系统通常使用脉冲方式发射电磁波,即以一定时间间隔连续发送短时间的高功率电磁波脉冲。
脉冲的宽度和重复周期根据应用需求进行设置。
3. 接收:发射出去的电磁波遇到目标物后发生反射,其中一部分反射能量会返回雷达装置,被雷达接收。
4. 信号处理:雷达系统对接收到的信号进行处理,提取出有用的信息,如目标物的距离、速度、方位角等。
5. 显示:处理后的信号通过显示设备呈现出来,提供给操作人员使用。
以上就是雷达信号的测量原理,这个过程涉及到很多复杂的物理和工程问题,需要多个领域的专业知识和技术。
雷达信号处理中的目标检测与跟踪算法研究
雷达信号处理中的目标检测与跟踪算法研究目录一、引言二、雷达信号处理基础1. 雷达信号的特点2. 雷达信号处理流程三、目标检测算法研究1. 目标检测的意义2. 基于回波信号的目标检测方法2.1 定时空域方法2.2 频域方法3. 基于多普勒效应的目标检测方法四、目标跟踪算法研究1. 目标跟踪的意义2. 基于卡尔曼滤波的目标跟踪方法3. 基于粒子滤波的目标跟踪方法五、总结一、引言雷达技术已广泛应用于军事、航天、气象和安防等领域,其中目标检测与跟踪是雷达信号处理的重要组成部分。
本文将围绕雷达信号处理中的目标检测与跟踪算法展开研究,以帮助读者更好地理解该领域的相关知识。
二、雷达信号处理基础1. 雷达信号的特点雷达信号具有高频、短脉冲、低能量等特点。
由于环境的复杂性和目标的多样性,雷达信号常常被噪声、杂波等干扰因素所掩盖,因此需要进行信号处理以提取目标信息。
2. 雷达信号处理流程雷达信号处理主要包括预处理、噪声抑制、目标检测与跟踪等步骤。
预处理阶段主要对原始信号进行滤波、分析和校正;噪声抑制阶段旨在消除噪声和杂波的干扰;目标检测与跟踪阶段则是最重要的一步,决定了雷达系统的性能。
三、目标检测算法研究1. 目标检测的意义目标检测是指在雷达信号中自动地识别和定位目标,是雷达应用中的关键问题。
准确的目标检测可以为后续的目标跟踪、目标分类和目标识别提供有效的数据支持。
2. 基于回波信号的目标检测方法基于回波信号的目标检测方法可以分为定时空域方法和频域方法。
定时空域方法主要通过检测回波信号的能量、脉宽和重复性等特点来确定目标的存在与否;频域方法则通过分析回波信号的频谱分布来实现目标检测。
2.1 定时空域方法定时空域方法常用的目标检测算法有恒虚警率检测、CFAR (常规虚警率)检测、GOCA(广义正交常规虚警检测)等。
这些算法通过分析雷达回波信号的波形特征和概率统计模型,实现对目标的检测。
2.2 频域方法频域方法包括空时、时频和三维频域等目标检测方法。
雷达原理与系统-雷达信号检测
在数学上,奈曼-皮尔逊准则可表示为:在Pfa=P(H1|H0) = α(常数) 的 条 件 下 , 使 检 测 概 率 Pd =P(H1|H1) 达 到 最 大 , 或 使 漏 警 概 率 Pm =P(H0|H1)=1-Pd达到最小。其解的必要条件是应使式(6.1.6)的目标函数 达到极小。
| |
H1 ) H0 )
0 , 判为有目标 0 , 判为无目标
(6.1.13)
定义有信号时的概率密度函数和只有噪声时的概率密度函数之比 为
似然比 ,即
(x) p(x | H1) p(x1, x2...xN | H1) p(x | H0 ) p(x1, x2...xN | H0 )
似然比 (x)是取决于输入x(t)的一个随机变量,它表征输入x(t)是由 信号加噪声还是只有噪声的似然程度。当似然比足够大时,有充分理
16
6.2:雷达信号的最佳检测
虚警时间Tfa是指当只有噪声时超过判定门限(发生虚警)的平均时间,
它与虚警概率的关系为
Tfa
lim
N
1 N
N
Tk
k 1
Tk 是噪声包络超过门限 VT 的时间间隔
Tk
Tk+1
虚警时间是一种比
tk
虚警概率更能使雷 VT
达用户或操作员理 n
tk+1
tk+2
解的指标。
虚警概率 是噪声包络真正超过门限的时间 与其可超过门限的总时间之比, 噪声超过门限的平均持续时间 < tk >av近似为中频 带宽B的倒数。 Tk 的平均值为虚警时间Tfa 。
雷达信号处理中的目标检测与跟踪技术
雷达信号处理中的目标检测与跟踪技术雷达(Radar)是一种利用电磁波进行探测和测距的技术,广泛应用于军事、航空航天以及民用领域。
雷达信号处理中的目标检测与跟踪技术是在雷达应用过程中必不可少的环节,旨在提取目标信息并实现对目标的实时跟踪。
目标检测是雷达信号处理的第一步,其目的是从杂波中识别出目标信号。
在目标检测中,常用的方法有能量检测法、匹配滤波法和统计检测法等。
能量检测法是一种基于信号能量的方法,当接收到的信号能量超过一定阈值时,认为检测到了目标。
匹配滤波法则是将已知目标的参考信号与接收到的信号进行相关运算,通过寻找相关峰值来检测目标。
统计检测法则是基于统计学原理进行目标检测,利用雷达回波信号的统计特性来判断是否存在目标。
目标跟踪是在目标检测的基础上,对目标进行实时跟踪和预测。
雷达目标跟踪技术主要分为两类:点目标跟踪和航迹跟踪。
对于点目标跟踪,通常采用卡尔曼滤波器、扩展卡尔曼滤波器等滤波算法进行实时跟踪。
卡尔曼滤波器通过将目标位置和速度作为状态变量建立状态方程,并结合观测方程对目标进行预测和修正。
扩展卡尔曼滤波器则是对非线性系统进行近似线性化处理,将卡尔曼滤波器扩展到非线性系统上。
而航迹跟踪则是对目标的航迹进行预测和估计,常用的方法有最小二乘法、贝叶斯滤波法等。
在雷达信号处理中,还有一类重要的技术是目标特征提取。
目标特征提取是指从雷达回波信号中提取出与目标特征属性相关的信息。
常用的特征提取方法有时域特征、频域特征和小波变换等。
时域特征是指根据雷达回波信号的幅度、距离延迟、时间间隔等特征进行目标识别。
频域特征则是通过对雷达回波信号进行傅里叶变换,提取出目标的频谱特征。
小波变换则是将时域和频域结合起来,通过不同尺度波形进行目标特征提取。
目标检测与跟踪技术的研究在军事和民用领域有着广泛应用。
在军事领域,雷达目标检测与跟踪技术能够实现对目标的远程监视和侦察,为军事行动提供重要支持。
在民用领域,雷达目标检测与跟踪技术应用于航空交通管制、地震监测和气象预警等方面,对于保障公共安全和提高生活质量具有重要意义。
雷达信号检测流程
雷达信号检测流程
雷达信号检测的流程一般包括以下几个主要步骤:
1. 信号接收:雷达系统通过天线接收目标反射或发射的电磁波信号。
2. 信号预处理:对接收的信号进行滤波、放大、解调等预处理,以提高信号的质量和可读性。
3. 杂波抑制:去除背景杂波和干扰信号,以提高目标检测的准确性和可靠性。
4. 信号检测:采用适当的检测算法,如阈值检测、能量检测、匹配滤波器检测等,判断是否存在目标信号。
5. 目标定位:如果检测到目标信号,通过信号的到达时间、相位、频率等信息,确定目标的位置、速度等参数。
6. 数据处理与分析:对检测到的目标数据进行进一步处理和分析,如跟踪、识别、分类等。
7. 结果输出:将目标检测和相关信息输出给用户或其他系统,以支持决策和相应的操作。
这是一个基本的雷达信号检测流程,实际的雷达系统可能会根据具体应用和需求,采用不同的技术和算法来优化检测性能。
此外,雷达信号检测还需要考虑信号的调制方式、频率、带宽、极化等因素,以及环境噪声、多径效应、目标反射特性等影响。
在实际应用中,还需要进行系统校准、性能评估和不断的优化改进,以确保雷达系统的有效性和可靠性。
雷达信号检测流程
雷达信号检测流程全文共四篇示例,供读者参考第一篇示例:雷达信号检测是一项重要的技术,用于检测和跟踪目标物体的位置和运动。
它在军事、安全、气象等领域都有广泛的应用。
雷达信号检测流程是指整个雷达系统中的信号检测部分的工作过程,其核心是信号处理和目标检测。
雷达信号检测流程的第一步是接收雷达发射的信号。
雷达发射器将电磁波通过天线发射出去,这些电磁波会与目标物体相互作用,一部分电磁波会被目标物体反射返回,被接收天线接收。
接收天线将接收到的电磁波信号转换成电信号,送入雷达接收机。
接收机的作用是放大和滤波接收到的信号,使之能够被后续的处理部分处理。
在放大和滤波的过程中,会去除干扰信号和杂波,只保留目标信号。
接收机将处理好的信号送入雷达信号处理部分。
雷达信号处理是整个雷达信号检测流程的核心部分,其主要任务是从接收到的信号中提取出目标的信息。
雷达信号处理包括目标检测、信号分析、信号处理和数据处理等步骤。
目标检测是指通过对接收到的信号进行分析,确定是否存在目标物体。
在雷达信号处理中,经常采用自适应滤波器、相关器及其它处理方法来提高目标检测性能。
信号分析是指对信号进行时域分析和频域分析,以分析目标的运动特性和形状特征。
信号处理是指对信号进行滤波、匹配滤波、降噪等处理,以提取目标的特征和参数。
数据处理是指对处理后的信号进行整合和分析,得出目标的位置、速度和轨迹等信息。
雷达信号检测流程的最后一步是目标跟踪。
目标跟踪是指通过对雷达目标信号的监测和分析,实时跟踪目标的位置和运动情况。
目标跟踪在雷达系统中具有重要意义,可以在一定程度上保证雷达系统的准确性和可靠性。
目标跟踪是通过对目标信号的特征提取、目标运动预测和目标轨迹跟踪等步骤来实现的。
雷达信号检测流程是一个复杂的系统工程,在实际应用中需要对雷达系统进行综合设计和优化。
通过不断地改进和提升雷达信号检测流程,可以提高雷达系统的性能和可靠性,更好地满足各种应用需求。
希望通过本文的介绍,读者能够对雷达信号检测流程有更深入的了解,为相关领域的研究和应用提供参考。
雷达信号处理与目标检测技术研究
雷达信号处理与目标检测技术研究第一章引言雷达信号处理与目标检测技术是雷达技术中的重要领域。
雷达技术是一种通过向目标发送电磁波并接收反射波来探测、跟踪和识别目标的技术。
在军事、民用、航空航天等领域有着广泛的应用。
雷达信号处理的目的是从接收的信号中提取出目标信息,包括目标的位置、速度、形态等。
而目标检测则是在雷达场景中自动地发现和识别目标。
本文将从这两方面介绍雷达信号处理与目标检测技术的相关研究。
第二章雷达信号处理技术2.1 雷达信号分析在雷达系统中,由于天线接收到的波是高频信号,需要进行中频信号的转换、滤波和放大,接着进行模拟信号处理和数字信号处理。
雷达信号的基本处理过程可以分为信号接收、信号预处理、目标检测和目标定位四个步骤。
其中,信号预处理的任务是对接收到的信号进行滤波、降噪和补偿等,以减少干扰和噪声的影响,并提高信号质量和检测性能。
2.2 雷达信号处理技术在雷达信号处理领域,常用的算法包括卷积、相关、频谱分析、小波变换等。
其中,小波变换可以实现更加精细的时频分析和多尺度分析,被广泛应用于雷达信号处理和目标检测等领域。
而基于卡尔曼滤波、粒子滤波和扩展卡尔曼滤波的多目标跟踪算法也是雷达信号处理中的重要技术。
第三章目标检测技术3.1 目标检测方法目标检测的任务是在雷达场景中检测并识别目标,根据检测器的结构和特性不同,可以将目标检测方法分为基于特征的方法、基于模型的方法和深度学习方法等。
其中,基于特征的方法主要是利用目标的特征和结构来进行识别,如Hough变换、SIFT、SURF算法等。
基于模型的方法则是利用对目标的先验知识或模型来进行识别,如基于卡尔曼滤波的目标跟踪算法等。
而深度学习方法则是利用神经网络等机器学习方法对大量的样本进行学习和训练,以获得更高的识别精度和鲁棒性。
3.2 目标检测技术雷达目标检测技术中,常用的检测器包括单目标检测器、多目标检测器、跟踪器等。
其中,多目标检测器可以同时检测多个目标,而跟踪器则可以通过对目标的状态进行估计和预测,实现对目标的跟踪和预警。
雷达信号检测与处理技术的实时性优化策略
雷达信号检测与处理技术的实时性优化策略雷达信号检测与处理技术在现代社会中发挥着重要的作用,广泛应用于军事防御、民航导航、地质勘探等领域。
为了保证雷达系统的有效运行,实时性是一个关键的问题。
本文将讨论雷达信号检测与处理技术的实时性优化策略,并探讨其在实际应用中的意义。
首先,我们需要了解什么是雷达信号检测与处理技术的实时性。
实时性是指系统能够在要求的时间范围内对输入数据进行处理和响应。
在雷达系统中,实时性的要求意味着系统需要在接收到雷达信号之后尽快进行处理和判断,以便及时做出反应。
要优化雷达信号检测与处理技术的实时性,首先需要考虑快速而准确的信号检测方法。
传统的雷达信号检测方法包括恒虚警率(CFAR)检测和匹配滤波器检测等,这些方法在检测性能上较为稳定,但实时性较差。
为了提高实时性,可以采用基于子空间方法的快速检测算法。
这些方法通过对信号进行子空间分解和降维处理,能够在保证检测性能的同时减小计算量,从而提高实时性能。
其次,优化雷达信号处理技术的实时性还需要考虑并行计算和硬件加速。
并行计算利用多核处理器和图形处理器(GPU)等技术,将计算任务分配给多个计算单元同时进行,从而提高处理速度。
同时,硬件加速技术如FPGA(现场可编程门阵列)和ASIC (专用集成电路)等可以实现对特定任务的高效加速,进一步提高实时性能。
另外,为了进一步提高雷达信号检测与处理技术的实时性,还可以使用深度学习和机器学习等技术。
深度学习算法利用神经网络模型对大量的训练数据进行学习和训练,能够实现对复杂信号的快速处理和识别。
机器学习算法则通过对历史数据的分析和模式识别,实现对雷达信号的实时处理和响应。
最后,实时性优化策略的成功应用需要考虑系统的整体架构和协同优化。
整体架构设计是指对雷达系统的硬件和软件进行统一规划和优化,以实现最大程度的实时性。
协同优化是指在实时性要求下,对雷达信号检测与处理的各个环节进行优化和协调,以确保整个系统的实时性。
雷达信号监测
监测基本条件
1、监测接收机收到的雷达发射信号功率高于 监测系统灵敏度 监测系统灵敏度 主瓣监测: 主瓣监测:只有雷达天线主瓣指向才能满足灵敏度 旁瓣监测: 旁瓣监测:雷达天线任意旁瓣指向均可满足灵敏度 2、雷达信号调制参数属于监测处理能力范围内 电波极化位于监测天线极化范围内 频谱位于监测系统瞬时带宽范围内 信号出现和持续时间位于监测系统工作和反应时间内 3、监测接收机能够适应其所在的信号环境 适应工作范围内出现的信号流密度 适应工作范围内 工作范围内同时出现的多个不同信号 适应工作范围内同时出现的多个不同信号
3.2
fS
搜索式超外差测频
f i ± ∆f R 2
LNA
BPF
MIX A
门限检测 信号处理
测频原理
f L (t 1 ) − f S = f i − ∆ f R 2
f L (t 2 ) − f S = f i + ∆ f R 2
ˆ f = [ f L (t1 ) + f L (t2 )] 2 − fi
宽带信号检测 与测量接收机
f/TOA/PW/PA
窄带信号检测 与分析接收机
∆f MP
BPF/AMP/ADC阵列 BPF/AMP/ADC阵列 与测向信号处理机
α/β
辐射源检测、识别、参数估计、系统接口、 辐射源检测、识别、参数估计、系统接口、显示控制等综合信号处理机 数据保存、记录、分发、 数据保存、记录、分发、显示等装置 图1 监测设备的基本组成
T f ≤ Ts = T A
• 监测系统的选择能力表现为: 监测系统的选择能力表现为:
♦ 空间位置选择能力: Ω S = [α min ,α max ] ⊗ [β min , β max ] ⊗ Rrs 空间位置选择能力: Rrs = 4.12 he + hr km 分别是监测系统工作的瞬时方位、 分别是监测系统工作的瞬时方位、仰角视场和直视距离条件 极化选择能力: ♦ 极化选择能力: Ω P 监测系统通常采用正交双线性极化 监测信号极化)或圆极化(不监测信号极化), 系统通常采用正交双线性极化( ),不匹配 监测系统通常采用正交双线性极化(监测信号极化)或圆极化(不监测信号极化),不匹配 时有损失3dB 时有损失 Ω F ∩ Ω E = [ f min , f max ] ⊗ smin ( f ) 频谱与能量选择能力: ♦ 频谱与能量选择能力:smin ( f ) 它们分别是监测系统的瞬时带宽和该带宽内的灵敏度。大部分监测系统具有宽(低灵敏度, 它们分别是监测系统的瞬时带宽和该带宽内的灵敏度。大部分监测系统具有宽(低灵敏度, 主瓣监测)、 )、窄 高灵敏度,旁瓣监测)两种瞬时带宽, 主瓣监测)、窄(高灵敏度,旁瓣监测)两种瞬时带宽,宽带至少覆盖一个有用信号的频谱 范围,但测量精度和分辨能力较低,可用于引导窄带的中心频率; 范围,但测量精度和分辨能力较低,可用于引导窄带的中心频率;窄带用于对特定信号的精 确分析和识别处理。 确分析和识别处理。 时间选择能力: ♦ 时间选择能力: Ω t 典型的监测系统具有全部时间监测能力,随时可以接收和处理入射信号。 典型的监测系统具有全部时间监测能力,随时可以接收和处理入射信号。但是某些系统和技 术不具备对同时多信号的监测能力,同时存在多信号时会发生信号丢失、 术不具备对同时多信号的监测能力,同时存在多信号时会发生信号丢失、处理错误或精度降 低等多种情况。将在具体技术细节中进行讨论。 低等多种情况。将在具体技术细节中进行讨论。 调制分析能力: ♦ 调制分析能力: Ω M 大部分监测系统都具有较明确的作战对象以及它们的电磁信号调制方式和参数范围, 大部分监测系统都具有较明确的作战对象以及它们的电磁信号调制方式和参数范围,由此构 成监测系统设计和使用的基本依据。如果电磁信号的调制超出了预定的范围, 成监测系统设计和使用的基本依据。如果电磁信号的调制超出了预定的范围,很可能造成监 测系统的漏检和处理错误。因此监测系统需要不断地了解和掌握监测对象的技术发展动态, 测系统的漏检和处理错误。因此监测系统需要不断地了解和掌握监测对象的技术发展动态, 随时更新自己的调制选择能力。 随时更新自己的调制选择能力。
06(雷达信号检测)
非相参积累和检测
四,M/N检测 检测
PD =
N J =M
∑
N! J N J PS (1 PS ) J !( N J )!
PFA =
N J =M
∑
N! J N J Pn (1 Pn ) J !( N J )!
五,恒虚警
固定门限的检测
恒虚警
自适应门限的检测
恒虚警
单元平均恒虚警
�
定义
虚警率(FAR):每秒虚警的平均数
FAR = PFA RDT ≈ PFA B = 1/ FAT
例:某雷达处理过的回波脉冲宽度为0.8us.接收机 的输出是一个门限检测器,虚警概率为3.0×10-7. 求虚警数,虚警率,虚警时间 答案:3.33×106,0.375/s,2.67s
二,噪声中的检测
瑞利概率密度函数
二,噪声中的检测
噪声的概率函数
二,噪声中的检测
Ricean 概率密度函数
二,噪声中的检测
二,噪声中的检测
例题
总结:低的噪声概率需要更高的门限,这样要想获得 总结 合理的检测概率,就需要更高的信噪比. 1,某雷达系统所需的单个脉冲虚警概率为5×10-7, 检测概率为0.75,求所需的单个脉冲的信噪比?
定义
检测概率(PD):在一些连续的回波信号处理过程中, 目标存在而检测发生的概率 虚警概率(PFA):在一些连续的回波信号处理过程 中,只有噪声时信号超过门限的概率 虚警数(FAN):每次虚警发生时,所完成的检测的 次数
FAN = 1/ PFA
1 Pfa = B FAT
虚警时间(FAT) :噪声超过门限的时间间隔的均值
电子系统
——雷达原理 雷达原理
第 六 讲 雷达信号检测
雷达成像信号检测与控制技术研究
雷达成像信号检测与控制技术研究雷达成像是一种利用雷达系统收集信号和数据来生成目标图像的技术。
在目标检测和控制方面,雷达成像信号检测与控制技术起着非常重要的作用。
通过对雷达成像信号的检测和控制,可以提高雷达系统的性能和效率,从而实现更准确、可靠的目标探测和识别。
一、雷达成像信号检测技术1.1 雷达成像信号特点分析雷达成像信号通常具有较低的信噪比和复杂的背景干扰。
因此,在进行雷达成像信号检测时,需要采用适当的处理方法来提高信噪比,同时抑制背景干扰,以确保目标信号的准确性和可靠性。
1.2 目标检测算法目标检测是雷达成像信号检测的关键环节之一。
目标检测算法主要有常用的基于信号处理的方法和机器学习方法。
其中,基于信号处理的方法包括常用的滤波、频谱分析等技术,而机器学习方法则依靠大量样本数据进行训练和学习,从而实现对目标的自动识别和检测。
1.3 信号处理技术信号处理技术在雷达成像信号检测中起到至关重要的作用。
常见的信号处理技术包括时域滤波、频域滤波、小波变换等。
这些技术可以有效地提高信噪比,去除噪声和干扰,以实现对目标信号的准确检测和控制。
二、雷达成像信号控制技术2.1 自适应目标探测自适应目标探测技术是指雷达系统可以自动调整参数和工作模式,以适应不同场景和目标的探测需求。
通过自适应目标探测技术,可以实现对复杂背景和目标的准确探测,从而提高雷达系统的反应速度和探测效率。
2.2 收发系统设计收发系统设计是雷达成像信号控制技术的关键环节。
设计合理的收发系统能够满足不同探测需求,提高雷达系统的探测效果。
在收发系统设计中,需要考虑到天线设计、发射功率控制、接收灵敏度等因素,以实现对目标信号的准确接收和控制。
2.3 非线性目标控制非线性目标控制是指雷达系统可以对非线性目标实现探测和控制。
由于目标形态的复杂性和雷达成像信号的非线性特点,对非线性目标的探测和控制是一项具有挑战性的任务。
通过合理的算法设计和模型建立,可以实现对非线性目标的高效探测和控制。
雷达信号检测
科研报告课程名称:信号检测与估值题目:匹配滤波器在雷达信号中的应用院(系):信息与控制工程学院专业方向:信号与信息处理姓名:许*学号:**********任课教师:毛*2015 年1月14日匹配滤波器在雷达信号中的应用摘要本文介绍了雷达系统及有关匹配滤波器的主要内容,着重介绍与分析了雷达系统信号处理的脉冲压缩(匹配滤波)现代雷达技术,雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾,最后实现对雷达目标的检测。
关键词:雷达系统脉冲压缩AbstractThis paper introduces the radar system and the main content of the matched filter, this paper introduces and analyses emphatically the signal processing of the pulse compression radar system (matched filtering) of modern radar technology, by pulse compression radar system to solve the contradiction between the radar range and distance resolution,finally the realization of the radar target detection. Keywords:pulse compression radar system目录1绪论 (1)1.1雷达起源 (1)1.2 雷达的发展历史 (1)2基本原理分析 (3)2.1匹配滤波器原理 (3)2.2线性调频信号(LFM) (4)2.3线性调频信号的匹配滤波 (5)3匹配滤波器在雷达信号中的应用 (8)3.1雷达系统对线性调频信号的检测 (8)3.2 脉冲压缩改善雷达距离分辨力 (11)4总结 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论1.1雷达起源雷达的出现,是由于二战期间当时英国和德国交战时,英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
第2章雷达信号检测
上次课小结:
雷达原理 雷达框图,天线扫描方式,跟踪方式等。 雷达方程 最大作用距离与发射功率和接收机灵敏度之间的关系 模糊函数
模糊函数的形式类似于自相关函数。 模糊函数越窄,信号的可分辨率越高,理想模糊函数是冲激函数。 要通过信号处理,才能得到模糊函数所表明的分辨率。 模糊函数是研究和设计雷达波形的主要数学工具。
本次课主要内容:
1.虚警概率、发现概率、虚警时间 2.最佳判决准值 3.匹配滤波器 4.检波器,包络检波、相干检波 5.脉冲积累 6.动目标显示 7.恒虚警处理
第二章 雷达信号检测
雷达的首要任务是发现目标并测定其坐标。从噪声和干扰中 检出目标是雷达信号检测研究的内容。 §2.1 检测过程
目标信号中包含了噪声和干扰,通常用一个门限(阈值)作为检测目标的 准则。如:
检测门限
A
判定为目标 判定为噪声 噪声电压 (瞬时值)
噪声电压 (均方根)
t
没有目标信号时,输入信号x(t)中只有噪声n(t), x(t)=n(t) 有目标信号s(t)时,输入信号x(t)为:x(t)=s(t)+n(t) 有四个检测结果:
H0 正确未发现 虚警概率
没有目标
0 H1 漏检
门限 正确检测,发现概率
x2 22
1 p( x | H1 ) e 2
( x 1) 2 22
似然函数:
2 x 1
( x) e 2
2
判断过程:Λ(x)>Λ0,判断信号为1伏,否则判断为0伏。 等价于判断式:
( x) px | H1 px | H 0 >门限,判断为1伏,否则判断为0伏。
发现概率 PD1 | H1 p( x | H1 )dx
雷达信号检测和估计
信号检测与估计理论在雷达系统方面的应用摘要:随着互联网应用的普及及发展,信号的检测与估计技术的应用也越来越受到人们的关注。
雷达中的信号检测是一个综合性问题,涉及多个学科,多领域知识,所以它是科学领域最为关注的问题。
近年来已经开展了大量雷达系统信号实现方法相关的研究课题,其中回波信号的检测和估计是最为重要的方面。
本论文就是针对雷达信号检测和估计的精确性问题加以展开的。
关键词:雷达系统,信号估计,信号检测第一章雷达系统1.1起源和发展早期雷达用接收机、显示器并靠人眼观察来完成信号检测和信息提取的工作。
接收机对目标的回波信号进行放大、变频和检波等,使之变成能显示的视频信号,送到显示器。
人们在显示器的荧光屏上寻找类似于发射波形的信号,以确定有无目标存在和目标的位置。
随着雷达探测距离的延伸,回波变弱,放大倍数需要增加。
于是,接收机前端产生的噪声和机外各种干扰也随着信号一起被放大,而成为影响检测和估计性能的重要因素。
这时,除了降低噪声强度之外,还要研究接收系统频带宽度对发现回波和测量距离精度的影响。
这是对雷达检测理论的初期研究。
后来,人们开始在各种干扰背景中对各种信号进行检测和估计的理论研究,其中有些结论,如匹配滤波理论,关于滤波、积累、相关之间等效的理论,测量精度极限的理论,雷达模糊理论等,已在实际工作中得到应用.1.2雷达的概述雷达的英文名字是radar,是“无线电探测与定位”的英文缩写。
雷达的基本任务是探测感兴趣的目标,测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。
雷达主要由天线、发射机、接收机(包括信号处理机)和显示器等部分组成。
雷达发射机产生足够的电磁能量,经过收发转换开关传送给天线。
天线将这些电磁能量辐射至大气中,集中在某一个很窄的方向上形成波束,向前传播。
电磁波遇到波束内的目标后,将沿着各个方向产生反射,其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向,被雷达天线获取。
天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机,形成雷达的回波信号。
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科研报告课程名称:信号检测与估值题目:匹配滤波器在雷达信号中的应用院(系):信息与控制工程学院专业方向:信号与信息处理姓名:许娟学号:1508210675任课教师:毛力2015 年1月14日匹配滤波器在雷达信号中的应用摘要本文介绍了雷达系统及有关匹配滤波器的主要内容,着重介绍与分析了雷达系统信号处理的脉冲压缩(匹配滤波)现代雷达技术,雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾,最后实现对雷达目标的检测。
关键词:雷达系统脉冲压缩AbstractThis paper introduces the radar system and the main content of the matched filter, this paper introduces and analyses emphatically the signal processing of the pulse compression radar system (matched filtering) of modern radar technology, by pulse compression radar system to solve the contradiction between the radar range and distance resolution,finally the realization of the radar target detection. Keywords:pulse compression radar system目录1绪论 (1)1.1雷达起源 (1)1.2 雷达的发展历史 (1)2基本原理分析 (3)2.1匹配滤波器原理 (3)2.2线性调频信号(LFM) (4)2.3线性调频信号的匹配滤波 (5)3匹配滤波器在雷达信号中的应用 (8)3.1雷达系统对线性调频信号的检测 (8)3.2 脉冲压缩改善雷达距离分辨力 (11)4总结 (15)致谢 (16)参考文献 (17)1绪论1.1雷达起源雷达的出现,是由于二战期间当时英国和德国交战时,英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。
二战期间,雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。
二战以后,雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。
后来随着微电子等各个领域科学进步,雷达技术的不断发展,其内涵和研究内容都在不断地拓展。
目前,雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了雷达、红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。
当代雷达的同时多功能的能力使得战场指挥员在各种不同的搜索/跟踪模式下对目标进行扫描,并对干扰误差进行自动修正,而且大多数的控制功能是在系统内部完成的。
自动目标识别则可使武器系统最大限度地发挥作用,空中预警机和JSTARS这样的具有战场敌我识别能力的综合雷达系统实际上已经成为了未来战场上的信息指挥中心。
雷达(Radar)是英文“Radio Detection and Ranging”缩写的译音,意思是无线电检测和定位。
近年来更广义的Radar的定义为:利用电磁波对目标检测/定位/跟踪/成像/识别。
雷达是战争中关键的侦察系统之一,它提供的信息是决策的主要基础。
雷达可用于战区侦察,也可用于战场侦察。
装有雷达导引头的导弹、灵巧炸弹能精确地、有效地杀伤目标。
在反洲际弹道导弹系统,反战术弹道导弹系统中,雷达是主要的探测器。
雷达技术在导航、海洋、气象、环境、农业、森林、资源勘测、走私检查等方面都起到了重要作用。
1.2 雷达的发展历史雷达技术首先在美国应用成功。
美国在1922年利用连续波干涉雷达检测到木船,1933年6月利用连续波干涉雷达首次检测到飞机。
该种雷达不能测距。
1934年美国海军开始发展脉冲雷达。
英国于1935年开始研究脉冲雷达,1937年4月成功验证了CH(Chain Home)雷达站,1938年大量的CH雷达站投入运行。
英国于1939年发展飞机截击雷达。
1940年由英国设计的10cm波长的磁控管由美国生产。
磁控管的发展是实现微波雷达的最重要的贡献。
1940年11月,美国开发微波雷达,在二次世界大战末期生产出了10cm的SCR-584炮瞄雷达,使高射炮命中率提高了十倍。
二战中,俄、法、德、意、日等国都独立发展了雷达技术。
但除美国、英国外,雷达频率都不超过600MHz。
二战中,由于雷达的很大作用,产生了对雷达的电子对抗。
研制了大量的对雷达的电子侦察与干扰设备,并成立了反雷达特种部队。
二战后,特别是五、六十年代,由于航空航天技术的飞速发展,用雷达探测飞机、导弹、卫星、以及反洲际弹道导弹的需要,对雷达提出了远距离、高精度、高分辨率及多目标测量的要求,雷达进入蓬勃发展阶段,解决了一系列关键性问题:脉冲压缩技术、单脉冲雷达技术、微波高功率管、脉冲多卜勒雷达、微波接收机低噪声放大器(低噪声行波管、量子、参量、隧首二极管放大器等)、相控阵雷达。
七十至九十年代,由于发展反弹道导弹、空间卫星探测与监视、军用对地侦察、民用环境和资源勘测等的需要,推动了雷达的发展。
出现了合成孔径雷达(SAR),高频超视距雷达(OTHR),双/多基地雷达,超宽带(UWB)雷达,逆合成孔径雷达(ISAR),干涉仪合成孔径雷达(InSAR),综合脉冲与孔径雷达等新技术新体制。
早期的雷达天线是固定的、无方向的阵列,只有距离信息。
天线在一定的时间间隔内发射射频脉冲,将接收到的回波放大,并在示波器的CRT上显示(即常称的A 显示),产生一个与目标位置对应的水平线,供雷达操作员识别目标的大致距离。
但由于当时所用的射频电波频率较低,为了有效地发射和接收射频信号,雷达系统需要一个很大的天线,这种天线不能迁移或者改变方向,而且只能探测到大目标,且距离信息的精度也很低。
到二战结束时,雷达系统中那些现在熟悉的特征—微波频率、抛物面天线和PPI显示,已建立起来。
2基本原理分析2.1匹配滤波器原理在输入为确知加白噪声的情况下,所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器,设一线性滤波器的输入信号为x t :x t =s t +n t 2.1其中:s t 为确知信号,n t 为均值为零的平稳白噪声,其功率谱密度为N 02 。
设线性滤波器系统的冲击响应为h t ,其频率响为H ω ,其输出响应:y t =s 0 t +n 0 t 2.2输入信号能量:E s = s 2 t ∞−∞dt <∞ 2.3输入输出信号频谱函数:S ω = s t ∞−∞e −jωt dtS 0 ω =H ω S ω S 0 t =12π H ω S ω e −jωt ∞−∞dω 2.4 输出噪声的平均功率: E n 02 t =1 P n 0 ω dω∞−∞=1 H 2∞−∞ω P n ω dω 2.5 SN R 0= 12π H ω S ω e −jωt 0d ω∞−∞212π H ω 2P n ω d ω ∞−∞ 2.6利用Schwarz 不等式得:SN R 0≤12π S ω 2P nω ∞−∞dω 2.7 上式取等号时,滤波器输出功率信噪比SN R 0最大取等号条件:H ω =αS ∗ ω ne −jωt 0 2.8 当滤波器输入功率密度是P n ω =N 02 的白噪声时,MF 的系统函数为:H ω =k S ∗ ω e −jωt 0,k =2α02.9 K 为常数1,S ∗ ω 为输入函数频谱的复共轭,S ∗ ω =S −ω ,也是滤波器的传输函数Hω。
SN R0=2E s2.10E s为输入信号s t的能量,白噪声n t的功率谱为N02SN R0只输入信号s t的能量E s和白噪声功率谱密度有关。
白噪声条件下,匹配滤波器的脉冲响应:h t=ks∗t0−t 2.11如果输入信号为实函数,则与s t匹配的匹配滤波器的脉冲响应为:h t=ks t0−t 2.12k为滤波器的相对放大量,一般k=1。
匹配滤波器的输出信号:S0t=S0t∗ h t=kR t0−t 2.13匹配滤波器的输出波形是输入波形的自相关函数的k倍,因此匹配滤波器可以看作是一个计算输入信号自相关函数的相关器,通常k=1。
2,2 线性调频信号(LFM)脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。
这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率,保证足够大的作用距离;而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲,以提高距离分辨率,较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频(Linear Frequency Modulation)信号,接收时采用匹配滤波器(Matched Filter)压缩脉冲。
LFM信号(也称Chirp信号)的数学表达式为:s t=rect tTe j2πf c t+K t2 2.14式中f c为载波频率,rect tT为矩形信号,rect t=1,t≤10,elsewise2.15K=BT,是调频斜率,于是,信号的瞬时频率f c+K t −T2≤t≤T2。
将2.14式中的up-chirp信号重写为:s t=S t e j2πf c2.16是信号s(t)的复包络。
由傅立叶变换性质,S(t)与s(t)具有相同的幅频特性,只是中心频率不同而以,因此,Matlab仿真时,只需考虑S(t)。
通过MATLAB 仿真可得到信号时域和频域波形如下图所示:图1 LFM 信号的时域波形和幅频特性在满足大时宽宽带积的条件下,线性调频信号振幅接近矩形函数。
线性调频信号具有平方率特性。
2.3线性调频信号的匹配滤波s(t)信号的匹配滤波器的时域脉冲响应为:h t=s∗t0−t 2.17t0是使滤波器物理可实现所附加的时延。
理论分析时,可令t0=0,改写上式:h t=s∗−t 2.18将2.14式代入2.18式得:h t=rect te−jπk2t×e j2πf c2.19如图1,s(t)经过系统h t得输出信号s(t),s 0 t =s t ∗h t = s u ∞−∞h t −u du = h u ∞−∞s t −u du= e −j 2πKu 2rect u T e j 2πf c u ∞−∞×e j 2πK t−u 2rect t −u e j 2πf c t−u du 2.20 当0≤t ≤T 时,s 0 t = e j 2πKt 2T 2 t−T 2 e −j 2πKtu du =e j 2πKt 2e −j 2πKtu −j 2πKt T 2 t −T 2×e j 2πf c t =sin πK T +t t e j 2πf c t 2.21 合并2.19和2.20两式:s 0 t =T sin πKT −1 t T rect t e j 2πf c 2.22 2.22式即为LFM 脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频f c 的信号。