雷达信号处理过程说明书文档

运动目标回波信号和固定目标（包括地波）回波信号的主要区别是运动回波信号带有多普勒频移。假设雷达发射信号的频率为0f ，初相为0ϕ的全相参脉冲信号，那么发射信号序列可以用下图1表示。

图一

可以表示为：

00()()cos(2)x t rect t A f t πϕ=⋅+

如果只关注正弦波部分，则发射信号脉冲部分为：

00()cos(2)S t A f t πϕ=+

那么在照射到距离为R 处的目标时回波为：

r 00()cos[2()]r S t KA f t t πϕ=-+

其中K 为衰减系数，r t 为反射时间。

2r R t c

= 如果当目标以速度为r V 朝向雷达运动的时候：

(t)r R R V t =-

所以：

2()2(t)r r R V t R t c c

-== 那么目标回波和发射信号的相位差是时变的：

0024()/c r r f t f R V t ϕππ=-=--

当目标是运动的时候，发射与接收的信号之间有一个频率差，用d f 表示：

21d =2d r d V f t ϕπλ

=⨯ 假设基频为0f 雷达信号经过反射之后变为0d f f +，接收之后对信号进行数字下变频（DDC ）将原有的信号的载频0f 去除，获得只含有频移d f 的信号。

图二 所以在全相参雷达中，可以使用正交相位检波器来获得中频信号的基带信号()x t ，有时也称()x t 为中频信号的复包络。即：

(t)()=()+j ()()j I Q x t x t x t a t e ϕ=

上式中：

()()cos (t)

()()sin (t)I Q x t a t x t a t ϕϕ==

通过低通滤波器之后，输出的双正交通道信号分别为：

()()cos (t)(t)cos(2)

()()sin (t)(t)sin(2)

I d Q d x t a t Ka f t x t a t Ka f t ϕπϕπ====

脉冲压缩： 此时正交两路信号为经过调制（线性调制，非线性调制或相位编码）的大时宽带宽信号。而从本质上来说，雷达的距离分辨率取决于信号的带宽，脉冲越窄，其带宽越宽，分辨能力就越高。但是大时宽带宽的信号只是具有高分辨力的潜质，但是真正体现其高分辨力还是需要通过脉冲压缩滤波器之后实现。而脉冲压缩滤波器是和发射信号的调制方式所匹配的。而脉冲压缩分为时域和频域两种方法，由于时域的方法占用资源过多，而且算法的实时性不高，所以只考虑频域的匹配滤波方法。首先将信号以实部虚部相间的方式存放在一个数组中并进行FFT 变

换，这也是DSP 中FFT 变换的要求。同时，匹配滤波的脉压系数是发射信号调制系数的反转共轭即：

(())coeff conj fliplr Chirp =

调频的脉压系数的数量直接由脉冲时宽和采样频率决定，同时对信号和系数进行相同点数N 的FFT 变换，然后两者相乘。如果考虑加窗，那么则需要在系数h(n)进行FFT 的N 点变换之前先乘以窗函数w(n)。流程框图为：

图三 脉冲对消：

处理过的信号则是一个个脉冲的形式，可以认为这是一组串行数据，将其按脉冲周期划分为N*M 的矩阵，其中N 为脉冲数，M 为一个脉冲周期内采样点数，它和脉冲重复周期采样频率有关。可以将每个采样点的间隔认为是一个距离门，也就是可以将这个1⨯⨯（M N ）

的一维数据转换为按脉冲序号排列的⨯N M 的二位矩阵。每个单元内存放的均是表示信号的复数，也就是(n,m)(n,m)j (n,m)I Q S x x =+，如下所示：

1

2

3

4

N

1234

M

图四

如果，任取一个单元内的对其取模，即(n,m)S =此时横坐标是时间单元，也就同时代表着距离单元。当有目标产生回波的时候，在这个矩阵的单元中就会出现峰值，即(n,m)S 会变的很大。每一个单个脉冲重复周期内的回波都会包含这些目标的回波，当然其中不仅包括目标的回波，自然也会包含地杂波和低速运动的物体产生的回波，这些都是雷达追踪的干扰。假设在雷达可探测的半径中存在高速运动的目标A ，静止目标B 以及低速运动的杂物C ，那么在一个脉冲重复周期内的回波就会有三个峰值。如下图所示：

图五

那么表现在N*M 的矩阵中，则如下图所示：

1

2

3

4

N

1234

M

图六

橙色所示的列是峰值所在的距离（时间）单元出现了峰值，三维图如下所示：

图七

虽然上图中显示一列的峰值接近相似，但是由于这是每个单元内存放的信号的模长，实际信号还包含有相位信息，由此步之后进行脉冲对消，也就是将2号脉冲减去1号脉冲，3号脉冲减去2号脉冲以此类推。峰值A 因为是静止物体回波，相位也基本相同，所以对应相减之后可以基本消除。而峰值B,C 由于有速度，虽然其模长基本相同，但是相位却差别很大。一般来说，经过两次对消之后，基本可以将静态目标的回波消除。

而峰值B,C 由于有速度，虽然其模长基本相同，但是相位却差别很大。因此对消之后不会消除他们反而可能会增大其信号峰值。

图八

这里可以发现没有被对消掉的脉冲的峰值反而变大了，由80变成了150。此时的信号是在时域上表示的，也就是如下图所示：

图九

可以发现，横轴是代表着时间的离散的采样序列。它代表着时间点同时也代表着距离，也就是说一列的数据都是表示距离雷达同一距离的物体（目标）所产生的回波信息而这个距离则是由横轴的坐标表示。所以，MTI是为了消除静态目标，但是无法区分目标的移动速度，那么，接着就需要对目标加以区分，由前叙述可知。