2 数字正交双通道处理
双通道的名词解释
双通道的名词解释
双通道，指以双重渠道同时进行数据处理、传输、显示及控制的数字系统。双通道是一种处理能力强大且应用范围广泛的多功能系统。它融合了相对独立的多功能模块，可以实现多种功能，如数据存储、处理、处理，及数据传输、控制、显示等功能，满足特定的应用要求。
它的简单原理是：两个独立的渠道，一个接收传入的数据，一个负责运算、显示及控制，使用双通道可以将单个信号，即信号输入端口，以及两个以上的传出端口连接成一个单一系统。双通道可以将两个渠道的运行分别独立，实现更高效率的冗余复制、高速传输及快速响应。
双通道的类型很多，如通用的双向多通道网络，双向单通道网络，双向双通道网络，多种类型的双向双通道网络，多通道多通道控制和双通道控制等等。每种类型的双通道网络都有自己的特点及适用范围，它们都可以满足各种特定用途的需求，如医疗、工业控制、车辆检测及通信等等。
双通道网络同时满足多项功能，可以实现大量复杂的数据处理、传输及控制功能。它所拥有的双向性和双渠道性，让它可以充分利用多种类型的数据输入端口，实现更迅速、准确、动态及安全的工作。此外，双向双通道网络可以有效降低系统投入，延长系统的使用寿命，实现软硬件的节省成本。
双通道的应用范围也很广泛，可以用于数据收集、联网、信号处理、控制设备等。为了更好地使用双通道技术，需要有良好的设计与
系统部署，保证系统的安全可靠性，以及支持大量的终端用户访问。传统的数据双向传输模式，可能会遇到数据丢失等问题，而双通道技术可以有效避免这类问题，满足较高要求的网络服务和数据保护。
基于中频采样数字正交技术的雷达接收机正交双通道处理新方法
基于中频采样数字正交技术的雷达接收机正交双通道处理新方
法
吕学军;杨益群
【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》
【年(卷),期】2003(027)003
【摘要】针对模拟双通道处理中平衡不理想的问题,介绍了从中频信号的采样中获得正交双通道采样效果的数字正交技术,并对某ASR-10SS雷达接收机中的正交双通道处理器作了具体的分析.
【总页数】3页(P398-400)
【作者】吕学军;杨益群
【作者单位】广州民航技术学院通信系,广州,510403;长沙理工大学信息与计算科学系,长沙,410007
【正文语种】中文
【中图分类】TN957.51
【相关文献】
1.一种基于中频采样正交滤波技术的超分辨率测向方法 [J], 眭衍铭;孙德庆
2.中频采样正交双通道处理的VHDL实现 [J], 程东升;谭贤四;周峻威;姜国臣
3.基于多相滤波的正交采样零中频数字化接收及QPSK高速解调的FPGA实现 [J], 赵国栋;徐建良
4.基于中频直接采样正交相干检波技术的信号脉内特征提取 [J], 朱振波;何明浩
5.二次雷达数字接收机的中频带通采样和数字正交解调及其实现 [J], 罗丽;黄勇因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买
双通道原理
双通道原理
双通道原理是指在某一系统或设备中同时存在两个独立的通道，以实现更高效
的数据传输、处理或控制。这种设计可以提高系统的稳定性、可靠性和性能，广泛应用于各种领域，如通信、计算机、自动化控制等。
首先，双通道原理在通信领域中得到了广泛的应用。在无线通信系统中，双通
道可以同时传输和接收数据，提高了通信的效率和可靠性。例如，双通道技术可以减少信号传输的延迟，提高数据传输的速度，从而更好地满足用户对高速通信的需求。在有线通信系统中，双通道也可以实现冗余备份，一旦某一通道出现故障，系统可以自动切换到另一个通道，保证通信的连续性和稳定性。
其次，双通道原理在计算机领域中也有重要的应用。在计算机系统中，双通道
可以实现数据的并行处理，提高系统的计算速度和吞吐量。例如，双通道内存可以同时读取和写入数据，加快了内存访问速度，提高了系统的运行效率。在存储系统中，双通道可以实现数据的冗余备份和故障切换，提高了数据的可靠性和安全性。
另外，双通道原理在自动化控制领域也发挥着重要作用。在工业控制系统中，
双通道可以实现冗余控制和故障切换，保证了系统的稳定性和可靠性。例如，在工业生产中，双通道控制系统可以实现对关键设备的双重监控和控制，一旦某一通道出现故障，系统可以自动切换到另一个通道，确保生产过程的连续性和安全性。
总的来说，双通道原理在各个领域都有着重要的应用，可以提高系统的稳定性、可靠性和性能。通过合理设计和应用双通道技术，可以更好地满足用户对高效、安全、稳定的系统需求，推动各行业的发展和进步。因此，我们应该充分认识和理解双通道原理的重要性，不断推动双通道技术的创新和应用，为各行业的发展和进步提供更好的支持和保障。
脉冲多普勒雷达测速仿真
任务书
雷达进行PD测速主要是利用了目标回波中携带的多普勒信息，在频域实现目标和杂波的分离，它可以把位于特定距离上、具有特定多普勒频移的目标回波检测出来，而把其他的杂波和干扰滤除。因此要求雷达必须具备很强的抑制杂波的能力，能在较强的杂波背景中分辨出运动目标的回波。
如今，不管是在军用还是民用上，雷达都在发挥着它很早重要的作用，与早期雷达采用距离微分方法测速相比，基于脉冲多普勒理论的雷达测速技术具有实时性好、精度高等优点。特别是现代相控阵技术在雷达领域的应用，实现了波束的无惯性扫描和工作方式的快速切换，更便于应用脉冲多普勒技术进行雷达测速。
本篇课程设计目的在于介绍脉冲多普勒雷达测速的原理，并对这种技术进行介绍和仿真。
摘要
脉冲多普勒(PD)雷达以其卓越的杂波抑制性能受到世人瞩目。现代飞行器性能的改进和导航手段的加强，使其能在低空和超低空飞行，因此防御低空入侵己成重要问题，由此要求机载雷达，包括预警机雷达和机载火控雷达具有下视能力，即要求能在强的地杂波背景中发现微弱的目标信号，所以现代的预警机雷达和机载火控雷达皆采用PD体制。脉冲多普勒雷达包含了连续波雷达和脉冲雷达两方面的优点，它具有较高的速度分辨能力，从而可以更有效地解决抑制极强的地杂波干扰问题;此外，脉冲多普勒雷达能够同时敏感地测定距离和速度信息;能够利用多普勒处理技术实现高分辨率的合成孔径图像;而且亦具有良好的抗消极干扰能力和抗积极干扰能力。
本文介绍了脉冲多普勒雷达测速的原理，信号处理。并用matlab简单的仿真了雷达系统对信号的处理.
数字中频式频谱仪的分辨率带宽设计
数字中频式频谱仪的分辨率带宽设计
频谱分析仪按实现方式可分为模拟式和数字式两种，前者以模拟滤波器为基础，后者则以数字滤波器和FFT分析为基础。相比之下，模拟式频谱分析仪不能获得实时频谱，且由于模拟滤波器会受到非线性、温漂、老化等影响，测量精度不高；而数字式频谱分析仪由于其基于数字滤波器，故而形状因子小，频率分辨率高，稳定性好，可以获得很窄的分析带宽，而测量精度较高；而且由于它基于高速ADC技术、数字信号处理技术、FFT分析等进行设计，因而具有多种谱分析能力。随着现场可编程门阵列(FPGA) 器件、DSP器件等在芯片逻辑规模和处理速度等方面性能的迅速提高，数字式频谱仪的测量速度更快、实时性也更强。
在数字中频式频谱仪中，分辨率带宽滤波是数字中频处理模块设计的关键，它决定了频谱分析的有效信号带宽，同时表征频谱仪在响应中明确分离出两个输入信号的能力，是频谱仪的主要技术指标之一。为了满足信号的实时性和精度要求，通常以高速A/D采样得到数字中频信号，但其数据率过高，故其成为数字处理的瓶颈。一般需要使用数字正交解调技术将信号搬移至基带，然后通过多速率信号处理技术来设计抽取滤波器，以降低数据率，最终实现数字FIR滤波器。
本文采用数字下变频技术，并基于FPGA硬件设计数字中频处理模块，调用不同的IP核进行设计，同时采用参数可配置的结构来实现可变抽取率滤波器和分辨率带宽数字滤波器。由于IP核是经过了严格的性能测试并且进行了优化，时序稳定，因而可以满足系统高速与实时性处理的要求。
1 数字下变频原理
全数字中频处理技术是软件无线电中的关键技术之一，它主要应用于将中频信号下变频至基带信号，在降低采样率的同时，该技术可保证所需要的信号不被混叠，因而十分方便于后续更多基带信号处理技术的使用。全数字中频技术包含数字正交解调技术和多抽样率信号处理技术两部分。
雷达信号处理仿真
雷达信号处理仿真
【摘要】文章针对现代雷达信号处理的主要方式，建立了雷达信号处理仿真的数学模型，其中包括正交双通道处理、动目标检显示、动目标检测以及恒虚警处理等。根据数学模型，用Matlab软件对雷达信号处理系统进行了仿真，得到了雷达系统中各个处理点上的具体信号形式，并用图形用户界面（GUI）来动态显示雷达信号处理过程，使仿真结果表现得更直观。
【关键词】雷达信号处理；正交双通道处理；动目标显示；动目标检测；恒虚警检测1引言
的目的是消除所有不需要的信号及干扰，提取或加强由目雷达信号处理[12]
标所产生的回波信号，在处理过程中要用到一些信号处理的关键技术，如数字正交双通道处理、脉冲压缩技术、固定目标对消技术、动目标显示技术、动目标检测技术[3]、恒虚警处理[4]和脉冲积累等。由于现代雷达信号处理过程日益变得复杂，难以用简单直观的分析法进行处理，往往需要借助计算机来完成对系统的各项功能和性能的仿真。利用计算机来进行雷达系统的仿真[5]具有方便、灵活以及经济的特点。而MATLAB提供了强大的仿真平台，可以为大多数雷达系统的仿真提供方便快捷的运算。
2雷达信号处理基础
2.1数字正交双通道处理
在全相参雷达中，可以用正交双通道处理来获得中频信号的基带信号（零中频信号）()
x t，有时也称()
x t为中频信号的复包络。正交双通道处理的框图如图s t为中频回波信号。
1所示，其中()
r
图1正交双通道处理框图
其中中频回波信号为：
0()()cos[2()]r d s t a t f f t π=+
(1)
上式中，0f 为中频频率，d f 表示多普勒频率，其值可能是正值或负值，也可能为零。
双通道数字隔离芯片_解释说明
双通道数字隔离芯片解释说明
1. 引言
1.1 概述
双通道数字隔离芯片是一种重要的电子元件，用于解决电路信号隔离和保护的问题。它能够将输入信号和输出信号之间实现高度可靠的电气隔离，防止输入端的干扰信号传播到输出端，并保证数据的安全性。这种芯片在现代电子设备中应用广泛，从工业自动化系统到医疗仪器等领域都有其身影。
1.2 文章结构
本文将对双通道数字隔离芯片进行详细介绍和分析。首先，在引言部分我们将给出该文章的结构，包括各个章节内容简介和组织框架。接下来，第二节将对双通道数字隔离芯片的定义、原理和工作原理进行解释说明。在第三节中，我们将重点讨论第一通道相关要点，包括数字隔离技术介绍、设计要求以及实现方式和性能评估。然后在第四节，我们将深入探讨第二通道相关要点，同样包括技术介绍、设计要求以及实现方式和性能评估。最后，在结论部分我们将总结主要观点，并提出未来研究方向。
1.3 目的
本文的目的是为读者提供关于双通道数字隔离芯片的全面了解。我们将对该芯片
的原理、工作方式以及在不同应用领域中的重要性进行解释和阐述。通过详细探讨第一通道和第二通道，读者将能够更好地理解双通道数字隔离芯片的设计要求和实现方式，并深入了解其性能评估方法。最后，我们希望通过总结观点并提出未来研究方向，促进该领域的发展与创新。
2. 双通道数字隔离芯片
2.1 定义和原理
双通道数字隔离芯片是一种电子元件，用于在不同电路之间提供高度可靠的电气隔离。它基于数字隔离技术，通过光耦合器、磁耦合器或者互感器等方式，将输入信号与输出信号之间实现完全的电气隔离。
简述双通道原理的应用
简述双通道原理的应用
什么是双通道原理
双通道原理是一种在通信领域内广泛应用的概念，它指的是同时通过两个独立
的通道进行信号传输的原理。这两个通道通常是相互独立的，可以独立传输信号，也可以互补传输信号。双通道原理可以提高通信的可靠性、带宽和速度，广泛应用于各种通信系统中。
双通道原理的应用领域
1. 数据传输系统
双通道原理在数据传输系统中得到了广泛的应用。通过同时使用两个独立的通道，可以提高数据传输的可靠性和速度。例如，在数据中心的服务器架构中，常常采用双通道原理来提高数据的传输速度和带宽。通过同时使用两个通道传输数据，可以最大限度地利用网络资源，并确保数据传输的稳定和可靠。
2. 电力系统
在电力系统中，双通道原理可以用于提供备用电源和电力传输的冗余机制。通
过同时使用两个独立的通道来传输电力，可以确保在一个通道出现问题时，能够立即切换到另一个通道，从而保障供电的稳定性和可靠性。这对于对电力供应要求极高的场合，如医院、航空航天等领域，尤为重要。
3. 无线通信系统
在无线通信系统中，双通道原理可以提高通信的可靠性和性能。通过同时使用
两个独立的通道进行信号传输，可以避免单一通道的信号干扰和中断等问题。双通道原理在无线网络、卫星通信等领域中得到了广泛的应用，可以提供更好的通信质量和更高的传输速度。
4. 控制系统
双通道原理在控制系统中的应用非常重要。通过同时使用两个独立的通道进行
控制信号传输，可以提高控制系统的可靠性和稳定性。在工业自动化、机器人控制、航空航天等领域中，双通道原理被广泛应用于保证控制系统的可靠性和安全性。
正交双通道处理
900移相器
sin0t
相位检波器 低通滤波 A/D
Q
注：尽管传统正交双通道处理是针对中频信号而言(尤其是对微波雷达)， 但随着A/D采样频率的提高，为减少射频前端模拟器件引入的通道不一致 性，直接在射频端进行A/D采样、数字处理的方案已逐渐成为可能，尤其 适用于高频雷达情形，即所谓的“软件雷达”。
1) AEW雷达，由于下视工作且平台运动，外部地物/海杂波占优
2) HF地波雷达： 舰船目标：外部海杂波、电离层杂波(远距离)占优 飞机目标：外部大气噪声、电离层杂波(远距离)占优
2019/1/26 哈尔滨工业大学电子工程系 9
理想正交双通道处理的要求
理想正交化处理要求I、Q通道的幅频特性严格一致，相位差900。 当I、Q两通道的幅相特性非理想时，复带通信号的负谱就会有一定的残 余(称为镜像分量)，当把复带通信号的频谱从f0搬移到零处时，残余的负 谱也从-f0搬移到零处，从而造成正负多普勒频谱混叠，使解调后复信号 多普勒频谱的精度降低。
sr (t ) a(t ) cos0t (t ) Re u(t )e j0t
式中包络 a(t )、 相位 (t )相对于
实回波信号频谱
0均是慢变化过程 ， 即信号带 宽 0
2019/1/26 哈尔滨工业大学电子工程系
f0
0
f0
2
中频采样正交双通道处理的VHDL实现
Ｃ ＥＮＧ ｎ — ｈ ｎ ＴＡＮ ａ —ｉ， ＨＯＵ ｕ — ｉ，Ｉ ＮＧ ｏ ｃ ｅ Ｈ Ｄｏ ｇ ｓ ｅ ｇ ， Ｘｉｎ ｓ Ｚ Ｊ ｎ ｗｅ。ＪＡ Ｇｕ —ｈ ｎ
（ ． ｉ ｏ ｃ Ｒ ｄ ｒＡ ａ ｅ ｙ ｗｕ ａ ３ ０ ９ Ｃ ｉ ａ ２ Ｕｎｔ９ ６ ２ ｆ ＰＬ Ｌ ｓ ５ ０ ３ Ｃ ｉａ １ Ａ ｒＦ ｒｅ ａ ａ ｃ ｄ ｍ ， ｈ ｎ ４ ０ １ ， ｈｎ ， ． ｉ ５ ６ Ａ， ａ ａ ８ ０ ３ ， ｈｎ ） ｏ
摘
要 ： 对 模 拟视 频 正 交 双 通 道 处 理 中 容 易 产 生 镜 像 频 率 等 不 平 衡 问题 ， 绍 了 中 频 采 样 正 交 双 通 道 处 理 的数 字 正 交 针 介
技 术 ， 于 Ｖ Ｌ 语 言 编 程 实 现 了 某 雷 达 接 收 机 中 的 正 交 双 通 道 处 理 系 统 并 进 行 了 系 统 功 能 仿 真 ， 真 结 果 表 明 ， 统 最 高 基 ＨＤ 仿 系
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Ｖ０ ． ２ Ｎｏ １ ３ ， ．８ Ａｕ ｕ ｔ ２ ０７ ｇ ｓ，０
火 力 与 指 挥 控 制
Ｆｉｅ Ｃｏ ｒ ｌａ ｄ Ｃｏ ｒ ｎｔｏ ｎ ｍｍ ａ ｄ Ｃｏ ｔ ｏ ｎ ｎｒｌ
双通道名词解释
《双通道名词解释》
双通道是指有两个相互独立的通道。在数据传输过程中,能够并行处理来自不同速率信号源的多路数字信息流(如语音和图像)或同一速率的两路数字信号(如8位双音频流),以提高数据的传输效率。多通道技术起初用于模拟调制解调器,目前已成为数字接口技术的基础之一。与单通道方式比较,它具有更高的带宽利用率、更大的差错控制和更低的噪声产生几率等优点,因此被广泛应用于高性能、大容量、高速率数字接口领域。有时也会用到“双通道”这个词汇表示类似“双倍带宽”“双倍压缩”的意思。
正交双通道处理
(1 ) 2 2(1 ) cos e 1 IR 10 lg (dB) 2 (1 ) 2(1 ) cos e 1
特殊方法：采样频率fs=4f0/(2M-1)
2018/10/21
哈尔滨工业大学电子工程系
14
希尔伯特变换法
原理：将接收到的实回波信号认为实部，利用Hilbert变换 处理得到虚部，即可构成解析信号。若取原采样序列为I路 ，对其进行Hilbert变换获得Q路。
延迟(N-1)/2个样本 中频回波信号
f0
0
2018/10/21
f0
哈尔滨工业大学电子工程系
0
7
单/双通道处理的SNR分析
如果噪声功率谱具有对称性，即关于载频/中频对称，则对于
多普勒频率为fd的点目标，由于频谱混叠引入的噪声加倍， 则双通道处理有3dB的SNR改善。若同时存在-fd的点目标， 则SNR改善更大且能区分±fd 。
实回波频谱
单通道处理频谱混叠
cos(2f 0 t )
低通滤波 中频带通信号
A(t ) cos[2f 0t (t )]
A/D
I
低通滤波
脉冲压缩匹配滤波模糊函数
ak e jik (t )
2015-6-12
哈尔滨工业大学电子工程系
26
任意t时刻压缩前发射信号矢量图
ik (t ) 2kft i (kf )
即使t=0时，各频谱分量也不同相
ok (t ) 2kf (t t0 ) 0
各频谱分量相位差较小
t≠t0时刻压缩后输出信号矢量图
t=t0时刻压缩后输出信号矢量图 ok (t ) 2kf (t t0 ) 0 各频谱分量同相相加
2015-6-12 哈尔滨工业大学电子工程系 27
信号延迟累加法
先发射
(1) 接收机输入高频脉冲包络
0
ui
后发射
T
(2) 输入高频脉冲内调频特性
f2
f
B
t
t
f1
0
td1
td
(3) 压缩网络频率—时延特性
2015-6-12 哈尔滨工业大学电子工程系 30
前面讨论的方法及框图主要适用于不进行相参处理的TWS雷达系统，由于不进 行速度处理，所以不需要获得I、Q双路信号，仅对回波进行单本振混频获得单路中 频宽带模拟信号，再对其采用相关法实现脉冲压缩、包络检波、目标检测、距离估 计等处理。但对需要进行相参处理的雷达系统而言，当不能采用Stretch方式实现脉 冲压缩时，只能首先获得双路零中频宽带模拟信号(可以采用两路混频+低通滤波的 模拟方式或直接中频采样数字正交双通道处理方式)，然后获得两路实信号或一路复 信号(宽带信号)采用相关法实现脉冲压缩。 可参考： Bassem Mahafza，Matlab Simulations for Radar Systems Design, 2004, p255261 目标存在径向运动速度会对脉冲压缩产生不利的影响。采用相关法进行脉冲压缩时，
基于DSP的声纳电功率测量系统
０ 引 言
为 了实现对 音频 正弦信 号 有 效功 率 进行 测 量 ， 理 想 其 方法就 是采用 正交双 通 道 算 法口 ， 用 这种 方 法 可 以做 到 ］利 无理论 误 差 的测 量 ， 外 ， 可 以 充分 利 用 先 进 的数 字 信 另 还
瞬 时相位差 。
声纳发 射换能器 发射 的有效 电功率 Ｐ为 ：
摘
要：正交双通道处理技术保 留了信号 的幅度和相位信息 ， 用这 种方法可 以实现无理 论误差地 测量音频 正弦信 号
有效 功率 。为 了实现对声纳发射有效 电功率 的测量 ， 基于此技术设计了声纳发射有效 电功率测量 系统 ， 系统采用专 用 数字信号处理器 Ｄ Ｐ和单片机 ＡＴ ９ ５ 构成双微处理器工作方 式 ， Ｓ ８Ｃ １ 数字信 号处理 器用来 实现各 种算法 和完成数 据
ｔ ｉ ｔ ｃ ｎ ｑ ｅ ｈ ａ ｕ ｅ ｎ ｙ ｔ ｍ ｆｓ ｎ ｒｔ ａ ｓ ｉ ｅ ｃ ｉ ｅ ｅｅ ｔｉ ｏ ｒｉ ｅ ｉｎ ｄ ｈ ｓ ｅ ｈ ｉ ｕ ，ｔ ｅ ｍｅ ｓ ｒ ｍｅ ｔｓ ｓ ｅ ｏ ｏ ａ ｒ ｎ ｍ ｔ ｄ ａ ｔ ｌ ｃ ｒｃｐ ｗｅ ｓｄ ｓ ｇ ｅ ．Ｔｈ ｙ ｔ ｍ ａ ｅ ｎ ｔ ｖ ｅｓ ｓｅ ｉ ｂ ｓ ｄ ｏ ｓ
测量上 ， 得 了良好效果 。 取
Байду номын сангаас
式 中 ： ０ 正弦 信号 的周 期 ； 和 Ｊ分别 为正 弦 电压 和 电 Ｔ为 Ｕ
双通道数字霍尔开关
双通道数字霍尔开关
双通道数字霍尔开关是一种具有高灵敏度、高温度稳定性的磁检测器件。每个通道都有自己独立完整的霍尔效应传感器电路和具有对速度及方向处理能力的数字输出。两个独立的数字输出具有90°的相位，即相互正交，这种设计有利于对速度和方向信号的处理。
此外，双通道数字霍尔开关采用稳定斩波技术，消除了每个通道的失调，使其可以在温度范围内和电源电压范围内稳定工作。而且，该开关的封装对称，具有高灵敏度的开关点。
如需更多信息，建议阅读相关论文或咨询物理专家。
雷达系统中的信号处理技术
14
目录
Contents
雷达系统概述 主要内容
设加在第k个滤波器的第i个输出端头的加权值为：
关键技术
小结
wik e-j[2 (i1)k / N ] , i 0,1, N 1
k表示标号从0到N-1的滤波器，每一个k值对应一组不同的加权 值，相应地对应一个不同的多普勒滤波器响应。图10中所示滤 波器响应是N=8时加权所得各标记k的滤波器频率响应，k取0~7 。该滤波器的频率覆盖范围为0到 fr 。 在仿真实验中，通常是 通过快速傅里叶变换FFT来实现的。 由于MTI对地物杂波的抑制能力有限，因此在MTI后串 接一窄带多普勒滤波器组来覆盖整个重复滤波的范围，以 达到东目标检测的目的，其实质是相当于对不同通道进行 相参积累处理。
关键技术
小结
17
目录
Contents
雷达系统概述 主要内容
四、小结
关键技术
正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测是雷 达系统中几种关键信号处理技术。雷达系统通过脉
小结
冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的
矛盾，通过MTD来探测东目标，通过恒虚警（ CFAR）来实现整个系统对目标的检测。
18
雷达系统概述 主要内容
关键技术
小结
三、雷达系统信号处理 关键技术及分析
6
目录
Contents
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1) AEW雷达，由于下视工作且平台运动，外部地物/海杂波占优；
2) HF地波雷达： 舰船目标：外部海杂波(中近距离)、电离层杂波(远距离)占优； 飞机目标：外部大气噪声、电离层杂波(远距离)占优。
2015-6-7 哈尔滨工业大学电子工程系 11
理想正交双通道处理的要求
理想正交化处理要求I、Q通道的幅频特性严格一致，相位差900。 当I、Q两通道的幅相特性非理想时，复带通信号的负谱就会有一定的残 余(称为镜像分量)，当把复带通信号的频谱从f0搬移到零处时，残余的负 谱也从-f0搬移到零处，从而造成正负多普勒频谱混叠，使解调后复信号 多普勒频谱的精度降低。
s (t ) cos 0t j sin(0 t 0 ) 1 j 0 t e e j 0 t e j ( 0 t 0 ) e j ( 0 t 0 ) 2
1 e j 0 1 e j 0
1 e j 0 j 0 t 1 e j 0 j 0 t e e 2 2
单/双通道处理输出的数学表达式
设实高频窄带回波信号：
r (t ) a(t ) cos 0t (t ) 1 u (t )e j0t u (t )e j0t 2 ur (t ) jui (t ) ，载频 0
实信号 :
式中复包络 u(t ) a(t )e j (t )
一般采用镜像比(所产生的镜像分量与理想频谱分量的功率比)来衡 量镜像分量的大小。若I、Q两通道增益相对误差为 ( I Q ) I ，相位 e ，则镜像比为： 正交误差为
(1 ) 2 2(1 ) cos e 1 IR 10 lg (dB) 2 (1 ) 2(1 ) cos e 1
7、窄带滤波器组的实现方法
FFT——频域 多相结构——时域
正交双通道处理概述
正交双通道处理定义：
中频回波信号经过两个相似的支路分别处理， 其差别仅是其基准的相参电压相位差900，这两 路称为：
同相支路(Inphase Channel)——I支路 正交支路(Quadrature Channel)——Q支路
2015-6-7 哈尔滨工业大学电子工程系 12
正交双通道处理的实现方式
传统方法——模拟正交双通道处理
传统的正交I、Q通道处理是将接收机输出的中频回波信号分别与正
交的两路相参信号混频(采用模拟乘法器)，然后进行低通滤波，从而得 到I、Q两路基带信号，再通过A/D变换给出同相分量和正交分量的数字量
复频谱
双通道处理的频谱
射频信号频谱
2015-6-7
0
f0
哈尔滨工业大学电子工程系
零中信号频谱
9
0
单/双通道处理的SNR分析
如果噪声功率谱具有对称性，即关于载频/中频对称，则对 于多普勒频率为fd的点目标，由于频谱混叠引入的噪声加倍， 则双通道处理相对于单通道处理有3dB的SNR改善。若同时 存在-fd的点目标，则SNR改善更大且能区分±fd 。
单通道处理频谱混叠
实频谱
f0
0
f0-fd
f0
f0+fd
0
复频谱
双通道处理的频谱
0
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哈尔滨工业大学电子工程系 10
信号检测背景
雷达基带(零中频)信号的目标频率分辨单元中一般包含有： 目标信号S+外部杂波C+接收机内部噪声N 目标信号：有用的信号，待检测成分 外部杂波：主要指地杂波、海杂波、云雨杂波及外部干扰等； 接收机内部噪声：接收机中馈线、高放、混频器等产生的热噪声，通常 假设为白噪声。 C与N的相对强度与雷达工作频段、工作方式、目标类型有关，例：
双通道处理：
1 1 r (t )e j0t u (t ) u (t )e j 20t 2 2
r (t ) cos0t jr(t ) sin 0t LPF I jQ
哈尔滨工业大学电子工程系 7
2015-6-7
单/双通道处理的SNR分析
时域SNR分析：
《随机信号分析》第四章“窄带随机过程”讲述任何一个实平稳窄 带随机过程X(t)均可表示为： 莱斯表示式： X (t ) A (t ) cos t A (t ) cos t C 0 S 0
ˆ (t ) sin 0t, AS (t ) X (t ) sin 0t X ˆ (t ) cos0t 式中AC (t ) X (t ) cos0t X
准正弦振荡表示式： X (t ) A(t ) cos t (t ) 0 对于窄带过程，上述两种表示式分别涉及两个低通过程，其关系为：
AC (t ) A(t ) cos(t ) AS (t ) A(t ) sin (t )
直角坐标/极坐标变换
2 2 A(t ) AC (t ) AS (t ) 1 (t ) tan AS (t ) AC (t )
cos(2f 0 t )
低通滤波 中频带通信号
A(t ) cos[2f 0t (t )]
A/D
I
低通滤波
sin(2f 0 t )
A/D
Q
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模拟正交双通道处理的缺点
由于I、Q两路模拟乘法器、低通滤波器本身的不一致性、不 稳定性，传统的模拟正交双通道处理具有如下缺点： 两路幅度一致性只能达到约0.5dB 两路相位正交误差约20 零漂比较大，长期稳定性不好 设一复正弦信号实虚部(对应I、Q两路)仅存在相位误差0 ，即
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单/双通道处理的SNR分析
假设雷达回波仅有单个目标，在目标所在的频率单元上， 双通道处理比单通道处理能获得SNR的改善(改善程度与噪 声频谱分布及目标多普勒频率有关)图示如下：
单通道处理频谱混叠
实频谱
噪声/杂波谱
频域检测单元
f0
0
f0
点目标回波谱
0
特殊方法：采样频率fs=4f0/(2M-1)，M为正整数
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希尔伯特变换法
原理：将接收到的实回波信号认为实部，利用Hilbert变换 处理得到虚部，即可构成解析信号。若取原采样序列为I路 ，对其进行Hilbert变换获得Q路。
延迟(N-1)/2个样本 中频回波信号
f0
A/D
s0 (n)
希尔伯特变换器(N阶)
数字 解调
I （ n） Q（n）
fs
缺点：由于只有Q路进行滤波，则I、Q两路的幅度一致性和正交性能的 精度取决于所采用的滤波器的理想程度。要求的精度越高，滤波器的 级数越多，实现越复杂。
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频域法
前面时域处理方法目的在于抑制或消除实信号频谱中对称的 负频谱分量，这可用频域方法完成： 对实序列作DFT/FFT，得到谱结构完全对称的频谱， 直接将负频谱段的幅度、相位值置为0，并将正频谱段进行 频移以实现解调，然后做逆FFT得到正交I、Q序列 。
则负谱与正谱的幅度比为 20 lg
10 lg
2 2 cos 0 20 lg tg 0 2 2 cos 0 2
0 2时比值约 35dB
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理想复正弦信号
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数字正交双通道处理
数字方法——直接中频采样、数字正交化
数字正交双通道处理一般是指直接对低中频带通回波进 行采样，对采样序列进行数字正交化、数字解调以获得基带I、 Q序列。若按特殊采样频率可以同时实现正交及解调处理，并 获得交替出现的I、Q序列，再采用其他方法可得到同步的I、Q 序列。
单通道输出实信号、对称双边谱： ur (t ) sr (t ) nr (t )
双通道输出复信号、非对称谱： u (t ) s(t ) n(t ) 其中sr(t), nr(t)分别对应复信号s(t), n(t)的实部，分别表示回波 带宽内信号、噪声的时域表达式，故如果在时域进行信号检 测，单/双通道处理的SNR相同。 考虑到点目标的单频特性，为有效抑制杂波/噪声，通常需要 进行相参积累(窄带滤波)以提高SNR，故应在频域进行目标 检测。
中频带通信号
A(t ) cos[2f 0t (t )] s 0 ( n)
A/D
fs
数字正交、解调
I
Q
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数字正交双通道处理的实现方法
希尔伯特变换法
一般方法：采样频率满足带通信号采样定理
频域法 内插法 多相滤波法——模拟正交双通道的直接数字化
sr (t wenku.baidu.com a(t ) cos0t (t ) Re u(t )e j0t
式中包络 a(t )、 相位 (t )相对于
实回波信号对称频谱
0均是慢变化过程 ， 即信号带 宽 0
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f0
0
f0
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高频窄带过程的两种表示形式
复包络：A(t)=AC(t)+jAS(t)=A(t)exp[jΦ(t)]
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正交双通道处理的框图
相位检波器 低通滤波 A/D
I
cos0t
中频回波信号
相干振荡器
r (t ) a(t ) cos0t (t )
900移相器
sin0t
相位检波器 低通滤波 A/D
Q
注：尽管传统正交双通道处理是针对中频信号而言(尤其是对微波雷达)， 但随着A/D采样频率的提高，为减少射频前端模拟器件引入的通道不一致 性，直接在射频端进行A/D采样、数字处理的方案已逐渐成为可能，尤其 适用于高频雷达情形，即所谓的“软件雷达”。
概念的相对性
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目标回波模型——高频窄带过程
点目标回波信号频率(单基地主动雷达)：
f r f 0 f d f 0 2vr
式中 f 0： 雷达载频, f d 2vr ： 目标多普勒频率
通常在雷达探测区域中同时存在许多不同径向速度(方向有正有负、 速率有大有小)的运动目标/杂波，则雷达回波信号将是一个带通信号， 其中心频率为f0，而带宽为目标多普勒频移的范围(取决于所探测目标的 最大多普勒频率)，不同频率分量的幅度反映不同速度目标的回波强度。 该信号可表示为一个高频窄带过程：
当 0.05, e 2时，IR 30dB
A.I. Sinsky, C.P. Wang. Error Analysis of a Quadrature Coherent Detector Processor. IEEE Transaction on AES. 1974, 10(1): 880~883
单通道处理：
1 1 ur (t ) sr (t ) nr (t ) 2 2
1 1 r (t ) cos 0t u (t ) u (t ) u (t )e j 20t u (t )e j 20t 4 4
解析信号 : 1 1 u(t ) s(t ) n(t ) 2 2
中频回波信号
f0
A/D
s0 (n)
DFT/FFT
截取频移
IDFT/IFFT
I（n） Q（n）
fs
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特殊的数字正交双通道处理
数学原理： 一般地按采样频率 f s 4 f 0 (2M 1) (M为正整数)直接对中 频为 f 0 的带通信号进行采样可得到交替的I、Q两路基带信号采 样序列。设复带通信号的实部为s0 (t ) a(t ) cos[0t (t )]，以周 期 Ts 1 f s 1 (4 f0 ) 采样得(取M=1)
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正交双通道处理概述
正交双通道处理的优点(相对于单通道处理)：
可区分 f
d
，以确定目标相对运动方向；
平均有3dB的SNR改善；
能消除盲相(单通道MTI时目标多普勒信号的相位取样对消
导致零输出，将在讲述MTI时详细分析)。
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正交双通道处理
1、正交双通道处理概述——定义、优点
2、目标回波模型——高频窄带过程及其表示式 3、正交双通道处理框图 4、单/双通道处理比较：输出表达式、时域/频域SNR分析 5、理想正交双通道处理的要求 6、正交双通道处理的实现方式
模拟方式及其缺点
数字方式
一般方法：希尔伯特变换、频域法 特殊方法：内插法、多相滤波法