现代雷达系统分析与设计第8章课件
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《现代雷达系统理论》课件
仿真测试
利用计算机仿真技术，模拟雷达系统的运行 过程，评估其性能。
雷达系统性能优化技术
信号处理算法优化
天线设计优化
通过改进信号处理算法，提高雷达系统的 分辨率、精度和抗干扰能力。
优化雷达系统的天线设计，提高天线增益 、波束宽度等参数，从而提高雷达系统的 探测距离和抗干扰能力。
系统集成优化
软件算法优化
多功能一体化
雷达系统正朝着多功能 一体化方向发展，实现 多种探测、通信、导航 等功能的集成，提高作
战效能。
高分辨率与高精度
高分辨率和高精度的雷 达系统能够提供更准确 的目标信息和环境感知 ，是未来发展的重要方
向。
面临的挑战
随着雷达技术的不断发 展，如何提高雷达系统 的性能、降低成本、减 小体积和重量以及应对 复杂电磁环境下的干扰 和隐身目标等挑战是当
雷达通过发射机产生电磁波信号，经 过天线辐射到空间中。当这些信号遇 到目标后，会反射回来，被雷达的接 收机接收。这一过程涉及到信号的幅 度、频率和相位的变化。
雷达信号的调制与解调
总结词
调制与解调是雷达信号处理中的重要环节，通过调制技术， 可以在信号中加入额外的信息，便于后续处理。解调则是提 取这些信息的过程。
雷达系统的历史与发展
早期雷达
01
雷达的起源可以追溯到二战时期，当时主要用于军事目的，如
探测敌机和导弹。
现代雷达
02
随着科技的发展，雷达技术不断进步，应用领域也日益广泛，
如气象探测、航空交通管制、地形测绘等。
未来雷达
03
未来雷达将朝着更高频段、更远探测距离、更高分辨率和智能
化方向发展。
雷达系统的基本组成
频谱分析是利用傅里叶变换等方法，将时域的雷达信号转换为频域表示。通过 分析频谱，可以了解信号的频率成分、带宽、功率分布等情况，有助于识别目 标类型和运动特性。
利用计算机仿真技术，模拟雷达系统的运行 过程，评估其性能。
雷达系统性能优化技术
信号处理算法优化
天线设计优化
通过改进信号处理算法，提高雷达系统的 分辨率、精度和抗干扰能力。
优化雷达系统的天线设计，提高天线增益 、波束宽度等参数，从而提高雷达系统的 探测距离和抗干扰能力。
系统集成优化
软件算法优化
多功能一体化
雷达系统正朝着多功能 一体化方向发展，实现 多种探测、通信、导航 等功能的集成，提高作
战效能。
高分辨率与高精度
高分辨率和高精度的雷 达系统能够提供更准确 的目标信息和环境感知 ，是未来发展的重要方
向。
面临的挑战
随着雷达技术的不断发 展，如何提高雷达系统 的性能、降低成本、减 小体积和重量以及应对 复杂电磁环境下的干扰 和隐身目标等挑战是当
雷达通过发射机产生电磁波信号，经 过天线辐射到空间中。当这些信号遇 到目标后，会反射回来，被雷达的接 收机接收。这一过程涉及到信号的幅 度、频率和相位的变化。
雷达信号的调制与解调
总结词
调制与解调是雷达信号处理中的重要环节，通过调制技术， 可以在信号中加入额外的信息，便于后续处理。解调则是提 取这些信息的过程。
雷达系统的历史与发展
早期雷达
01
雷达的起源可以追溯到二战时期，当时主要用于军事目的，如
探测敌机和导弹。
现代雷达
02
随着科技的发展，雷达技术不断进步，应用领域也日益广泛，
如气象探测、航空交通管制、地形测绘等。
未来雷达
03
未来雷达将朝着更高频段、更远探测距离、更高分辨率和智能
化方向发展。
雷达系统的基本组成
频谱分析是利用傅里叶变换等方法，将时域的雷达信号转换为频域表示。通过 分析频谱，可以了解信号的频率成分、带宽、功率分布等情况，有助于识别目 标类型和运动特性。
《雷达原理与系统》课件
气象观测
雷达在气象领域用于降水监测 、风场测量等方面，为气象预 报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线 辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器 等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声 。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功 率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号 处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射 信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线 设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区 分相邻目标的能力，主要受发射信号 的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多 普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度 。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪 目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力， 能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进 行合成处理，获得高分辨率的地面图像。
雷达在气象领域用于降水监测 、风场测量等方面，为气象预 报和灾害预警提供重要数据支
持。
CHAPTER 02
雷达系统组成
发射机
功能
产生射频信号，通过天线 辐射到空间。
组成
振荡器、放大器、调制器 等。
关键技术
高频率、大功率、低噪声 。
接收机
功能
01
接收空间反射回来的回波信号，并进行放大、混频、滤波等处
CHAPTER 04
雷达系统性能参数
雷达的主要性能参数
探测距离
雷达能够探测到的最远距离，通常由发射功 率、天线增益和接收机灵敏度决定。
速度分辨率
雷达区分不同速度目标的能力，通常由信号 处理算法决定。
分辨率
雷达区分两个相邻目标的能力，通常由发射 信号的波形和接收机处理决定。
角度分辨率
雷达区分不同方向目标的能力，通常由天线 设计和接收机处理决定。
距离分辨率
雷达的距离分辨率决定了雷达能够区 分相邻目标的能力，主要受发射信号 的带宽和脉冲宽度等因素影响。
多普勒效应与速度分辨率
多普勒效应
当发射信号与目标之间存在相对运动时，回波信号会产生多 普勒频移，通过测量多普勒频移可以推算出目标的运动速度 。
速度分辨率
雷达的速度分辨率决定了雷达能够区分相邻速度目标详细描述
相控阵雷达利用相位控制方法来改变雷达波束的方向，从而实现快速扫描和跟踪 目标。相比传统机械扫描雷达，相控阵雷达具有更高的扫描速度和抗干扰能力， 能够更好地适应现代战争中高速、高机动目标作战环境。
合成孔径雷达（SAR）
总结词
合成孔径雷达通过在飞行过程中对地面进行多次成像，将各个成像点的信息进 行合成处理，获得高分辨率的地面图像。
雷达系统原理PPT课件
双重目标图像
• 当本船附近有一个大的反射面并处于与本船接近垂直的距离时 （如，本船正从一 艘大船旁边经过，等），雷达电波在本船与其 他船之间反弹。因此，2 到 4 个图 像可能会等距离的出现在目标 的方向上。由于多重反射造成的假图像被称为“双 重目标” 。 出现这种情况时，离本船最近的回波图像为真正的目标。 可以注 意到，当本船与相关目标的距离和方位发生变化时，双重目标也 会消失。 因此，这种假回波图像很容易就能区分出来。
脉冲（波束）宽度
• 脉冲宽度是指在主瓣中辐射功率密度为最大辐射功率密度（-3dB） 的一半的角（也 被称为“半值宽度”
雷达无线电波特性
• 雷达的无线电波略沿地表方向传播（主要视线）。这一特性的变 化取决于ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ气的 密度，其一般的计算公式如下所示，总之，雷达 的视线距离 D 比光学视距要长 约 6%。
携带 SART 船的实际位置
• 若本船位于 SART 位置的 1 海里以外， • 第一道显示的回波位置为距 SART0.64 海里 • 第 12 道回波为 SART 的实际位置。 • 若本船进入 SART 1 海里以内范围， • 显 示的扫描速度加快， • 该回波的长度为距 SART 实际位置 150 米。
雷达系统原理
什么是雷达系统？
• 雷达是从天线发射称为微波的甚高频无线电波的导航设备。发射 的无线电波经过 目标（如其他船，浮标，小岛等）反射回来，并 通过相同的天线接受后转换为电 信号。再将这些电信号发送给显 示单元进行显示。雷达使在夜晚或大雾的情况下 发现视线以外的 目标成为可能，并可以使船避免一些潜在的危险。 由于天线发射 的同时在旋转，这样就使本船周边的情况便一目了然。 雷达发射 的微波信号被称为脉冲信号，发射和接收这些信号是交替进行的。 一次 360 度的旋转就有上千的脉冲信号被发射和接收。
现代雷达技术ppt课件
双极点滤波
+
_
延时
+ +
延时
K1
比较器
T
K2
yi xi K2 zi1
zi yi1 K1zi1
yi 为中间结果，zi 为输出。
二进制积累器（M-N检测器）
比较器
T1
+
+
-
……
比较器
T2
批处理器 当有KN个脉冲，先对K 个脉冲求和（分批处理），小于门限为 零，大于门限为1；然后将N个0和1求和，再与第二门限比较。
因
xi
xj
C02 4
sin
c
f
fi
sin
c
f
fi
sin c f
fi
2
sin c f
fi
假设杂波回波是大量随机分布散射点的回波的集合，与白噪声类 似，c(t) 看作在时间上密集分布的 (t) 函数的总和，其付氏变换 C(f)可认为是均匀分布的，C2(f)可用功率密度C0代替，因此有：
xi xj ctui tctu j t C2 f Ui f U j f df
低分辨力雷达的海杂波服从瑞利分布，高分辨力雷达的海杂波服从 对数正态（Log-Normal）分布和韦布尔（Weibull）分布，脉冲— —脉冲间具有很强的相关性。
同频干扰或者出现，或者不出现，在某一时间（距离）区间内可看 作是均匀分布的。
已知杂波幅度u的概率密度函数为p(u)，门限电平为UT，则虚警概率 为：
原始 视频
V(t)
v0
量化
锁存器1
距离 地 时钟 址
计 数
器
RAM 1
RAM 2 ......
雷达原理(第三版)第8章概论
c
f c
(8.1.9)
第 8 章 运动目标检测及测速
这 个 条 件 是 经 常 满 足 的 , 例 如 若 目 标 速 度 为 10 倍 音 速 , vr=3.3×103 m/s, 则2vr/c≈ 2×10-5, 这样即使信号的时间带宽积τΔf 为1000数量级时, 不等式(8.1.9)仍能满足。以上讨论均忽略了目 标加速度引起的影响。可以看出, 在当前目标运动的速度范围内, 运动目标回波的表达式(8.1.4)可以近似为
第 8 章 运动目标检测及测速
2. 常用雷达信号为窄带信号(带宽远小于中心频率)。 其发射 信号可以表示为
s(t) Re[u(t)e j0t ]
式中，Re表示取实部; u(t)为调制信号的复数包络; ω0为发射角频 率。
同连续波发射时的情况相似, 由目标反射的回波信号sr(t)可 以写成
sr (t) ks(t tr ) Re[ ku(t tr )e j0 (ttr ) ] (8.1.4)
R(t' ) R0 vrt'
往返R(t′)距离所需的时间正是目标的延迟时间tr, 即
可解得结果
R(t' )
2 c
tr
tr
c
1 vr
(2R02vrt)
(8.1.5) (8.1.6)
第 8 章 运动目标检测及测速
将tr代入式(8.1.1)可得运动目标回波为
sr (t)
k' cos0
c c
vr vr
sr
(t)
Re k '
u
c c
vr vr
t
2R0 c vr
exp
j0
c c
vr vr
t
《现代雷达技术》课件
相控阵雷达阶段开始于20世纪80年代， 该阶段的雷达系统采用相控阵天线，可 以实现多目标跟踪和高速扫描。
模拟雷达阶段主要集中在20世纪50年代 ，该阶段的雷达系统采用模拟电路，功 能较为简单。
数字化雷达阶段开始于20世纪70年代， 该阶段的雷达系统开始采用数字信号处 理技术，提高了雷达的性能和精度。
接收机
接收机是雷达系统的另一重要 组成部分，负责接收和处理回
波信号。
接收机的性能指标包括灵敏度 、动态范围、抗干扰能力等， 直接影响雷达的检测精度和可
靠性。
常见的接收机类型包括超外差 式和直接变频式等，根据雷达 系统的需求选择合适的接收机 类型。
接收机的设计需考虑噪声抑制 、信号处理和稳定性等问题， 以确保接收机能够提供高质量 的回波信号。
《现代雷达技术》ppt课件
contents
目录
• 雷达技术概述 • 现代雷达技术发展历程 • 现代雷达系统组成与工作原理 • 现代雷达的主要技术特点 • 现代雷达技术的应用实例 • 现代雷达技术的挑战与未来发展
01
雷达技术概述
雷达的定义与原理
雷达定义
雷达波传播方式
雷达是一种利用无线电波探测目标的 电子设备。
信号处理与数据处理
数据处理负责对目标数据进行进一步的分析和 处理，包括目标检测、跟踪、识别和多目标处
理等。
随着信号处理和数据处理技术的发展，现代雷达系统 不断引入新的算法和技术，以提高雷达的性能和功能
。
信号处理是雷达系统的关键环节，负责对回波 信号进行滤波、放大、变频和检测等处理，提 取出目标信息。
标速度。
合成孔径雷达
利用高速运动平台，通过信号 处理技术形成大孔径天线，提
高分辨率。
模拟雷达阶段主要集中在20世纪50年代 ，该阶段的雷达系统采用模拟电路，功 能较为简单。
数字化雷达阶段开始于20世纪70年代， 该阶段的雷达系统开始采用数字信号处 理技术，提高了雷达的性能和精度。
接收机
接收机是雷达系统的另一重要 组成部分，负责接收和处理回
波信号。
接收机的性能指标包括灵敏度 、动态范围、抗干扰能力等， 直接影响雷达的检测精度和可
靠性。
常见的接收机类型包括超外差 式和直接变频式等，根据雷达 系统的需求选择合适的接收机 类型。
接收机的设计需考虑噪声抑制 、信号处理和稳定性等问题， 以确保接收机能够提供高质量 的回波信号。
《现代雷达技术》ppt课件
contents
目录
• 雷达技术概述 • 现代雷达技术发展历程 • 现代雷达系统组成与工作原理 • 现代雷达的主要技术特点 • 现代雷达技术的应用实例 • 现代雷达技术的挑战与未来发展
01
雷达技术概述
雷达的定义与原理
雷达定义
雷达波传播方式
雷达是一种利用无线电波探测目标的 电子设备。
信号处理与数据处理
数据处理负责对目标数据进行进一步的分析和 处理，包括目标检测、跟踪、识别和多目标处
理等。
随着信号处理和数据处理技术的发展，现代雷达系统 不断引入新的算法和技术，以提高雷达的性能和功能
。
信号处理是雷达系统的关键环节，负责对回波 信号进行滤波、放大、变频和检测等处理，提 取出目标信息。
标速度。
合成孔径雷达
利用高速运动平台，通过信号 处理技术形成大孔径天线，提
高分辨率。
雷达原理与系统 ppt课件
雷达原理与系统
2014年2月
2020/11/24
1
主要内容
1、绪论
2、雷达发射机
3、雷达接收机
4、雷达终端显示器与录取设备
5、雷达作用距离
6、目标距离的测量
7、目标角度的测量
8、目标速度的测量
2020/11/24
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
2020/11/24
5
1、绪论
1.1 雷达的任务 1.2 雷达的基本组成 1.3 雷达的工作频率 1.4 雷达的应用和发展 1.5 电子战和军用雷达的发展
2020/11/24
6
1.1 雷达的任务
1.1.1 雷达的任务
利用发射和接收电磁波信号的相关性，完成以下任务
1、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等 R,,,Vr
特种雷达：具有特定功能的雷达：如：雷达高度表/雷达引信
按照装载平台： 星载雷达，弹载雷达，机载雷达，舰载雷达，车载雷达，背负雷达 按照技术体制：收发关系和位置 单基地/双多基地，非协同探测（PCL），MIMO
天线技术 单波束/多波束，机械/电/混合扫描，
发射/接收机技术 相参/非相参收发，捷变频，频率分集，
2、识别目标，确定目标性质（F/E，目标类型，目标形状/散射特性等）
1.1.2 探测与定位的坐标系
球坐标系 以雷达自身为原点 R,,,Vr 正北为方位0，仰角以水平面为0 柱坐标系 以雷达自身为原点 D,,H,Vr 正北同上，以海面/地平面高度为0
近似（忽略曲率）转换关系： D R co,H sR sin
W
G 发射天线增益
2014年2月
2020/11/24
1
主要内容
1、绪论
2、雷达发射机
3、雷达接收机
4、雷达终端显示器与录取设备
5、雷达作用距离
6、目标距离的测量
7、目标角度的测量
8、目标速度的测量
2020/11/24
2
精品资料
• 你怎么称呼老师？
• 如果老师最后没有总结一节课的重点的难点，你 是否会认为老师的教学方法需要改进？
2020/11/24
5
1、绪论
1.1 雷达的任务 1.2 雷达的基本组成 1.3 雷达的工作频率 1.4 雷达的应用和发展 1.5 电子战和军用雷达的发展
2020/11/24
6
1.1 雷达的任务
1.1.1 雷达的任务
利用发射和接收电磁波信号的相关性，完成以下任务
1、发现目标，确定目标在空间中的位置、运动、航迹等 R,,,Vr
特种雷达：具有特定功能的雷达：如：雷达高度表/雷达引信
按照装载平台： 星载雷达，弹载雷达，机载雷达，舰载雷达，车载雷达，背负雷达 按照技术体制：收发关系和位置 单基地/双多基地，非协同探测（PCL），MIMO
天线技术 单波束/多波束，机械/电/混合扫描，
发射/接收机技术 相参/非相参收发，捷变频，频率分集，
2、识别目标，确定目标性质（F/E，目标类型，目标形状/散射特性等）
1.1.2 探测与定位的坐标系
球坐标系 以雷达自身为原点 R,,,Vr 正北为方位0，仰角以水平面为0 柱坐标系 以雷达自身为原点 D,,H,Vr 正北同上，以海面/地平面高度为0
近似（忽略曲率）转换关系： D R co,H sR sin
W
G 发射天线增益
现代雷达系统分析与设计(陈伯孝)第9章资料
元相比较，目标具有小的尺寸，目标本身的散射特点不能分辨
出来。分布式散射体或目标的尺寸比雷达分辨单元大，从而使 各个散射体得以辨认。雷达的分辨能力通常(但不总是)决定着
目标是当作点目标还是当作分布式目标来考虑。一个复杂的目
标含有多个散射体，复杂的散射体可以是点散射体也可以是分 布式散射体。
9
1.点目标的测量
进行连续跟踪，并且提供较高的数据率。该类雷达主要应用于
导弹制导武器系统，对飞机目标或导弹目标进行跟踪，其数据 率通常在每秒10次以上。
5
(2)自动检测与跟踪(ADT)。这种跟踪是空域监视雷达的主 要功能之一。几乎所有的现代民用空中交通管制雷达和军用空 域监视雷达中都采用了这种跟踪方式。数据率依赖于天线的扫 描周期(周期可从几秒到十几秒)，因此，ADT的数据率比STT 低，但ADT具有同时跟踪大批目标的优点(根据处理能力一般 能跟踪几百甚至几千批次的目标)。与STT雷达不同的是它的天 线位置不受处理过的跟踪数据的控制，跟踪处理是开环的。 (3)边跟踪边扫描(TWS)。在天线覆盖区域内存在多个目标
就点目标而言，只进行一次观察就可做出的基本雷达测量 包括距离测量、径向速度测量、方向(角度)测量和特殊情况下 的切向速度测量。 (1)距离测量。第1章中曾提到距离是根据雷达信号到目标
的往返时间TR获得的，即距离R＝cTR /2。远程空中监视雷达的
距离测量精度可达几十米，但采用精密系统可达几厘米的精度 雷达按信号所占据的谱宽进行测量是精确距离测量所要求的基
仰角和速度，然后利用这些参数进行滤波，实现对目标的跟踪，
同时还可以预测它们下一时刻的值。
2
参数测量精度是一个重要的性能指标，在某些雷达(如精 密测量、火控跟踪和导弹制导等雷达)中测量精度是关键指标。 测量精度表明雷达测量值和目标实际值之间的偏差(误差)大小， 误差越小则精度越高。影响一部雷达测量精度的因素是多方面 的，例如不同体制雷达采用的测量方法不同，雷达设备各分系 统的性能差异，以及外部电波的传播条件等。混杂在回波信号 中的噪声和干扰是限制测量精度的基本因素。 目标的信息包含在雷达的回波信号中。在一般雷达中，对
现代雷达系统分析与设计陈伯孝PPT课件
6
信号变换包括频率变换、AD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： (1)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。 (2)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。 (3)鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境(特别是强电磁干
9
(5)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。按实现方式分为基于通用数字信号 处理器(DSP)的软件算法编程的信号处理实现方式；基于专 用集成电路设计(ASIC)的全硬件的信号处理实现方式；
14
例如，电台等，对某些低频段雷达可能造成干扰，导致雷 达在电台方向不能正常工作。人们通常说的干扰指第一种， 即人为实施的。在有的书籍中也将杂波称为无源消极干扰。 由于二者产生的机理不同，雷达抑制的措施也不同，表5.2 简单地比较了杂波和干扰的不同，本书将在第6、7章分别 对其特征和抑制方法进行介绍。
第5章 雷达信号处理的基本方法
➢ 5.1 雷达信号处理的任务与分类 ➢ 5.2 雷达回波信号模型 ➢ 5.3 数字中频正交采样 ➢ 5.4 脉冲压缩处理 ➢ 5.5 拉伸信号处理 ➢ 5.6 步进频率信号的合成处理 ➢5.7 FFT在雷达信号处理中的应用 ➢ 5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应 ➢ 5.9 多脉冲积累的处理方法 ➢ 5.10 MATLAB程序清单
10Байду номын сангаас
信号变换包括频率变换、AD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： (1)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。 (2)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。 (3)鲁棒性好，能够在复杂的电磁环境(特别是强电磁干
9
(5)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。按实现方式分为基于通用数字信号 处理器(DSP)的软件算法编程的信号处理实现方式；基于专 用集成电路设计(ASIC)的全硬件的信号处理实现方式；
14
例如，电台等，对某些低频段雷达可能造成干扰，导致雷 达在电台方向不能正常工作。人们通常说的干扰指第一种， 即人为实施的。在有的书籍中也将杂波称为无源消极干扰。 由于二者产生的机理不同，雷达抑制的措施也不同，表5.2 简单地比较了杂波和干扰的不同，本书将在第6、7章分别 对其特征和抑制方法进行介绍。
第5章 雷达信号处理的基本方法
➢ 5.1 雷达信号处理的任务与分类 ➢ 5.2 雷达回波信号模型 ➢ 5.3 数字中频正交采样 ➢ 5.4 脉冲压缩处理 ➢ 5.5 拉伸信号处理 ➢ 5.6 步进频率信号的合成处理 ➢5.7 FFT在雷达信号处理中的应用 ➢ 5.8 窗函数及其在雷达信号处理中的应 ➢ 5.9 多脉冲积累的处理方法 ➢ 5.10 MATLAB程序清单
10Байду номын сангаас
现代雷达系统分析与设计第8章课件
第8章 雷达信号检测
➢ 8.1 基本检测过程 ➢ 8.2 雷达信号的最佳检测 ➢ 8.3 脉冲积累的检测性能 ➢ 8.4 二进制积累 ➢ 8.5 自动检测——恒虚警率处理 ➢ 8.6 计算检测性能的MATLAB程序
学习交流PPT
1
具有随机特性，在这种条件下发
现目标的问题属于信号检测的范
畴，而测定目标坐标则是参数估
第m个脉冲的回波为
学习交流PPT
56
是与s(t)不相关的加性白噪声。M
个脉冲进行相干积累处理得到的
信号为
(8.3.2)
z(t)中的总噪声功率等于其方
差，更准确的表示为
学习交流PPT
57
有
(8.3.4)
其中，
是单个脉冲噪
声功率，且每个周期噪声的功率
相等。当m≠l时，δml＝0；当m ＝l时，δml＝1。观察式(8.3.2)和
离会减小。因此，Tfa的选取依赖
于雷达的工作模式。
表征虚警的大小有时还用虚
警次数nfa，它表示在平均虚警时
间内所有可能出现的虚警总数。
Fehlner将ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ警次数定义为
学习交流PPT
(8.2.20)
37
电压VT的概率，即目标被检测到
的概率。根据式(8.2.9)的概率密
度函数，计算检测概率Pd为
(8.2.21)
其中对检测点两侧若干个距离单元分别求平均后送到选大值电路将两者之间的较大者作为噪声和干扰的估计值zcacfar在杂波边缘虚警增大是由于强杂波已到达检测门限而有一142学习交流ppt将检测点前后的参考单元分别平均估值并选用其中的较大值作为平均值估值输出这时可以解决虚警率增大的问题但杂波边缘信号检测能力的损失将相应增143学习交流ppt图827gocfar处理原理框图144学习交流ppt窗中出现多个空间邻近干扰目标引起的cacfar检测器检测性能下降的问题socfar处理原理框图如图828所示
➢ 8.1 基本检测过程 ➢ 8.2 雷达信号的最佳检测 ➢ 8.3 脉冲积累的检测性能 ➢ 8.4 二进制积累 ➢ 8.5 自动检测——恒虚警率处理 ➢ 8.6 计算检测性能的MATLAB程序
学习交流PPT
1
具有随机特性，在这种条件下发
现目标的问题属于信号检测的范
畴，而测定目标坐标则是参数估
第m个脉冲的回波为
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56
是与s(t)不相关的加性白噪声。M
个脉冲进行相干积累处理得到的
信号为
(8.3.2)
z(t)中的总噪声功率等于其方
差，更准确的表示为
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57
有
(8.3.4)
其中，
是单个脉冲噪
声功率，且每个周期噪声的功率
相等。当m≠l时，δml＝0；当m ＝l时，δml＝1。观察式(8.3.2)和
离会减小。因此，Tfa的选取依赖
于雷达的工作模式。
表征虚警的大小有时还用虚
警次数nfa，它表示在平均虚警时
间内所有可能出现的虚警总数。
Fehlner将ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ警次数定义为
学习交流PPT
(8.2.20)
37
电压VT的概率，即目标被检测到
的概率。根据式(8.2.9)的概率密
度函数，计算检测概率Pd为
(8.2.21)
其中对检测点两侧若干个距离单元分别求平均后送到选大值电路将两者之间的较大者作为噪声和干扰的估计值zcacfar在杂波边缘虚警增大是由于强杂波已到达检测门限而有一142学习交流ppt将检测点前后的参考单元分别平均估值并选用其中的较大值作为平均值估值输出这时可以解决虚警率增大的问题但杂波边缘信号检测能力的损失将相应增143学习交流ppt图827gocfar处理原理框图144学习交流ppt窗中出现多个空间邻近干扰目标引起的cacfar检测器检测性能下降的问题socfar处理原理框图如图828所示
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的高斯分布，则观测信号x(t)
的两种条件概率密度函数为
(8.1.3a)
(8.1.3b)
学习交流PPT
10
(8.1.4a)
(8.1.4b)
假定判决门限为VT，根据式
(8.1.3a)和(8.1.3b)的条件概率密度 函数可得：
(8.1.5)
学习交流PPT
11
检测概率和虚警概率可分别 用图8.3(a)、(b)中的阴影部分面积 来表示。
22
8.2 雷达信号的最佳检测
8.2.1 噪声环境下的信号检测
对雷达接收信号进行正交双
路匹配滤波、平方律检波和判决
的简化框图如图8.5所示。假设雷
达接收机的输入信号由目标回波
信号s(t)和均值为零、方差为σ
2n的加性高斯白噪声n(t)组成，
学习交流PPT
23
• 图8.5 平方律检波器和门限判决器的简化框图
输入信号的包络超过了某一预置
门限，就认为有目标(信号)。雷 达信号检测属于二元检测问题，
即要么有目标，要么无目标。当
接收机只有噪声输入时，为H0假
设；当输入包括信号加噪声时，
为H1假设，即：
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6
• 图8.2 观察空间的划分
学习交流PPT
7
正确的判决和两种错误的判决如 表8.1所示。这些判决的概率可以 用条件概率表示为
(8.1.10)中拉格朗日乘子Λ0的值应 根据约束条件Pfa＝α来确定。
信号的最佳检测系统(最佳接
收系统)是由一个似然比计算器和
一个门限判决器组成，如图8.4所
示。这里所说的最佳准则是总错
误概率最小，或者说在固定虚警
概率条件下使检测概率最大。可
学习交流PPT
21
• 图8.4 雷达信号的检测系统
学习交流PPT
使检测性能最好，这是理论上需
要解决的问题。信号检测理论就
是判断信号是否存在的方法及其
最佳处理方式。本章主要介绍基
本检测过程、雷达信号的最佳检
测、脉冲积累的检测性能、二进
制积累的检测性能、自动检测等
方面的知识，推学习交导流PPT 不同情况下的
3
检测8系.1 基统本的检任测务过是程 对输入x(t)
进行必要的处理，然后根据一定
15
是待定系数；Pe表示两种错误概
率的加权和，称为总错误概率。
在约束条件下使Pm＝1－Pd最小 等效于使Pe最小，这样就将有约
束的极值问题转化为无约束的极
值问题，便于求解。
为了提高判决的质量，减小
噪声干扰随机性的影响，一般需
要对接收信号进行多次观测或多
次取样。例如，对于N次独立取
样，输入信号为N维空间，接收
(8.1.2a) (8.1.2b) (8.1.2c) (8.1.2d)
(8.1.2d)中P(H0|H1)表示
在H1假设下做出无信号的判决(即
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8
表8.1 二元检测判决概率
学习交流PPT
9
1
P(H1)，H0出现的先验概率为P(H0)， 且P(H1)＝1－P(H0)。假设噪声n(t)
服从零均值、方差为
学习交流PPT
24
(8.2.1)
其中，ω0＝2πf0是雷达的工
作频率；r(t)是v学(习t交流)P的PT 包络；
25
者是噪声加上目标回波信号(幅度
为A的正弦波)。对应第一种情况
的同相和正交分量为
(8.2.2) 对应第二种情况的同相和正
交分量为
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26
密度函数(pdf)为
(8.2.4)
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16
12
当输入为x(t)＝n(t)时，其联合概
率分布密度函数为p(x1，x2，…， xN|H0)。根据观察空间D的划分，
虚警概率和检测概率可分别表示
为
(8.1.8)
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17
代入式(8.1.7)，得到总错误 概率与联合概率分布密度函数的 关系为
(8.1.10)
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12
• 图8.3 检测概率和虚警概率
学习交流PPT
13
判决门限VT的确定与采用的
最佳准则有关。在信号检测中常 用的最佳准则有：
•
•
(要求
后验概率P(H1|x)和P(H0|x)已知)；
•
•
(Neyman-
Pearson)准则。
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14
的虚警概率下，使漏警概率最小
或使正确检测概率达到最大，这
就是奈曼－皮尔逊准则。
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。
这是一个有约束条件的数值问题，
其解的必要条件是应使式(8.1.7)
的目标函数达到学习交极流PPT 小。
计问题。信号检测是参数估计的
前提，只有发现了目标才能对目
标进行定位。因此，信号检测是
雷达最基本的任务。
信号检测就是对接收机输出
的由信号、噪声和其它干扰组成
的混合信号经过信号处理以后，
以规定的检测概学习交率流PPT (通常比较高)
2
采用何种方式来处理信号和
噪声(或包括干扰)的混合波形，
以便最有效地利用信号所载信息
18
最大。因此，满足
(8.1.11)
的所有点均划在D1范围，判
为有信号；而将其它的点，即满 足
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19
(8.1.13) 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Λ(x)，即
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20
是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
充分理由判断确有信号存在。式
随机变量r(t)和j(t)的联合pdf
为
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27
(8.2.6) 在这种情况下，
J＝r(t)
(8.2.7) 将式(8.2.4)和式(8.2.7)代入式 (8.2.5)中，合并后得到
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28
df
(8.2.9) 式中I0·为修正的第一类零阶
贝塞尔函数，
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的准则来判断输入是否有信号，
如图8.1所示。输入到检测系统的
信号x(t)有两种可能：①信号加噪
声，即x(t)＝s(t)＋n(t)；②只有噪
声，即x(t)＝n(t)。
由于输入噪声和干扰的随机
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4
• 图8.1 雷达信号检测模型
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5
书中称为检测前输入信号)与某个 门限电平进行比较。如果检测前
第8章 雷达信号检测
➢ 8.1 基本检测过程 ➢ 8.2 雷达信号的最佳检测 ➢ 8.3 脉冲积累的检测性能 ➢ 8.4 二进制积累 ➢ 8.5 自动检测——恒虚警率处理 ➢ 8.6 计算检测性能的MATLAB程序
学习交流PPT
1
具有随机特性，在这种条件下发
现目标的问题属于信号检测的范
畴，而测定目标坐标则是参数估
的两种条件概率密度函数为
(8.1.3a)
(8.1.3b)
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10
(8.1.4a)
(8.1.4b)
假定判决门限为VT，根据式
(8.1.3a)和(8.1.3b)的条件概率密度 函数可得：
(8.1.5)
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11
检测概率和虚警概率可分别 用图8.3(a)、(b)中的阴影部分面积 来表示。
22
8.2 雷达信号的最佳检测
8.2.1 噪声环境下的信号检测
对雷达接收信号进行正交双
路匹配滤波、平方律检波和判决
的简化框图如图8.5所示。假设雷
达接收机的输入信号由目标回波
信号s(t)和均值为零、方差为σ
2n的加性高斯白噪声n(t)组成，
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23
• 图8.5 平方律检波器和门限判决器的简化框图
输入信号的包络超过了某一预置
门限，就认为有目标(信号)。雷 达信号检测属于二元检测问题，
即要么有目标，要么无目标。当
接收机只有噪声输入时，为H0假
设；当输入包括信号加噪声时，
为H1假设，即：
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• 图8.2 观察空间的划分
学习交流PPT
7
正确的判决和两种错误的判决如 表8.1所示。这些判决的概率可以 用条件概率表示为
(8.1.10)中拉格朗日乘子Λ0的值应 根据约束条件Pfa＝α来确定。
信号的最佳检测系统(最佳接
收系统)是由一个似然比计算器和
一个门限判决器组成，如图8.4所
示。这里所说的最佳准则是总错
误概率最小，或者说在固定虚警
概率条件下使检测概率最大。可
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21
• 图8.4 雷达信号的检测系统
学习交流PPT
使检测性能最好，这是理论上需
要解决的问题。信号检测理论就
是判断信号是否存在的方法及其
最佳处理方式。本章主要介绍基
本检测过程、雷达信号的最佳检
测、脉冲积累的检测性能、二进
制积累的检测性能、自动检测等
方面的知识，推学习交导流PPT 不同情况下的
3
检测8系.1 基统本的检任测务过是程 对输入x(t)
进行必要的处理，然后根据一定
15
是待定系数；Pe表示两种错误概
率的加权和，称为总错误概率。
在约束条件下使Pm＝1－Pd最小 等效于使Pe最小，这样就将有约
束的极值问题转化为无约束的极
值问题，便于求解。
为了提高判决的质量，减小
噪声干扰随机性的影响，一般需
要对接收信号进行多次观测或多
次取样。例如，对于N次独立取
样，输入信号为N维空间，接收
(8.1.2a) (8.1.2b) (8.1.2c) (8.1.2d)
(8.1.2d)中P(H0|H1)表示
在H1假设下做出无信号的判决(即
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表8.1 二元检测判决概率
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P(H1)，H0出现的先验概率为P(H0)， 且P(H1)＝1－P(H0)。假设噪声n(t)
服从零均值、方差为
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(8.2.1)
其中，ω0＝2πf0是雷达的工
作频率；r(t)是v学(习t交流)P的PT 包络；
25
者是噪声加上目标回波信号(幅度
为A的正弦波)。对应第一种情况
的同相和正交分量为
(8.2.2) 对应第二种情况的同相和正
交分量为
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密度函数(pdf)为
(8.2.4)
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12
当输入为x(t)＝n(t)时，其联合概
率分布密度函数为p(x1，x2，…， xN|H0)。根据观察空间D的划分，
虚警概率和检测概率可分别表示
为
(8.1.8)
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代入式(8.1.7)，得到总错误 概率与联合概率分布密度函数的 关系为
(8.1.10)
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• 图8.3 检测概率和虚警概率
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判决门限VT的确定与采用的
最佳准则有关。在信号检测中常 用的最佳准则有：
•
•
(要求
后验概率P(H1|x)和P(H0|x)已知)；
•
•
(Neyman-
Pearson)准则。
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14
的虚警概率下，使漏警概率最小
或使正确检测概率达到最大，这
就是奈曼－皮尔逊准则。
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。
这是一个有约束条件的数值问题，
其解的必要条件是应使式(8.1.7)
的目标函数达到学习交极流PPT 小。
计问题。信号检测是参数估计的
前提，只有发现了目标才能对目
标进行定位。因此，信号检测是
雷达最基本的任务。
信号检测就是对接收机输出
的由信号、噪声和其它干扰组成
的混合信号经过信号处理以后，
以规定的检测概学习交率流PPT (通常比较高)
2
采用何种方式来处理信号和
噪声(或包括干扰)的混合波形，
以便最有效地利用信号所载信息
18
最大。因此，满足
(8.1.11)
的所有点均划在D1范围，判
为有信号；而将其它的点，即满 足
学习交流PPT
19
(8.1.13) 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Λ(x)，即
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是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
充分理由判断确有信号存在。式
随机变量r(t)和j(t)的联合pdf
为
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27
(8.2.6) 在这种情况下，
J＝r(t)
(8.2.7) 将式(8.2.4)和式(8.2.7)代入式 (8.2.5)中，合并后得到
学习交流PPT
28
df
(8.2.9) 式中I0·为修正的第一类零阶
贝塞尔函数，
学习交流PPT
的准则来判断输入是否有信号，
如图8.1所示。输入到检测系统的
信号x(t)有两种可能：①信号加噪
声，即x(t)＝s(t)＋n(t)；②只有噪
声，即x(t)＝n(t)。
由于输入噪声和干扰的随机
学习交流PPT
4
• 图8.1 雷达信号检测模型
学习交流PPT
5
书中称为检测前输入信号)与某个 门限电平进行比较。如果检测前
第8章 雷达信号检测
➢ 8.1 基本检测过程 ➢ 8.2 雷达信号的最佳检测 ➢ 8.3 脉冲积累的检测性能 ➢ 8.4 二进制积累 ➢ 8.5 自动检测——恒虚警率处理 ➢ 8.6 计算检测性能的MATLAB程序
学习交流PPT
1
具有随机特性，在这种条件下发
现目标的问题属于信号检测的范
畴，而测定目标坐标则是参数估