第4讲雷达系统及信号处理机测试概述
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。
雷达原理及测试方法
雷达原理及测试方案1雷达组成和测量原理雷达(Radar)是RadioDetectionandRanging的缩写，原意“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。
现代雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
1.1雷达组成1.2雷达测量原理1)目标斜距的测量图3雷达接收时域波形在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度，雷达到目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定，雷达接收波形参见图3，雷达到达目标的距离R为：R＝0.5×c×tr式（2）式中c=3×108m/s，tr为来回传播时间2)目标角位置的测量目标角指方位角或仰角，这两个角位置基本上是利用天线的方向性来实现。
雷达天线将电磁能汇集在窄波束内，当天线对准目标时，回波信号最强。
回波的角位置还可以用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。
3)4)max t e min式中Pt 为发射机功率，G为天线增益，Ae为天线有效接收面积，σ为雷达回波功率截面积，Smin为雷达最小可探测信号。
雷达方程可以正确反映雷达各参数对其检测能力影响的程度，不能充分反映实际雷达的性能。
因为许多影响作用距离的环境和实际因素在方程中没有包括。
1.4雷达分类军用雷达主要分类：不能满足复杂雷达信号测试需求。
更为重要的是，雷达在实际工作过程中接收到的信号并不是纯净的发射回波，它包含各种杂波和多普勒效应，特别是在地形复杂或海面各种时，接收机接收到的杂波比需要探测的物体回波大的多，而这一切目前没有通用测量设备来生成雷达接收机所接收到的实际波形。
因此各个雷达研制单位投入大量人力、物力研制各种雷达模拟器，但这些模拟器往往受各种设计因素影响，只是实际雷达波形的简化，并只考虑到典型的应用，对复杂的应用环境无法模拟。
这样无法及时发现雷达研制和使用过程中问题和隐患。
《雷达原理与系统》课件
4 雷达抗干扰性能
指雷达系统对外部干扰源的抵抗和抑制能力。
主流雷达系统
雷达系统分类
根据工作原理和应用 领域，雷达系统可以 分为多种不同类型， 如从空中、地面和舰 船上操作的雷达系统。
机载雷达
机载雷达系统是安装 于航空器上的雷达设 备，用于探测和追踪 空中和地面目标。
地面雷达
地面雷达系统用于检 测和追踪来自空中和 地面的目标，广泛应 用于军事和民用领域。
天线用于发射和接收雷达信号，负责探测目标 并获取返回的信息。
信号处理器
信号处理器对接收到的雷达信号进行处理和分 析，提取出目标信息。
雷达系统技术指标
1 雷达探测距离
指雷达系统能够探测到目标的最远距离。
2 雷达探测范围
指雷达系统能够探测到目标的最大半径。
3 雷达精度
指雷达系统对目标位置和属性的测量精度。
4 地质勘探
雷达系统通过地下目标的探测和分析，可用 于地质勘探和资源调查。
雷达系统的未来
1
雷达系统发展趋势
雷达系统将继续朝着更高的探测距离、更快的信号处理和更强的抗干扰性能方向 发展。
2
雷达系统应用前景
随着技术的不断进步，雷达系统将在更多领域得到应用，如自动驾驶、安防和环 境监测。
《雷达原理与系统》PPT 课件
雷达原理与系统的概述。包括雷达系统的简介、应用以及雷达原理的电磁波 与反射、测距原理和信号处理过程。
雷达系统的组成
发射器与接收器
发射器负责发射雷达脉冲信号，接收器接收经 过目标反射回来的信号。
接收机
接收机用于接收和放大从天线接收到的雷达信 号，以供后续的信号处理。
天线系统
舰载雷达
舰载雷达系统安装在 舰船上，用于探测和 追踪海上和空中目标， 具有强大的远程探测 能力。
电子信息技术中的雷达系统与信号处理算法研究
电子信息技术中的雷达系统与信号处理算法研究引言：雷达技术是一种利用电磁波进行远程测量和探测目标的无线通信技术。
作为电子信息技术领域中的重要组成部分，雷达系统的研究和信号处理算法的优化对于提高探测和目标识别的准确性和效率至关重要。
本文将就雷达系统的原理、组成结构以及常用的信号处理算法进行研究和探讨。
一、雷达系统原理雷达系统的基本原理是利用电磁波在空间中传播的特性，探测和测量目标的位置、速度等信息。
雷达系统主要包括雷达发射器、天线、接收器和信号处理系统四个主要部分。
雷达发射器：雷达发射器负责发射射频信号，这些信号通过天线发射出去，与目标相互作用，形成散射回波。
天线：雷达天线接收来自目标的回波信号，并将其转化为电信号送入接收器。
天线的设计和性能直接影响着雷达系统的探测能力和分辨率。
接收器：雷达接收器负责接收和放大回波信号，并通过信号处理系统进行进一步处理。
信号处理系统：雷达信号处理系统主要包括了信号预处理、目标检测、参数估计等模块，它通过对接收到的回波信号进行数字信号处理，提取有用的信息，实现对目标的识别和跟踪。
二、雷达信号处理算法2.1 脉冲雷达信号处理算法脉冲雷达是一种基于脉冲信号的雷达系统，其主要特点是通过发送一系列短时间宽度的脉冲信号，测量回波的延迟时间和强度，以获得目标的距离和速度等信息。
在脉冲雷达信号处理中，常用的算法有脉冲压缩、距离和速度测量等。
脉冲压缩算法可以有效地提高雷达系统的分辨率和距离测量精度。
距离和速度测量算法可以利用回波信号的时延和频率差来估计目标的位置和速度。
2.2 连续波雷达信号处理算法连续波雷达是一种基于连续波信号的雷达系统，其主要特点是通过发送连续信号并接收回波信号的频率差来测量目标的速度。
在连续波雷达信号处理中，常用的算法有频率多普勒处理、目标检测和参数估计等。
频率多普勒处理算法可以通过测量回波信号的频率差来估计目标的速度。
目标检测算法可以通过对接收到的信号进行功率谱密度分析，实现对目标的检测和识别。
雷达测速系统概述课件
雷达测速系统的抗干扰能力受到多种因素的影响，包括系 统本身的抗干扰设计、工作频段的选择、信号处理算法的 优化等。
技术指标
雷达测速系统的抗干扰能力通常以“信噪比”和“误码率 ”等参数来衡量，具体数值需要根据系统设计和应用场景 而定。
04 雷达测速系统的优缺点分析
雷达测速系统的优点
A
实时性高
、测距、流量监测等，提高系统的使用效率和便利性。
02
智能化
借助AI人工智能技术，雷达测速系统将向智能化方向发展，实现自动识
别、自动跟踪、自动报警等功能，提高系统的自动化和智能化水平。
03
定制化
针对不同应用场景和客户需求，雷达测速系统将向定制化方向发展，提
供更加灵活、多样化的产品选择和服务。
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雷达测速系统概述课 件
目录
• 雷达测速系统简介 • 雷达测速系统的工作原理 • 雷达测速系统的性能指标 • 雷达测速系统的优缺点分析 • 雷达测速系统的未来发展
01 雷达测速系统简介
雷达测速系统的定义
雷达测速系统的定义
雷达测速系统是一种利用雷达技术来测量物体速度的设备。它通过向目标发射 电磁波，并分析反射回来的电磁波，计算出目标的运动速度。
技术指标
雷达测速系统的速度测量范围通 常以“速度分辨率”和“最大速 度测量值”来表示，具体数值需 要根据系统设计和应用场景而定
。
雷达测速系统的抗干扰能力
抗干扰能力
雷达测速系统的抗干扰能力是指其在实际应用中抵御各种 干扰因素的能力。在复杂的电磁环境中，抗干扰能力是衡 量雷达测速系统性能的重要指标之一。
雷达测速系统的原理
雷达测速系统利用多普勒效应原理，当发射的电磁波遇到运动目标时，反射回 来的电磁波会因为目标运动产生频移，通过测量频移可以计算出目标的运动速 度。
雷达原理与雷达信号处理技术
雷达原理与雷达信号处理技术雷达（Radar）是一种用于探测和测量目标位置、速度和其他相关信息的电子设备。
雷达广泛应用于航空、军事、气象和监测领域等，它通过发射和接收电磁波来实现目标的探测和测量。
本文将介绍雷达的工作原理以及雷达信号处理技术。
一、雷达原理雷达的基本原理是利用电磁波在空间中的传播特性来实现对目标的探测。
雷达系统由发射系统、接收系统和信号处理系统组成。
（一）发射系统雷达的发射系统主要由一个高频发射器和一个天线组成。
高频发射器产生高频电磁波，并通过天线将电磁波辐射到空间中。
电磁波在空间中以光速传播，并在遇到目标后被目标散射回来。
（二）接收系统雷达的接收系统主要由一个接收天线和一个接收器组成。
接收天线接收到目标散射回来的电磁波，并将其导入接收器。
接收器对接收到的信号进行放大和处理，并将处理后的信号传送给信号处理系统。
（三）信号处理系统雷达的信号处理系统对接收到的信号进行处理和分析，提取目标的相关信息。
常见的信号处理技术包括脉冲压缩、MTI（移动目标指示）和MTD（移动目标检测）等。
二、雷达信号处理技术雷达信号处理技术是一系列用于提取目标信息的算法和方法。
下面介绍几种常见的雷达信号处理技术。
（一）脉冲压缩技术脉冲压缩是一种用于减小雷达接收信号的脉冲宽度，并提高雷达的距离分辨率的技术。
传统雷达的脉冲宽度较长，导致距离分辨率较低。
脉冲压缩技术通过发送一系列多个波形的脉冲信号，并在接收端将它们合并起来进行处理，从而减小脉冲宽度，提高距离分辨率。
（二）MTI技术MTI技术是一种用于抑制地面回波干扰的技术。
在雷达工作时，地面回波往往比目标回波要强，会对目标的探测产生干扰。
MTI技术通过比较连续两个脉冲序列之间的差别，将地面回波和目标回波区分开来，从而实现对目标的探测。
（三）MTD技术MTD技术是一种用于检测运动目标的技术。
雷达在探测目标时，如果目标静止不动，其回波信号的频率不会发生改变。
然而，如果目标发生运动，回波信号的频率将发生多普勒频移。
飞机气象雷达系统运行原理与信号处理技术分析
飞机气象雷达系统运行原理与信号处理技术分析飞机气象雷达系统是现代民航飞行安全的重要组成部分。
它能够探测到飞机周围的天气状况，如降水、冰雹、雷暴等，为飞行员提供实时的气象信息，帮助他们做出更加明智的飞行决策。
本文将对飞机气象雷达系统的运行原理和信号处理技术进行分析。
首先，我们来了解飞机气象雷达系统的运行原理。
飞机气象雷达系统的主要部分包括天线、变频器、接收机和信号处理器。
系统的整体原理是通过向前发射无线电波，然后接收并处理返回的回波信号。
飞机气象雷达系统使用的是脉冲式雷达技术。
它通过向前发射高频无线电脉冲信号，然后接收并记录回波信号的时间和强度，从而获得目标的距离和反射信号的强度。
这些回波信号可以分析成不同的颜色编码，以表示不同的降水强度。
在飞机气象雷达系统中，天线是其中一个重要的组成部分。
天线发射射频能量，将无线电波发射到大气中。
然后，当无线电波遇到降水或其他物体时，会产生回波信号。
天线接收和传输这些回波信号，并将它们传输给接收机和信号处理器。
接收机是飞机气象雷达系统的核心部分，它负责接收回波信号并进行信号处理。
接收机主要有两个功能：首先，它需要过滤和放大接收到的信号，以便后续的信号处理；其次，它需要将信号转换成数字信号，并将其传送到信号处理器进行分析和解释。
信号处理器是飞机气象雷达系统的关键组件之一。
它负责对接收到的信号进行解码、分析和显示。
信号处理器能够根据信号的强度和时间来确定降水的位置和强度，并将其显示在飞行员的雷达屏幕上。
此外，信号处理器还能够根据飞机的速度和高度等信息，计算出降水的运动方向和速度，为飞行员提供更准确的天气预测。
在飞机气象雷达系统中，信号处理技术起着关键作用。
信号处理技术主要包括滤波、放大、解调和解码等过程。
首先，信号经过滤波器进行滤波，以去除噪声和干扰信号。
然后，信号经过放大器放大，以提高信号的强度和清晰度。
接下来，信号经过解调器，将模拟信号转换成数字信号。
最后，信号经过解码器，将数字信号转换成可视化的图像或数据，如风切变警告等。
雷达系统导论4讲解
雷达系统导论4四、动目标显示MTI(Moving Target Indicator)、脉冲多普勒雷达PD(Pulsed Doppler)按照《电气与电子工程师协会(IEEE)标准雷达定义》，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来确定雷达—目标相对速度径向分量或选择具有径向速度目标的雷达[31]。
脉冲多普勒雷达：采用脉冲方式发射的多普勒雷达。
动目标显示：为增强检测并显示运动目标的一种技术。
共同特点：利用多普勒效应从与目标竞争的、多余的回波即所谓杂波中分离出小的运动目标，杂波是从地面、海、雨和其它流体、箔条、鸟类、昆虫以及极光反射得到的典型回波。
主要区别：《雷达系统导论》认为MTI、PD雷达的区别是它们在脉冲雷达系统中多普勒频移(相对速度)、距离(时延)测量模糊度上的差异。
用低脉冲重复频率(PRF)可以克服距离模糊，用高PRF可克服多普勒频率模糊，但一般难以同时克服两种模糊。
通常MTI雷达的PRF选得较低，以便能克服距离模糊(即没有多次回波)，但频率测量是模糊的并导致了盲速。
而PD雷达具有高的PRF，能克服盲速但存在距离模糊[3]p117~118。
《动目标显示和脉冲多普勒雷达》则认为MTI和PD雷达的区别不在于用低的、中等的或高的PRF，而在于MTI雷达是一个通带—阻带滤波器，而PD雷达是用一组相参积累滤波器。
因此有中PRF的MTI系统、低PRF的PD系统(如动目标检测器MTD)[31]p2。
MTI雷达利用一个梳状滤波器来消除杂波，滤波器的阻带设置在强杂波集中的范围上，而运动目标则通过杂波不占据的那些速度范围。
由于固定目标杂波背景的复杂性，MTI技术抑制地物杂波的能力往往受到限制，达不到对动目标检测的最佳效果。
PD雷达是分辨和增强在一个特定速度带内的目标，同时抑制掉杂波和感兴趣速度带外的其它回波，通常采用一个覆盖所感兴趣速度范围的、与目标响应匹配的相邻多普勒滤波器组，其作用是相对噪声而言相参地积累目标回波。
雷达对抗原理第4章 雷达侦察的信号处理
第4章
雷达侦察的信号处理
图4-2 对雷达信号极化方向的检测和测量的系统组成
第4章
雷达侦察的信号处理
第4章
雷达侦察的信号处理
4.2.2 tTOA测量
tTOA是脉冲雷达信号重要的时域参数，雷达侦察系统中 对tTOA的典型测量原理如图4-3(a)所示，其中输入信号si(t)经 过包络检波、视频放大后成为sv(t)，它与检测门限VT进行比 较，当sv(t)≥VT时，从时间计数器中读取当前时刻t进入锁存
除了自身能力以外，雷达侦察系统实际能够达到的信号
处理时间还会受到实际信号环境的严重影响，S中的辐射源 越多，信号越复杂，相应的信号处理时间也越长。
第4章
雷达侦察的信号处理
4． 可处理的输入信号流密度
该指标是指在不发生前端输入的{PDWi}i或{s(n)}n数据 丢失的情况下，单位时间内信号处理机允许输入的{PDWi}i 或{s(n)}n最大平均脉冲数——λmax。在一般情况下，雷达侦 察接收机的宽带侦收前端对每一个检测到的射频脉冲均用一
处理的过程是：首先将实时输入的{PDWi}i与m个已知雷达数据库{Cj}
mj=1进行快速匹配，从中分离出符合{Cj}mj=1特征的已知雷达信号子流 {PDWi，j}mj=1，并分别放置于m个已知雷达的数据缓存区，交付信号主 处理按照对已知雷达信号的处理方法作进一步的分选、检测、参数估计 和识别处理等；对不符合{Cj}mj=1的剩余数据，再根据未知雷达知识库 {Dk}nk=1进行快速分配，产生n个未知雷达信号的分选子流{PDWi, k}nk=1， 另外放置于n个未知雷达的数据缓存区，交付信号主处理，按照对未知
1． 对输入{PDWi}i信号的处理 雷达侦察系统对{PDWi}i信号处理的基本流程如图4-1所 示，其中各部分的基本工作原理如下。
雷达信号处理概述
雷达信号处理概述雷达信号处理是指对观测到的信号进行分析、变换、综合等处理，以达到抑制干扰、杂波等非期望信号，增强有用信号，并估计有用信号的特征参数，或是将信号变成某种更符合要求的形式。
随着微电子技术的迅速发展，信号处理的方式也从早期的模拟域发展到几乎都采用数字域。
数字信号处理以数字或符号序列表示信号，用数值计算的方法完成对信号的各种处理。
模拟信号转换为数字信号的过程（采样、量化）如下图所示。
数字信号处理的主要方法有数字卷积（时域处理）、频谱分析（频域处理）、数字滤波（包括有限冲激响应滤波器（FIR）和无限冲激响应滤波器（IIR））等。
雷达信号处理的任务雷达信号处理的任务就是最大程度地抑制噪声和干扰，提取与目标属性有关的信息。
从狭义上讲，雷达信号处理是指对经接收机处理后的信号进行处理，在多种干扰背景中完成目标检测与信息的提取，主要包括干扰抑制、目标检测、信息提取。
从广义上讲，雷达信号处理涉及各种不同发射波形的选择、检测理论、性能评估以及天线和显示终端或数据处理计算机之间的电路装置（硬件和软件），以完成所要求的信号之间的变换和参数提取。
具体来说，信号处理包括信号产生、信号提取、信号变换三大类，其中信号产生包括调制、上变频、倍频、合成、放大和波束形成等；信号提取包括解调、下变频、分频、滤波、检测和成像等；信号变换包括频率变换、A/D变换、相关、放大及延时等。
根据雷达的任务及其工作环境，对雷达信号处理的要求是：•能够处理海量信息，即不仅能够获取目标的位置和数量等常规信息，还能获取目标的属性或图像信息•实时性强，使完成一次处理所用的时间与雷达的数据率相匹配•鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境（特别是强电磁干扰环境）下正常工作实现上述要求取决于雷达的以下能力：•有效抑制杂波和干扰的能力•目标回波能量的有效收集能力，主要措施有：①改善天线的主瓣增益，降低旁瓣②降低天线转速，增加每个波位的驻留时间③选择能量利用率高的信号形式④提高雷达发射信号的峰值功率⑤距离维匹配滤波（脉冲压缩）⑥方位维一次扫描周期内对个波位的多个脉冲的相干和非相干积累⑦扫描周期间的积累（航迹提取）•高效的空间搜索能力•良好的空间分辨能力，主要措施有：①尽可能地增大天线的功率孔径积，提高角分辨能力②改进测角方式，提高角度测量精度③使用距离波门（时域滑窗）进行距离跟踪，减小多目标在频域的混叠④使用大带宽信号和脉冲压缩技术，提髙距离分辨能力⑤采用频率滤波，提高速度分辨能力⑥通过合成孔径，提高方位分辨能力⑦两天线干涉合成，提高俯仰角分辨能力•良好的环境适应能力：①自适应杂波抑制（自适应滤波、自适应CFAR、杂波图等）②自适应数字波束形成③智能化特征抽取和目标识别算法④多模式协同工作（例如预警机、多模式SAR）雷达信号处理的分类雷达信号处理的分类方法较多，按处理域分为时域信号处理、空域信号处理、频域信号处理、极化域信号处理和多域联合信号处理。
雷达系统中的信号处理技术
主要内容
关键技术
小结
雷达脉冲压缩技术
脉冲压缩的程度用脉冲压缩系数D表示，它定 义为：
D 0
D即压缩后的脉冲宽度τ比发射脉冲宽度τ0缩小的 倍数，亦称脉压比。它是衡量脉压处理的主要技 术指标之一。
13
目录
Contents
雷达系统概述
主要内容
关键技术
小结
动目标检测MTD
MTD也就是一种相参积累和多普勒滤波的结合，相干积 累的目的为：
目录
Contents
雷达系统概述
主要内容
关键技术
小结
设加在第k个滤波器的第i个输出端头的加权值为：
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。
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
雷达系统概述
主要内容
关键技术
小结
雷达系统信号处理关键技术
1 数字正交相干检波
2
3 动目标检测MTD
4
脉冲压缩技术
恒虚警检测CFAR
7
目录
Contents
雷达系统概述
主要内容
关键技术
小结
数字正交相干检波
相干检波 技术的优 点
雷达系统中的信号处理技术
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 。
雷达原理及测试方法
雷达原理及测试方案1雷达组成和测量原理雷达(Radar)是RadioDetectionandRanging的缩写，原意“无线电探测和测距”，即用无线电方法发现目标并测定它们在空间的位置。
现代雷达的任务不仅是测量目标的距离、方位和仰角，而且还包括测量目标速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
1.1雷达组成1.2雷达测量原理1)目标斜距的测量图3雷达接收时域波形在雷达系统测试中需要测试雷达到目标的距离和目标速度，雷达到目标的距离是由电磁波从发射到接收所需的时间来确定，雷达接收波形参见图3，雷达到达目标的距离R为：R＝0.5×c×tr式（2）式中c=3×108m/s，tr为来回传播时间2)目标角位置的测量目标角指方位角或仰角，这两个角位置基本上是利用天线的方向性来实现。
雷达天线将电磁能汇集在窄波束内，当天线对准目标时，回波信号最强。
回波的角位置还可以用测量两个分离接收天线收到信号的相位差来决定。
3)4)max t e min式中Pt 为发射机功率，G为天线增益，Ae为天线有效接收面积，σ为雷达回波功率截面积，Smin为雷达最小可探测信号。
雷达方程可以正确反映雷达各参数对其检测能力影响的程度，不能充分反映实际雷达的性能。
因为许多影响作用距离的环境和实际因素在方程中没有包括。
1.4雷达分类军用雷达主要分类：不能满足复杂雷达信号测试需求。
更为重要的是，雷达在实际工作过程中接收到的信号并不是纯净的发射回波，它包含各种杂波和多普勒效应，特别是在地形复杂或海面各种时，接收机接收到的杂波比需要探测的物体回波大的多，而这一切目前没有通用测量设备来生成雷达接收机所接收到的实际波形。
因此各个雷达研制单位投入大量人力、物力研制各种雷达模拟器，但这些模拟器往往受各种设计因素影响，只是实际雷达波形的简化，并只考虑到典型的应用，对复杂的应用环境无法模拟。
这样无法及时发现雷达研制和使用过程中问题和隐患。
航空航天行业中的机载雷达信号处理技术使用教程
航空航天行业中的机载雷达信号处理技术使用教程航空航天行业中的机载雷达是一项关键技术，广泛用于飞行器上，以完成多种任务，如导航、障碍物检测和目标追踪。
而机载雷达信号处理技术则是机载雷达系统中的核心部分，通过对接收到的雷达信号进行处理和分析，提取目标信息并做出相应的响应和决策。
本教程将介绍机载雷达信号处理技术的基本原理和常见应用。
一、机载雷达信号处理的基本原理机载雷达信号处理的基本原理可以简单概括为以下几个步骤：1. 接收信号采样：机载雷达接收到的雷达信号是由雷达发射的电磁波经过目标散射后返回的，接收信号需要通过采样来获取波形数据。
2. 预处理：接收到的信号通常会受到各种噪声和干扰的影响，预处理步骤旨在去除或减小这些噪声和干扰，如滤波、降噪和增益控制等。
3. 目标检测：目标检测是机载雷达信号处理的核心任务之一，它需要通过信号处理算法来识别目标的存在与否，并确定目标的空间位置和速度等重要信息。
4. 目标跟踪：当目标被检测到后，机载雷达需要通过信号处理技术对目标进行跟踪，以实时获取目标的运动轨迹和状态变化。
5. 数据融合和分析：机载雷达往往不仅仅是单一的传感器，常常需要与其他传感器进行数据融合，通过综合多源信息来对目标进行更准确的判断和分析。
二、机载雷达信号处理的常见技术应用机载雷达信号处理技术在航空航天行业中有广泛的应用，以下列举了其中几个常见的技术应用：1. 高分辨率成像：机载雷达信号处理技术可以通过合成孔径雷达（SAR）技术实现高分辨率的地面成像，通过多波束和多极化技术，可以获得目标的形状、结构和材料等详细信息。
2. 面向地理定位与导航：机载雷达信号处理可以通过地理定位和导航技术，为飞行器提供准确的位置信息，使其能够在复杂的环境中进行安全和可靠的定位和导航。
3. 目标识别与分类：机载雷达信号处理技术可以通过对目标雷达回波的特征提取和分析，实现目标的识别与分类，比如识别和分类飞机、船舶、车辆等目标。
机载雷达系统的信号处理技术
机载雷达系统的信号处理技术在现代航空领域中，机载雷达系统扮演着至关重要的角色。
它就像是飞机的“眼睛”，能够帮助飞行员在复杂的环境中探测目标、获取信息，保障飞行的安全与高效。
而在机载雷达系统中，信号处理技术则是核心关键，它决定了雷达性能的优劣。
机载雷达系统所接收到的信号通常是极其微弱且混杂在各种噪声中的。
这就好比在一个嘈杂的集市中，要从众多的声音中分辨出特定的一个人的讲话。
为了能从这些复杂的信号中提取出有用的信息，先进的信号处理技术应运而生。
首先，我们来谈谈脉冲压缩技术。
脉冲压缩可以理解为一种在保持雷达发射功率不变的情况下，通过对发射脉冲进行特殊编码，使其在接收端经过匹配滤波处理后，能同时获得大的探测距离和高的距离分辨率。
简单来说，就是让雷达在看得远的同时，也能看得清楚。
在实际应用中，常见的脉冲压缩技术包括线性调频、相位编码等。
线性调频就像是一个逐渐升高或降低的音调，通过对接收信号的处理，可以将这个“音调”压缩成一个很窄的脉冲，从而提高距离分辨率。
相位编码则是给发射脉冲赋予特定的相位模式，接收端根据这个模式进行解码和处理。
接下来是动目标显示（MTI）和动目标检测（MTD）技术。
在充满各种运动目标的环境中，如何有效地检测出那些相对于背景有相对运动的目标是个关键问题。
MTI 技术通过对相邻脉冲回波的相减，来抑制固定杂波，突出运动目标。
而 MTD 技术则是在 MTI 的基础上发展而来，通过更复杂的滤波器组，进一步提高了对运动目标的检测性能。
机载雷达在工作时，往往会受到各种干扰，比如敌方的电子干扰、自然环境中的电磁干扰等。
这时候，抗干扰技术就显得尤为重要。
频率捷变技术通过快速改变雷达的工作频率，让敌方难以跟踪和干扰。
而自适应波束形成技术则能够根据干扰的方向，自动调整雷达波束的形状和指向，降低干扰的影响。
在信号处理中，数字滤波技术也是不可或缺的一部分。
它就像是一个筛子，能够把我们不需要的噪声和干扰滤除掉，只留下有用的信号。
第4章 雷达侦察的信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
表4―1 典型雷达侦察系统可测量和估计的辐射 源参数、参数范围和估计精度
第4章 雷达侦察的信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
3.信号处理的时间
雷达侦察系统信号处理的时间分为:对指定雷达辐 射源的信号处理时间Tsp和对指定雷达辐射源信号环境
中各雷达辐射源信号的平均处理时间 T s p 。
第4章 雷达侦察的信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
4.1 概述 4.2 对雷达信号时域参数的测量 4.3 雷达侦察信号的预处理 4.4 对雷达信号的主处理 4.5 数字接收机与数字信号处理
第4章 雷达侦察的信号处理
4.1 概 述
雷达侦察系统是一种利用无源接收和信号处理技 术,对雷达辐射源信号环境进行检测和识别、对雷达信 号和工作参数进行测量和分析,从中得到有用信息的设 备。实现对雷达辐射源信号环境进行侦察的典型过程 如下:
第4章 雷达侦察的信号处理
雷达侦察系统的信号处理时间主要是对辐射源信 号分选、识别和参数估计的处理时间。显然,其可分选 和识别的辐射源类型越多,测量和估计的参数越多，范 围越大，精度越高,可信度越高,相应的信号处理时间也 就越长。但影响更大的是侦察系统中有关雷达辐射源 先验信息和先验知识的数量和质量,先验信息和先验知 识越多,它们的可信度越高,则处理时间就越短。
第4章 雷达侦察的信号处理
(1)由雷达侦察系统的侦察天线接收其所在空间的 射频信号,并将信号馈至射频信号实时检测和参数测量 电路。由于大部分雷达信号都是脉冲信号,所以典型的 射频信号检测和测量电路的输出是对每一个射频脉冲 以指定长度(定长)、指定格式(定格)、指定位含义(定位) 的数字形式的信号参数描述字,通常称为脉冲描述字 PDW(Pulse Discreption Word)。从雷达侦察系统的侦察 天线至射频信号实时检测和参数测量电路的输出端,通 常称为雷达侦察系统的前端。
雷达系统_信号处理
6.CFAR（恒虚警处理）
• CFAR：对上面求模后的二维数据（即目标回波信号幅度的距离—速 度分布）与适当的门限进行比较，从而完成目标检测与参数估计， 形成点迹数据输出。 • 处理算法：若某个数超过门限，判为有目标，同时得到目标距离、 速度，当然还有目标方位（即当时天线指向）和目标幅度。 CFAR后的存储数据（以单目标为例，图中 1表示有目标）：
2.雷达信号处理的原理
• 雷达简化原理框图
r(n)
(某距离单元)
信号处理机对经基带采样后的数字基带接收信号进行处理。
• 典型雷达信号处理原理框图
雷达信号处理主要包括 MTI、 MTD 、求模、 CFAR等多个环节 ( 以后 可看到,还包括脉冲压缩)，每个环节前（除求模外）均需要进行 1帧数据的乒乓存储。
S ( ) H ( )e jt0 d
N0 4
H ( ) d
2
根据许瓦兹不等式：
P ( x)Q ( x)dx
2
P ( x) dx
2
Q ( x) dx
2
且上式成立的充要条件为 Q( x) C P( X ) 其中, C 为常数（实或复）
• MTI处理的作用 MTI滤波器的频率特性（以一次对消为例）
X ( fd )
可见： MTI 滤波器可抑制多普勒频率为 0 的回波信号，即可抑制 固定目标回波，例如地面雷达的地杂波。 以某距离单元为例，MTI前后r(n)和y(n)的表达式为：
y(n)与r(n)相比，仅是幅度与相位的差别。
• MTD也是慢时间域的处理：采样间隔为 T，采样点数为N-K=L • MTD的处理算法：按距离单元进行相参积累 重画MTD处理前的存储数据：
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显控测试
控制功能 显示功能 存储功能
联合测试
系统故障处理
判断可能出现故障的部件 制定合理高效的测试方法 确切定位故障原因 更改设计排除故障
无病不死人 不要着急改程序 查明病因，对症下药
联合测试
排除故障有利条件
系统已嵌入完备监测手段
终端打印、自动备份 故障及重要节点显示 可替换性接入测试设备和信号 数据记录功能健全 软件版本控制
人为架设的合作校准源 系统工作时的非合作信源
大目标(SNR>20dB) 孤立目标(方位向)
天线测试-幅相误差
孤立大目标的选择
0 -5 -10 -15
先搜索SNR较大的目标 计算目标在各阵元上的幅 度方差，孤立目标方差应 该较小 选择“方差/SNR”较小的 目标作为孤立大目标
功 率 谱 (dB)
A/D有效位
测试方法
所需仪器
输入单频信号 采集A/D输出信号 FFT，求信噪比 公式换算有效位 输入信号质量应大于A/D 理论信噪比 采样频率应至少满足采样 定理
双通道信号源
时钟 正弦信号 观察波形 观察输入信号质量
示波器
注意事项
频谱分析仪
I/Q正交性测试
数据处理仿真—Matlab/C
%模拟数据 Function sim(x0,y0,vx,vy,prd,steps,N) %产生真值 [x,y,T] = real_tgt(x0,y0,vx,vy,prd,steps); %N次蒙特卡罗仿真 For k=1:N %仿真观测数据 [zx,zy] = obsr(x,y); %写入文件 %对观测序列进行滤波处理 ！proc.exe %读取proc结果 %储存误差数据 Errx(:,k) = ex(:,k) – x;Erry(:,k) = ey(:,k) – y; End %统计误差 Rmsex = std(errx);Rmsey = std(erry); %绘图分析 Figure;plot();
在线分析 脱机分析
天线测试-方向图
天线测试-方向图
天线测试-方向图
天线测试-幅相误差
对阵列天线接收信号进行适当加权降低波束旁 瓣抑制杂波和干扰，然而，接收天线通道间幅 相误差，影响其效果。 自适应波束形成干扰抑制技术严重受限于阵列 路间的幅相误差。
天线测试-幅相误差
校准源
标准信 号源
1/3
接收机
信号处理机
幅相误差
标准信 号源
1/3
接收机
幅相误差 补偿
信号处理机
接收机测试步信号质量 高精密仪器
距离门：8 140
135
130
示波器
125
波形 稳定性
120
115
110
105
100
0
20
40
60
80
100
120
140
信号处理机测试
采样存储
A/D有效位数
数据传输
外部 内部
定时、控制信号 自动引导功能 联动测试
A/D有效位
Q=2V/N, N=2B 方差=V2/3/N2 有效位为B的A/D满幅输入SNR=1.76+6.02B 信噪比 = 信号功率 / 噪声功率 = 1.76 + 6.02B + 20lg(X/V) 有效位 = (信噪比-1.76-20lg(X/V)) / 6.02
-20 -25 -30 -35 -40
-80
-60
-40
-20
0 20 角 度 (度 )
40
60
80
天线测试-幅相误差
2.5 2 1.5 1 校准前 校准后
误差的测量与校准
幅 度 误 差 (dB)
利用超分辨算法估计出目 标的方位 利用目标的导向矢量与噪 声空间正交的特性构造代 价函数，估计阵列误差 通过迭代的方法，使目标 方位和阵列误差的估计值 达到最优
部件级
雷达系统测试
基本测试
接口 功能 性能 稳定性
联合测试
定位故障 复现故障 排除故障
随动系统测试
测试内容及方案
接口
双方互写、查寄存器内容
位置环
按最大范围置角度，观察天线是否到位并稳定
不严格，对天线到位无严格判别
速度环
系统有完备测试接口
故障数据被完整复制
系统/软件状态可恢复
软件测试
及时测试
每写一个模块都应单独测试 先写测试代码 备份测试代码
数据记录与回放
以太网数据记录
一本振
二本振
信号处理机为服务器端， 数据记录为客户端。信号 处理机所有节点均处于等 待连接状态。 数据记录机根据任务与对 应节点建立连接接收相应 数据。 数据记录机读取数据，发 送至信号处理机，驱动对 应节点之后的处理模块。
数据处理仿真—Matlab子函数
%%%%%%%生成目标真值 Function [x,y,T] = real_tgt(x0,y0,vx,vy,prd,step s) T = (1:steps)*prd; X = x0 + vx*T; Y = y0 + vy*T; %%%%%%形成观测值 Function [zx,zy] = obsr(x,y) Zx = x + randn(size(x)); Zy = y + randn(size(y)); %%%%%%处理函数 Function [ex,ey] = proc(zx,zy,T) Ex = zx; Ey = zy;
测试工作的意义
没有测试，系统即“空中楼阁”
设计 实现 测试 用户
开发阶段：测试即检验 用户阶段：测试即监控
Test Driven Development / TDD
设计功能时设计测试 系统交付时交付测试工具
雷达系统测试
系统级
功能、性能、稳定性 随动系统测试 天线测试 接收机测试 发射机测试 频综测试 信号处理机测试 数据处理测试
单频余弦信号 记录实部、虚部数据 分别FFT 求各自幅度、相位
数据传输
测试数据
比特遍历
长时间
要求可能工作最长时间
严格比对数据 测试传输速率
是否满足要求
定时、控制信号
功能是否实现 值域遍历
检查寄存器位宽是否够
数据处理测试
处理容量 处理时间 起始时间 跟踪时间 跟踪精度
接 收 阵 列 天 线 输 入
高 放
第 一 混 频 器
一 中 放 滤 波 接收机
第 二 混 频 器
二 中 放 滤 波
A/D 变 换 器
数据回放
二 中 频 正 交 化
数 字 滤 波 降 采
距 离 处 理
速 度 处 理
波 束 形 成
信 号 检 测 与 估 值
数 据 处 理
信号处理机
数据处理仿真--Matlab主程序
0.5 0 -0.5 -1 -1.5 -2 -2.5
0
5
10
15 阵元
20
25
30
25 20 15 10
相 位 误 差 (度 )
校准前 校准后
5 0 -5 -10 -15 -20 -25
0
5
10
15 阵元
20
25
30
35
接收机测试
幅相误差测试
标准信号源产生余弦测试 信号 经1分3功分器，得3路等 幅同相信号 注入接收机各通道 信号处理机测试和记录各 通道幅值与相位 统计幅相误差
精品课件！
精品课件！
数据处理仿真—Matlab/C
/*proc.c*/ int main() { /*读入数据*/ read_data(); /*处理*/ proc(); /*输出写盘*/ write_result(); }
角误差方位向正弦变化 角误差俯仰向余弦变化 观察天线是否平顺圆周转动 记录数据比对
随动系统测试
随动系统测试
天线测试-方向图
测试方案
对准天线及模拟器电轴、机械轴 驱动随动系统按预定步长进行角度扫描 信号处理机测量并记录对应通道幅度与相位 记录对应天线扫描角度值 分析数据并绘图
Function sim(x0,y0,vx,vy,prd,steps,N) %产生真值 [x,y,T] = real_tgt(x0,y0,vx,vy,prd,steps); %N次蒙特卡罗仿真 For k=1:N %仿真观测数据 [zx,zy] = obsr(x,y); %对观测序列进行滤波处理 [ex(:,k),ey(:,k)] = proc(zx,zy,T); %储存误差数据 Errx(:,k) = ex(:,k) – x; Erry(:,k) = ey(:,k) – y; End %统计误差 Rmsex = std(errx); Rmsey = std(erry); %绘图分析 Figure;plot();