现代雷达信号处理技术及发展趋势..

现代雷达信号处理技术及发展趋势摘要：自二战以来，雷达就广泛应用于地对空、空中搜索、空中拦截、敌我识别等领域，后又发展了脉冲多普勒信号处理、结合计算机的自动火控系统、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。

随着科技的不断进步，雷达技术也在不断发展，现代雷达已经具备了多种功能，如反隐身、反干扰、反辐射、反低空突防等能力，尤其是在复杂的工作环境中提取目标信息的能力不断得到加强。

例如，利用雷达系统中的信号处理技术对接收数据进行处理不仅可以实现高精度的目标定位与跟踪, 还能够在目标识别和目标成像、电子对抗、制导等功能方面进行拓展, 实现综合业务的一体化。

一、雷达的起源及应用雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。

因此，雷达也被称为“无线电定位”。

雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。

雷达发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。

雷达最为一种重要的电磁传感器，在国防和国民经济中应用广泛，最大特点是全天时、全天候工作。

雷达由天线、发射机、接收机、信号处理机、终端显示等部分组成。

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。

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红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。

还有一种精神感应雷达，该雷达能够对人类在脑电波起反应，对人体的生命迹象进行感知。

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。

雷达的优点是白天黑夜均能探测远距离的目标，且不受雾、云和雨的阻挡，具有全天候、全天时的特点，并有一定的穿透能力。

因此，它不仅成为军事上必不可少的电子装备，而且广泛应用于社会经济发展(如气象预报、资源探测、环境监测等)和科学研究(天体研究、大气物理、电离层结构研究等)。

星载和机载合成孔径雷达已经成为当今遥感中十分重要的传感器。

以地面为目标的雷达可以探测地面的精确形状。

其空间分辨力可达几米到几十米，且与距离无关。

雷达在洪水监测、海冰监测、土壤湿度调查、森林资源清查、地质调查等方面也显示出了很好的应用潜力。

二、雷达信号处理技术信号处理是雷达完成信号检索和信息提取功能所采取的实施手段，是现代雷达系统的核心研究内容之一。

在实际应用中，利用雷达系统中的信号处理技术对接收数据进行处理，不仅可以实现高精准的目标定位和目标跟踪，还能够将目标识别、目标成像、精确制导、电子对抗等功能进行拓展，实现综合业务的一体化，从而为后续军事行动的实施提供技术上的支持。

雷达信号处理主要集中在通信和电子对抗两方面。

在通信方面，雷达信号处理需要通过调制、编码等技术对通信信号进行处理，以提升无线信号的可靠性，和随机性，降低其被识别的概率，增强其抗噪声、抗干扰以及抗衰落等性能，保证信号可被准确识别和处理。

在电子对抗方面，雷达信号处理需要利用其前端设备输出的脉冲信号流进行信号识别、参数估值以及信源识别，获取雷达系统关注的信号时候别结果为后续其他设备和作战计划的应用提供支持。

1、雷达信号处理内容雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。

信号处理消除不需要的杂波，通过所需要的目标信号，并提取目标信息。

内容包括雷达信号处理的几个主要部分：正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测。

正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务。

采样的速率和精度是需要考虑的首要问题，采样系统引起的失真应当被限定在后续信号处理任务所要求的误差范围内，直接中频数字正交采样是当代雷达的主要技术之一。

脉冲压缩技术在现代雷达系统中得到了广泛的应用。

脉冲压缩雷达既能保持窄脉冲雷达的高距离分辨力，又能获得脉冲雷达的高检测力，并且抗干扰能力强。

现在，脉冲压缩雷达使用的波形正在从单一的线性调频发展到时间、频率、编码混合调制，在尽可能不增加整机复杂度的条件下实现雷达性能的提升。

杂波抑制是雷达需要具备的重要功能之一。

动目标指示与检测是通过回波多普勒频移的不同来区分动目标和固定目标，通过设计合理的滤波器（组），就可以把目标号和杂波分开。

一个完备的杂波抑制系统MTD、杂波图、CFAR检测等技术的综合应用，实现从杂波和噪声环境中检测目标任务。

2、雷达信号处理关键技术⑴目标识别技术雷达目标识别（RTR—Radar Target Recognition）是指利用雷达对单个目标或目标群进行探测，对所获取的信息进行分析，从而确定目标的种类、型号等属性的技术。

1958年，D.K.Barton（美国）通过精密跟踪雷达回波信号分析出前苏联人造卫星的外形和简单结构，如果将它作为RTR研究的起点，RTR至今已走过了四十多年的历程。

目前，经过国内外同行的不懈努力，应该说RTR已经在目标特征信号的分析和测量、雷达目标成像与特征抽取、特征空间变换、目标模式分类、目标识别算法的实现技术等众多领域都取得了不同程度的突破，这些成果的取得使人们有理由相信RTR是未来新体制雷达的一项必备功能。

目前，RTR技术已成功应用于星载或机载合成孔径雷达（SAR—Synthetic Aperture Radar）地面侦察、毫米波雷达精确制导等方面。

但是，RTR还远未形成完整的理论体系，现有的RTR系统在功能上都存在一定的局限性，其主要原因是由于目标类型和雷达体制的多样化以及所处环境的极端复杂性。

现代雷达技术不仅能够对遥远的目标进行探测和定位，还能够完成对目标的分类和识别，这就是雷达目标识别技术。

这种技术是利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认，首先会对回波当中的各项指标进行分析，包括频谱和幅度等指标的特点，在分析之后，采用数学当中的多维空间算法，对目标的各项物理特征参数进行确定，并且在此基础上，综合各项函数，最终做出识别判决。

雷达的主要功能是发现目标和测量目标坐标和运动参数。

但是，对于火力控制（火炮、导弹）和指挥决策来说，了解目标的性质也是十分重要的。

目标识别是指判断目标是什么类型的目标，如区分飞机是轰炸机，还是战斗机；区分车辆是履带车辆还是轮式车辆；指出飞机和军舰的型号；从众多假目标中识别真目标；以及从SAR图像中识别机场、港口、交通枢纽等。

⑵抗电子干扰技术雷达系统使用的是无线电磁波信号，而无线电磁波容易受到空间电磁环境以及防雷达侦察伪装技术的干扰和威胁，如设置防雷达伪装网，产生屏蔽效应，掩盖真实目标，就会影响雷达的实际探测效果。

因此，现代雷达系统在应用时必须要解决电子干扰问题，可以利用无源雷达探测，减少雷达本身的电磁辐射属性，提升自身的隐蔽性和系统的生存能力。

现代战争中雷达面临着各种威胁和挑战，如电子干扰、反辐射导弹、低空突防和隐身目标等，直接影响着雷达的探测性能，甚至威胁到雷达的生存。

这些威胁中电子干扰是现代雷达系统的主要威胁，而且很难找到彻底的解决办法。

现代雷达虽然采取了许多先进措施来对抗电子干扰、隐身技术、反辐射导弹攻击、低空和超低空突防四大威胁，但仍然没有解决这个问题。

与有源探测系统相比，无源雷达探测系统具有隐蔽性高、提取目标属性信息等多种优点，且无源雷达本身不辐射电磁波，不易被敌方电子侦察系统探测到，从而具有抗干扰、抗反辐射导弹攻击等潜在的优势，因而系统的生存能力较强。

①与天线有关的抗干扰技术雷达通过天线发射和接收目标信号，但同时可能接收到干扰信号，可以通过在天线上采取某些措施尽量减少干扰信号进入接收机。

如提高天线增益，可提高雷达接收信号的信干比；控制天线波束的覆盖与扫描区域可以减少雷达照射干扰机；采用窄波束天线不仅可以获得高的天线增益，还能增大雷达的自卫距离、提高能量密度，还可以减少地面反射的影响，减小多径的误差，提高跟踪精度；采用低旁瓣天线可以将干扰限制在主瓣区间，还可以测定干扰机的角度信息，并能利用多站交叉定位技术，测得干扰机的距离信息；为了消除从旁瓣进入的干扰，还可以采取旁瓣消隐和旁瓣对消技术；当采用阵列接收天线时，可通过调整各个阵列单元信号的幅度与相位，在多个干扰方向上构成天线波瓣的零点，从而减少接收干扰信号的强度。

从电波与天线理论可知：接收天线能很好地接收与其极化方式相同的电磁能量，若极化方式不同，则会引起很大衰减。

因此在设计天线时，采用变极化技术，使极化形式和目标信号匹配而与干扰信号失配，就能减少对干扰信号的接收。

另外还可采用旋转极化对消、视频极化对消技术等。

②与发射机有关的抗干扰技术对付噪声干扰的最直接办法是增大雷达发射机功率，结合高增益天线可以使雷达获得更大的探测距离，但该方法对箔条、诱饵、转发器和欺骗式应答干扰等无效。

对此，更有效的方法是使用复杂的、变化的、不同的发射信号，让电子支援（ESM）和电子干扰承受最大的负担。

根据方法的不同可分为跳频法、频率分集或宽瞬时带宽信号。

如果频率能在较宽的范围内随机跳变，使雷达不断跳到不受干扰的频率上工作，它的抗干扰能力就能得到增强。

常用的方法有固定跳频和频率捷变，由于频率捷变信号的跳频速度很快（可达微秒数量级），因此它能使瞄准式杂波干扰机很难截获或跟踪雷达。

对于阻塞式干扰机，由于很难以足够的功率覆盖整个雷达的跳频带宽，干扰效果有限。

在雷达发射机平均功率相同的条件下，宽带频率捷变雷达是目前抗杂波干扰的较好体制。

另外，开辟新频段，让雷达工作于更低或更高的频段上，散布范围尽量大；还可以使雷达突然在敌干扰频段的空隙中工作，使敌方不易干扰。

③与接收机有关的抗干扰技术当雷达遭遇强大干扰时，强干扰信号与目标回波信号一同进入雷达接收机，使其超出正常的动态范围，工作状态进入饱和状态，这称为过载现象。

一旦接收机出现过载，雷达就处于盲视状态，失去监视目标的作用，所有的反干扰措施也都失去意义。

因此，抗饱和过载是雷达抗干扰的一条重要措施。

雷达常采用的抗饱和过载技术有宽动态范围接收机（如对数接收机、线性-对数接收机）、瞬时自动增益控制电路、“宽-限-窄”电路、检波延迟控制电路、快速时间常数电路、近程增益控制电路、微波抗饱和电路等。