雷达信号处理流程图
雷达信号与数据处理--雷达信号处理基础 ppt课件
A 2
Q(
f
f0)
X( f ) A 2
A 2
Q(
f
f0)
f
f0
f0
X ( f ) sin π f
π f
fr ( f nfr )
n
fr 1/ Tr
6
随机信号与功率谱：
随机信号是指不可能用数学公式来确切地描述的信号，如接收机热噪声等。
x(t)
t
随机信号样本的波形
t
的矩形脉冲
Tr
x(t
)
A
cos(2πf0t 0,
),
t NTr / 2 t NTr / 2
A 2
Q(
f
f0)
z( f )
A
2
A 2 Q( f f0)
f
-f0
0
f0
X(
f
)
A 2
Q( f
f0) Q(
f
f0 )
Q( f ) sin(π f ) π f
9
广义平稳随机信号的自相关函数具有厄米特性质
Rx
(m)
E
xn
x* nm
Rx*
(m)
如果一个随机信号的所有统计特性都可以由它的某次样本来决定，就说它 是各态历经的。一个具有各态历经的性质的随机信号一定是狭义平稳的， 而且其数学期望运算可以用单次样本的时间平均运算来替代。
对于广义平稳的随机信号，常用功率谱来表征随机信号的频率特征。随机 信号功率谱等于其自相关函数的傅里叶变换。
Eg 表示数学期望
雷达系统中的信号处理技术
雷达系统中的信号处理技术摘要本文介绍了雷达系统及雷达系统信号处理的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测几种现代雷达技术，雷达系统通过脉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来探测动目标，通过恒虚警〔CFAR〕来实现整个系统对目标的检测。
关键词雷达系统正交采样脉冲压缩MTD 恒虚警检测1雷达系统概述雷达是Radar〔Radio Detection And Ranging〕的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。
雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。
典型的雷达系统如图1，它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。
图1雷达系统框图随着现代电子技术的不断发展，特别是数字信号处理技术、超大规模集成数字电路技术、电脑技术和通信技术的告诉发展，现代雷达信号处理技术正在向着算法更先进、更快速、处理容量更大和算法硬件化方向飞速发展，可以对目标回波与各种干扰、噪声的混叠信号进行有效的加工处理，最大程度低剔除无用信号，而且在一定的条件下，保证以最大发现概率发现目标和提取目标的有用信息。
雷达发射机产生符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由雷达接收机接收，然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的相关信息。
雷达信号处理的流程如下：图 2 雷达信号处理流程2雷达信号处理的主要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。
《雷达信号分析》课件
系统测试与性能评估
总结词
测试、性能
详细描述
该部分主要介绍了系统的测试方法和性能评估，包括测试环境、测试内容、测试结果等，并对系统的 性能进行了全面的评估，为后续的系统优化和改进提供了依据。
THANKS
[ 感谢观看 ]
总结词
军事侦查与目标识别是雷达信号处理的重要 应用领域之一，通过处理雷达回波信号，提 取目标特征，实现目标的快速、准确识别。
详细描述
雷达系统通过发射电磁波，遇到目标后反射 回来被接收，经过信号处理提取出目标的距 离、速度、方位等参数，以及目标的形状、 尺寸等特征。这些信息对于军事侦查和目标 识别具有重要意义，可以帮助指挥官做出快
CHAPTER 06
案例分析：某型雷达信号处理系统 设计
系统概述与需求分析
总结词
概述、需求
详细描述
该部分主要介绍了某型雷达信号处理系统的基本情况，包括系统功能、应用场 景等，并对系统的需求进行了详细的分析，为后续的系统设计提供了依据。
系统架构与模块设计
总结词
架构、模块
详细描述
该部分主要介绍了系统的整体架构和 各个模块的设计，包括信号输入、处 理、输出等模块，以及各模块之间的 连接和交互方式，为后续的系统实现 提供了基础。
小波变换
总结词
多尺度分析
详细描述
小波变换是一种多尺度、多分辨率的信号处理方法，适合分析非平稳信号。它能够同时 在时域和频域对信号进行分析，揭示信号在不同尺度上的特征，广泛应用于雷达信号的
降噪、目标识别和运动目标跟踪等领域。
神经网络算法
总结词
自适应算法
详细描述
神经网络算法是一种模拟人脑神经元工作方 式的自适应算法，能够通过学习自动提取输 入数据的内在规律和模式。在雷达信号处理 中，神经网络可以用于自动目标识别、干扰 抑制、高分辨成像等方面。
《雷达信号分析》课件
contents
目录
• 雷达信号概述 • 雷达信号处理基础 • 雷达信号处理算法 • 雷达信号处理系统设计 • 雷达信号处理技术前沿
01
雷达信号概述
雷达信号的定义
01
02
03
雷达信号
由雷达设备发射的电磁波 信号，用于探测、跟踪和 识别目标。
雷达信号的特性
具有特定的频率、波形和 发射方式，能够穿透不同 的介质和环境条件。
监视等操作。
雷达信号处理系统的性能评估
性能评估指标
包括系统稳定性、实时性、精度和可靠性等。
测试与验证
通过实际测试和模拟实验，对雷达信号处理系统的各项性能指标进行评估和验 证。
05
雷达信号处理技术前沿
雷达信号处理的智能化技术
总结词
雷达信号处理的智能化技术是当前研究的热点，通过人工智能和机器学习等方法，实现对雷达信号的自动分析和 处理，提高雷达的探测性能和目标识别能力。
详细描述
雷达信号处理的抗干扰技术包括频域滤波、时域滤波、极化滤波等多种方法。这些技术能够有效地滤 除干扰信号，提取出有用的目标信息，提高雷达的探测精度和可靠性。同时，抗干扰技术还能够降低 雷达系统的复杂性和成本，具有广泛的应用前景。
雷达信号处理的实时处理技术
总结词
实时处理技术是雷达信号处理的另一个 重要方向，通过高效的算法和硬件实现 ，实现对雷达信号的快速处理和分析。
中值滤波算法
将信号按大小排序，用中值代替异常值，适用于去除脉冲噪声。
卡尔曼滤波算法
利用状态方程和观测方程对信号进行最优估计，适用于跟踪和预 测。
雷达信号的压缩算法
离散余弦变换（DCT）
将信号从时域转换到频域，去除冗余信息，减小数据量。
雷达信号处理实验报告-课程设计
电子科技大学雷达信号产生与处理实验课程设计课程名称:雷达信号产生与处理的设计与验证指导老师：姒强小组成员：学院：信息与通信工程学院一、实验项目名称：雷达信号产生与处理的设计与验证课程设计二、实验目的：1.熟悉QuartusII的开发、调试、测试2.LFM中频信号产生与接收的实现3.LFM脉冲压缩处理的实现三、实验内容：1.输出一路中频LFM信号：T=24us，B=5MHz，f0=30MHz2.构造中频数字接收机（DDC）对上述信号接收3.输出接收机的基带LFM信号，采样率7.5MHz4.输出脉冲压缩结果四、实验要求：1.波形产生DAC时钟自行确定2.接收机ADC采样时钟自行确定3.波形产生方案及相应参数自行确定4.接收机方案及相应参数自行确定五、实验环境、工具：MATLAB软件、QuartusII软件、软件仿真、计算机六、实验原理：方案总框图：（1）matlab产生LFM信号LFM信号要求为T=24us，B=5MHz，f0 =30MHz。
选择采样率为45MHz。
产生LFM的matlab代码如下：MHz=1e+6;us=1e-6;%-------------------------波形参数-----------------------------fs=45*MHz;f0=30*MHz;B=5*MHz;T=24*us;Tb=72*us;SupN=fs/7.5/MHz;%-------------------------波形计算-----------------------------K=B/T;Ts=1/fs;tsam=0:Ts:T;LFM=sin((2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .^2));LFM=[zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(1,Tb/Ts)];N=length(LFM);Fig=figure;x_axis=(1:N)*Ts/us;plot(x_axis,real(LFM),'r');title('LFM原始波形');xlabel('时间(us)'); ylabel('归一化幅度');zoom xon; grid on;axis([min(x_axis) max(x_axis) -1.1 1.1]);编写matlab程序将中频LFM信号画出来图6-1 LFM信号原始波形通过matlab将LFM原始波形量化成12位的数据，并生成保存为后缀.MIF的文件。
雷达信号处理PPT电子教案-第七讲动目标检测
滤波
抑制噪声和其他干扰信号，提 高信号的信噪比。
混频
将接收到的信号从射频频段转 换到中频或视频频段，便于信
号处理。
自动增益控制
保持信号的相对稳定，防止因 目标距离远近导致的信号幅度
变化。
信号特征提取技术
多普勒频率提取
运动轨迹拟合
根据多普勒效应原理，提取出目标相对于 雷达的运动速度对应的频率信息。
展望
随着技术的不断发展，雷达信号处理将在智能交通、无人驾驶、无人机侦察等 领域发挥越来越重要的作用，动目标检测技术也将迎来更广阔的发展空间和应 用前景。
感谢您的观看
THANKS
人工智能融合
随着人工智能技术的发展，动目标检测将与人工智能技术进一步 融合，提高检测的准确性和实时性。
多传感器融合
利用多传感器融合技术，动目标检测将能够更好地处理复杂环境和 多变情况，提高目标检测的可靠性。
网络化与分布式处理
未来动目标检测技术将朝着网络化和分布式处理方向发展，实现大 规模数据处理和信息共享。
雷达信号处理ppt电子教案第七讲动目标检测
目录
• 引言 • 动目标检测的基本原理 • 动目标检测的雷达信号处理技术 • 动目标检测的实际应用 • 总结与展望
01
引言
课程背景
01
雷达信号处理是现代雷达系统中 的关键技术，动目标检测是其重 要组成部分。
02
随着雷达技术的不断发展，对雷 达信号处理的要求也越来越高， 动目标检测技术也得到了广泛的 应用。
信号接收
雷达接收到回波后， 将其转换为可处理的 电信号。
信号预处理
对接收到的信号进行 放大、滤波等处理， 以提高信号质量。
信号特征提取
浅谈雷达和ADS-B信号监控系统
浅谈雷达和ADS-B信号监控系统朱翊（中国民用航空湛江空中交通管理站，广东湛江524000）摘要：随着航班流量的日益增多，空域环境的日渐复杂，一旦雷达信号或ADS-B信号中断未能及时处理，将会造成严重的影响。
雷达和ADS-B信号监控系统有着广泛的应用前景，可推广至各个空管运行单位、部队、气象中心等使用，提高运行保障能力。
本文就湛江空管站近期主、备用自动化接入的ADS-B信号，谈一下ADS-B信号接入自动化的配置等问题，以供分享与探讨。
关键词：ADS-B信号；雷达信号；自动化中图分类号:TP393文献标识码:A文章编号：1009-3044(2021)13-0170-04开放科学（资源服务）标识码（OSID）:1引言ADS-B系统是由多地面站和机载站构成，是一种合作监视技术。
飞机定时广播通过卫星导航系统获得的位置信息（位置、高度、速度、航向、识别号及其他信息）；与传统雷达系统相比，ADS-B不仅提供更实时准确的监视信息，还具有建设成本少、数据精度高、使用寿命长等明显优势。
近些年我国对ADS-B技术进行大量的研究，已研制出ADS-B发射和接收设备；并通过地空数据链将信号下发给地面站，经过数据中心的目标检测和多重验证后再进行应用。
在空中，相比传统A/C模式雷达信号，ADS-B信号对于频率的占用率大大减少，信号纠错和解码能力将增强。
在地面，利用ADS-B数据源，能加强对场面运行航空器的监视，减少地面冲突的发生。
ADS-B技术作为一种新型的监视方式，它是基于卫星导航和地空数据链通信系统，能有效克服由于雷达测距定位位置信息不准确的缺点，且具备更高的数据精度和数据更新率。
实时的飞行位置等数据，能够提高飞行效率。
2湛江ADS-B系统架构介绍湛江地区ADS-B系统共建设地面站3个，三级数据站1套，其中定向+全向配置地面站点1个，全向配置地面站点2个，已完成现场验收工作，并已在AeroTrac自动化系统测试平台中接入ADS-B信号，已完成了主用自动化系统、备用自动化系统的接入参数配置。
雷达信号处理PPT电子教案第一讲绪论
通过统计检测算法或门限检测 算法，判断是否存在目标。
目标跟踪
对检测到的目标进行跟踪，包 括位置、速度和航迹等信息的 估计。
参数估计
对目标的距离、角度、速度等 参数进行估计，为后续的目标
识别和分类提供依据。
03
雷达信号处理中的关键技术
信号检测与处理
信号检测
在雷达系统中，信号检测是关键的一步，它涉及到对接收到的信号进行判断，确定是否 存在目标以及目标的位置、速度和方向等信息。常用的信号检测方法包括恒虚警率检测、
有重要意义。
风切变检测
雷达能够检测低空风切变等危险气 象条件，为航空安全提供预警。
气候变化研究
雷达观测数据可用于研究气候变化 规律，为环境保护和可持续发展提 供科学依据。
交通管制
01
02
03
空中交通管制
雷达信号处理技术用于监 测空中飞行器的位置、速 度等参数，保障航空安全 和空中交通秩序。
公路交通管理
雷达信号的特性
雷达信号的频率、波形、相位等特性决定了雷达 的探测精度和分辨率。
雷达信号的传播速度受到介质的影响，例如空气 中的传播速度略低于光速。
雷达信号在传播过程中会受到噪声、干扰和多径 效应等因素的影响。
雷达信号处理流程
雷达信号的预处理
包括滤波、放大、混频和模数 转换等步骤，目的是提取出反
射回来的有用信号。
雷达信号处理技术的发展对于提升国家安全和 国防实力具有重要意义，也是当前国内外研究 的热点和重点。
雷达信号处理的历史与发展
01
雷达信号处理技术经历了从模拟信号处理到数字信号处理 的演变。
02
随着计算机技术和数字信号处理理论的不断发展，雷达信 号处理技术也在不断进步和完术正朝着高速、高精度、高分辨率和智 能化方向发展，同时也在不断探索新的理论和方法，以应对更
雷达侦察的信号处理
的分选脉冲数多于检测门限V，便判为该雷达存
在，否则为不存在。——动态关联法
动态关联法
优点： 1、能在很大程度上消除虚假脉冲 2、运算量不大
缺点： 1、仅适用于PRI恒定或PRI抖动很小的雷达信号 2、对线性调频、频率捷变等雷达的分选过于依
赖DOA、PW等参数
相关函数PRI鉴别法
相关函数法PRI鉴别技术的实质是计算延迟后的 重合脉冲数，再根据计算结果以脉冲数最多的基 波来确定其PRI。
图4―12 几种典型tPRI工作样式的脉冲波形
雷达信号时域参数的测量
tTOA的测量 τPW的测量 AP的测量
tTOA的测量
Δt为时间计数器的计数脉冲周期，T=Δt·2N为时
典型雷达信号调制形式
信号处理设备的主要技术要求
可分选、识别的雷达辐射源类型和可信度 可测量和估计的辐射源参数、参数范围和估计精
度 信号处理的时间 可处理的输入信号流密度
信号处理的基本流程（1）
信号分选的基本流程（软件）
电磁环境 数据生成 PDW形 成
A
RF匹 配
Yes
PW匹 配
Yes
PRI匹 配
Yes
雷达数 据库
DOA分 选
No
RF分 选
PW分 选
No
B
PRI分 选
No
剩余脉冲 分选
统计分析 关联处理
C
雷达识别 威胁判别
三参数的空间分辨: AOA fRF PW
（1）已知辐射源的分离与扣除
已知辐射源 数据库
雷达信号处理
雷达信号处理技术与系统设计第一章绪论1.1 论文的背景及其意义近年来，随着电子器件技术与计算机技术的迅速发展，各种雷达信号处理技术的理论与应用研究成为一大热门领域。
雷达信号的动目标检测(MAD)是利用动目标、地杂波、箔条和气象干扰在频谱上的差别，抑制来自建筑物、山、树、海和雨之类的固定或低速杂波信号。
区分运动目标和杂波的基础是它们在运动速度上的差别，运动速度不同会引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，这就可以从频率上区分不同速度目标的回波。
固定杂波的中心频率位于零频，很容易设计滤波器将其消除。
但对于运动杂波，由于其多普勒频移未知，不能像消除固定杂波那样很容易地设计滤波器，其抑制就变得困难了从本质上来讲，雷达信号的检测问题就是对某一坐标位置上目标信号“有”或“无”的判断问题。
最初，这一任务由雷达操作员根据雷达屏幕上的目标回波信号进行人工判断来完成。
后来，出现了自动检测技术，一开始为固定或半固定门限检测，这种体制下当干扰和杂波功率水平增加几分贝，虚警概率将急剧增加，以至于显示器画面饱和或数据处理过载，这时即使信噪比很大，也不能作出正确的判断。
为克服这些问题进而发展了自适应恒虚警(Constant FalseAlarm Rate，CFAR)检测。
CFAR 检测使得雷达在多变的背景信号中能够维持虚警概率的相对稳定，这种虚警概率的稳定性对于大多数的雷达，如搜索警戒雷达、跟踪雷达、火控雷达等。
第二章 雷达信号数字脉冲压缩技术2.1 引言雷达脉冲压缩器的设计实际上就是匹配滤波器的设计。
根据脉冲压缩系统实 现时的器件不同，通常脉冲压缩的实现方法分为两类，一类是用模拟器件实现的 模拟方式，另一类是数字方式实现的，主要采用数字器件实现。
脉冲压缩处理时必须解决降低距离旁瓣的问题，否则强信号脉冲压缩的旁瓣 会掩盖或干扰附近的弱信号的反射回波。
这种情况在实际工作中是不允许的。
采 用加权的方法可以降低旁瓣，理论设计旁瓣可以达到小于-40dB 的量级。
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。
雷达信号分析与处理第一章第二章
s(t) S ( f )e j2 ftdf
S(W) 或 S(f) 存在的充分条件是 s(t) 绝对可积，即 s(t)dt
雷达信号分析与处1理3
第二章 雷达信号与线性处理系 统
在雷达工程术语中，时间函数 s(t)称为雷达信号的时间波形，频率函数 S(W) 或 S(f) 称为雷达信号的频谱密度或频谱。
s(t) S( f ) 表示信号s(t) 和其频谱S(f)
复数表示
s(t) s1(t) js2 (t) S( f ) R( f ) jI ( f )
e j2 ft cos(2 ft) j sin(2 ft)
s1(t)
R( f ) cos(2 ft) I ( f )sin(2 ft)df
雷达信号分析与处理6
第一章 绪论
雷达发明之前的防空：盲人雷达；光学测距仪
1935年，英国皇家物理研究所的沃森．瓦特博士进行无线电科学考察 荧光屏上的亮点 载重汽车上的第一台雷达 东海岸对空警戒雷达网
雷达信号分析与处理7
第一章 绪论
二 、雷达测量原理
Radar-- Radio detection and ranging（无线电探测和测距）
测距 测高 测速
三、雷达与通信信号区别 1电磁波频率；
3天线方向性；
5信号处理；
2传输目的； 4主要考虑方面；
雷达信号分析与处理8
第一章 绪论
1.2 研究雷达信号的目的和意义
一、雷达所面临的问题 四大威胁 电子干扰 (干扰机:压制式、欺骗式)
徘徊者EA-6B
低空突防(巡航导弹)
咆哮者EF-18G
新型运8电子干扰机
第一章 绪论
二、新型雷达 1.低截获概率雷达； 2.超宽带雷达； 3.稀疏布阵雷达； 4.无源雷达； 5.双/多基地雷达； 6.星载毫米波雷达； 7.雷达组网； 8.多域融合探测系统
频率步进雷达数字信号处理
收稿日期!"##$%#&%"#’修订日期!"##$%#(%"#基金项目!国防预研基金资助)**&$+&+&,-#$#./项目文章网址!0112!33444+0567+891+:8305673"##$3;#3#;$.3文章编号!$###%.<*&)"##$/;#%#;$.%$#频率步进雷达数字信号处理毛二可=龙腾=韩月秋)北京理工大学电子工程系雷达技术研究所=北京$###<$/>?@?A B CD ?@E B CF G H I J D D ?E @H KD A J F F J >K G J L M J E I NG B >B GO P Q R S 98T =U V Q W X 9%Y Z X =[V P \]%59)^921+_‘\a 9:1]_8Z :\8T Z 899]Z 8T =,9Z b Z 8Tc 8d 1Z 1X 19_‘S 9:08_a _T e =,9Z b Z 8T $###<$=f 0Z 8g/摘要!综述了频率步进雷达系统设计与信息处理中的主要问题=包括系统参数设计h 目标抽取算法h 与f 0Z ]2子脉冲的兼容性h与圆锥扫描体制的兼容性等等=并论述了不同情况下多普勒效应的影响及其解决方法=提出了相应的数字信号处理方案i 关键词!雷达’距离高分辨’频率步进’信息处理中图分类号!j "k &文献标识码!VB l m n o p q n !;19229r‘]9Y X 98:e]g r g ]Z d gs 9]eZ t 2_]1g 811e 29_‘1090Z T 0]g 8T 9]9d _a X 1Z _8]g r g ]d e d 19t +S 0959e2]_7a 9t d _‘109d 19229r‘]9Y X 98:e]g r g ]g ]9r Z d :X d d 9rZ 810Z d 2g 29]=Z 8:a X r Z 8T1094g s 9‘_]t r 9d Z T 8=109g a T _]Z 10t d _‘1g ]T 91961]g :1Z _8=1092]_:9d d Z 8T_‘[_r X a g 19ru ]9Y X 98:e;19229rv g r g ];Z T 8g a =g 8r109:_t %2g 1Z 7Z a Z 1e7914998d 19229r‘]9Y X 98:e]g r g ]g 8r:_8Z :g a d :g 8]g r g ]+c 89g :0d Z 1X g 1Z _8=109^_22a 9]9‘‘9:1d g ]9g 8g a e w 9r +V 8rd _t 92]_:9d d Z 8Td :09t 9d g ]9T Z s 98+x y z{|o }m !]g r g ]’0Z T 0]g 8T 9]9d _a X 1Z _8’d 19229r‘]9Y X 98:e ’d Z T 8g a 2]_:9d d Z 8T在雷达系统中采用距离高分辨率信号具有很多优越性~$!=频率步进信号是其中重要的一种~"!i它由一串载频线性跳变的雷达脉冲组成=通过对脉冲回波的c u u S 处理获得距离高分辨率的效果~"!i 由于这种信号可以在获得距离高分辨率的同时降低对数字信号处理机瞬时带宽的要求=因此近年来受到了广泛的注意i实际上=频率步进的概念出现得相当早~&!=近年来则得到了更为详尽的研究~"=k !i频率步进雷达信号的类型主要是两种!"频率步进脉冲串信号=即本文所称的频率步进信号’#频率步进连续波信号=通常应用于探地雷达=如探测地雷的场合~(!i 为保证探地雷达具有高的分辨率和好的穿透性=频率步进连续波雷达一般选择波长较长的雷达波段=同时要求具有小于$t 的距离分辨率=因此它通常是一种超宽带的雷达体制~(!i 与频率步进连续波相比=频率步进脉冲串雷达的应用场合更为广阔=包括弹道导弹检测~.!h 合成孔径和逆合成孔径雷达~"!h 单脉冲三维成像~"!h汽车防撞~$!等等i 因此=频率步进脉冲雷达是一种重要的高分辨率雷达体制=也是本文分析的重点i 本文后面所指的频率步进雷达=都是指频率步进脉冲串雷达i我国学者近年来对这个问题也进行了大量的研究=其中文献~<!介绍了这种信号实现距离高分辨率成像的基本原理=文献~*!研究了这种信号的低截获概率特性=文献~$#!研究了这种信号的误差特性=文献~$$!研究了这种信号的多普勒特性=文献~$"!提出了调频步进信号)频率步进与f 0Z ]2子脉冲相结合/的处理方案=文献~$&=$k !讨论了频率步进信号与圆锥扫描的兼容性问题=文献~$(=$.!讨论了频率步进信号的目标识别问题i 此外=由于运动目标是频率步进雷达信息处理的难点=因此=文献~$$%"$!等多篇文章详细讨论了运动目标处理的问题i本文的目的=是对频率步进雷达信号处理进行综述i 总结了在不同参数设计方案下的处理策略=提出了用目标抽取算法获得完整的一维距离像的方法=对调频步进信号的处理方案进行了进一步的讨论=对频率步进与圆锥扫描体制的兼容性问题进行了探讨=提出了一种新的获取角度信息的方法=并研究了各种情况下目标多普勒效应对系统的影响i第""卷增刊"##$年.月航空学报V f S V V \v P Q V &S c f V \S V ;S v P Q V &S c f V ;c Q c f Vj _a +"";X 2+’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’’(X 89"##$!频率步进雷达的基本原理"#"信号形式及基本处理策略设$频率步进信号的脉冲重复周期为%&’发射脉冲宽度为(’载频起始频率为)*’频率步进阶梯为+)’频率步进数为,’采样频率为)-’%-.!/)-’光速为01频率步进的发射信号2345.6,7!8.*&9:;478%&7(/<=>(?9@A B 7C <D 3)*E 8+)54F 3!5式中$&9:;34/(5.!’7(/<G4G(/<*’H其它I本振信号为J 345.6,7!8.*&9:;478%&7%&/<%=>&?9@A B 7C <D 3)*E 8+)54F 3<5距离为K 的目标回波信号为L 345.6,7!8.*&9:;478%&7(<7<K 0M N O P(?9@A 7C <D 3)*E 8+)547<K=>BF3Q 5回波信号与本振混频后得到L 345.6,7!8.*&9:;478%&7(<7<K 0M N O P(?9@A 7C <D 3)*E 8+)5<KB F.6,7!8.*&9:;478%&7(<7<K 0M N O P(?9@A 7C <D )*<K BF 09@A 7C <D 8+)<KB F3R 5对于固定目标标来说’式3R 5的第!个指数项是常数’第<个指数项可以看成时间点为<K /0’频率成线性变化的频域信号1对这样的信号进行采样’并归一化’可以得到B FL 385.9@A 7C <D 8S /,3T 5其中$S .U V W X Y 3<K ,+)/05’8.*’!’<###,7!’U V W X Y 为取整运算1对式3T 5作Z [[\运算并求模’就可以得到精确的时间点<K /01]L 3^5].-_X B D 37S E ^5F-_X ‘37S E ^5B F,I ^.*’!’<’a’,7!3b 5显然’上式在^.S时达到最大’经过门限判决后可以根据^值得到K 的信息1"#c 频率步进信号的物理意义在线性系统理论中’向一个待测线性系统输入一个d 冲击函数e ’得到的输出f 345可以看成该系统的冲击响应’而f 345的频域表达g 3h 5是这个系统的传递函数1对于频率步进信号的处理’可以作类似的理解$向d 目标系统e 发射一组等间隔的频率谱线3冲击函数的频域抽样5’其回波为d 目标系统e 的传递函数g 3h 5’对其进行Z [[\’可以得到相应的冲击响应f 345’包含着时间3距离5信息1当目标有速度时’发生多普勒频率’则目标系统为一个非线性系统’必须进行补偿后才能处理1频率步进将带宽为i .,+)的信号分成,次发射’降低了系统的瞬时带宽’从而减轻了数字信号处理的负担1但是’正因为如此’频率步进信号需要,个脉冲才能得到一次结果’数据率较低’从而成为多普勒敏感信号1文献B !!F 对此进行了详细分析1<频率步进信号处理关键技术c #"参数匹配问题频率步进信号的参数匹配问题在雷达总体设计阶段非常重要’其关键参数包括发射脉宽(I 频率步进阶梯+)I 频率步进数,I 采样间隔%-及脉冲重复周期%&等1在给定雷达最大不模糊距离K Wj 信号带宽i .,+)j 以及目标最大长度k 的条件下’有必要对这些参数进行合理的设计’文献B !l F对这一问题进行了详细讨论’其结论主要有$3!5Z [[\后的单点不模糊距离m Z必须大于目标最大长度k ’即+)n 0/3<k513<5根据带宽i j 频率间隔+)确定,’,.i /+)13Q 5根据雷达最大作用距离K 确定%&’有%&.<K /013R 5通常情况下’Z [[\后的单点不模糊距离m Z 必须大于等于单脉冲距离分辨率m (’有(n !/+)’这是(与+)的紧约束条件13T 5根据脉宽(确定采样间隔%-’使得%-n (13b 5实际上’当(E %-n</+)时’通过一定的算法’依然可以得到完备的结果’这是(’+)’%-的宽约束条件1在实际当中’一般要求满足紧约束条件’从而保证Z [[\后单点不模糊距离m Z 有一定的冗余’o!p 增刊毛二可等$qq q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q q 频率步进雷达数字信号处理便于速度补偿和杂波剔除!同时使得"#$%&!用以减小采样幅度损失’可见!当参数设计合理时!对回波信号作())*运算仅仅得到完备的一维距离像的信息!但是这些信息是冗余的+乱序的+且是分散的’因此!需要通过一定的算法进行信号拼接!以获得真实的一维距离像,在较高采样率的条件下!该算法可以选取最优的处理结果!这就是-目标抽取算法.’/0/目标抽取算法目标抽取算法就是为了得到完备的一维距离像!它完成以下"个工作12将折叠的结果按照真实距离排列,3在不同采样点中的冗余信息中!按照一定准则!选取一个最好的结果!得到与真实情况相符的最优的一维距离像’目标抽取算法在紧约束条件和宽约束条件下略有不同!以下先介绍紧约束条件下的目标抽取’456紧约束条件下的目标抽取要进行目标抽取算法!关键是要确定每组())*结果中任意点的真实距离’对式476进行())*变换有8496:;<=5>:?@A B C =D "E >F G <H @A B C D "E >9G <H 4I 6显然!当9:F J K <4K:任意整数6时!上式达到最大值’也就是说!())*结果的第9个点代表的实际距离可能是4K <J 96L M :K M (J 9L M !其中9:?!5!"000<=5!L M 为最小距离分辨单元’这在本质上是())*的周期延拓性的体现’而实际上!由于每个采样点代表的距离信息都是有限的!对于第N 个采样点())*结果中的第9个点来说!K 只能取一个值’对于第N 个采样点!其())*结果代表的距离范围是N M $%M N O N M $J M &N :?!5!"P 4Q 6在紧约束条件下!已知N !9!就可以确定唯一的K !从而可以确定第N 个采样点())*结果中第9点的真实距离’在工程实现上!目标抽取的方法非常简单’单独考察式4I 6!如果第N 个采样点())*结果中第9点出现目标!那么该目标可能出现在任意采样点())*结果的第9点上’对于第N 个采样点!可以将其())*结果进行周期延拓!得到一个足够长的序列’该序列起点代表距离?!终点代表的距离大于N M $J M &’然后取出N M $至N M $J M &的一段!就可以得到长度为M &的真实一维距离像!也就是说得到将这个采样点中所有的距离信息!如图5所示’图5利用周期延拓进行目标抽取)R S 05*T U S @V @A V U T W V R X YZ [W [W \R W @A V U T B X \T V R X Y通常!相邻"个采样点的目标抽取结果在距离上是部分重合的!可以根据一定策略!得到一个最优的像素’通常采用的是-同距离舍弃法.+-同距离选大法.+-同距离累加法.等等’这里]种处理策略的意义如下1同距离舍弃法就是简单地选取后面采样点的处理结果!舍弃已有的提取结果’这种方法的不保证提取后的结果是最优的!有较大的采样幅度损失’同距离选大法是在不同采样点())*结果中选取较大数值作为目标抽取的结果!使采样幅度损失降到最低!但是对于噪声或杂波也进行了选大操作’而同距离累加法就是将同一目标在不同采样点的结果互相叠加!由于噪声的相关性要远低于目标的相关性!所以可以达到最大的信噪比!但是不保证目标之间的幅度关系’4"6宽约束条件下的目标抽取在宽约束条件下!每个采样点())*结果都有被污染的部分!对单独一个采样点来说!是无法恢复的’但是可以将被污染的部分用其他采样点的结果替换’在目标抽取时!要保证污染区的内容不被提取’可以算出污染区的长度为M &=M (!对于某个采样点所对应的距离范围来说!污染总是发生在起始和结束部分’所以只要在目标抽取时将污染Q5^航空学报第""________________________________________________________________卷区避开即可!如图"所示#图"利用周期延拓进行目标抽取$%&’"()*&+,+-,*).,%/012.2.3%.+-,*)4/3),%/0可见!对第5个采样点的6$$(结果作周期延拓后!取出其中的5789:7;<76=>?7@75A57897B<:7B<*6=>?75C D!E!"!F:G=就可以获得完整的一维距离像#由上述分析可见!本文提出的目标抽取算法非常适用于工程需要#以下给出仿真结果H仿真条件H I C E"J!?K C J LM N!K8C O D LM N!此时?7C D’E P Q P J R!设立O个静止目标!位置分别为S E C Q D R!S"CQ T R!S O C Q Q R!U>I C E D V W!回波形状为高斯形!根部宽度为;C E D D08!采样频率K8C O D LM N前"D个采样点的6$$(结果及目标抽取结果如图O所示#图O目标抽取算法仿真:)=6$$(结果!目标出现在G XE E个采样点中Y:1=同距离舍弃法提取结果:.=同距离选大法提取结果Y:V=同距离累加法提取结果$%&’O Z%R[3),%/0/\,)*&+,+-,*).,%/0)3&/*%,]R图O:)=的第G个采样点的尖峰为目标E!第E D个采样点中的"个尖峰分别为目标E^目标"!第E E个采样点中的"个尖峰分别为目标"^目标O!但仅仅从6$$(结果很难反映出真实目标个数与相对位置关系#图O:1=是同距离舍弃法的提取结果!可以反映出目标的相对位置关系!但幅度较小!尤其第O个目标几乎全部被掩盖在噪声中Y而同距离选大法的结果图O:.=明显优于舍弃法!将其与3,[O:)=仔细比较可以看到每个目标都是各采样点中最大的Y而同距离累加法的结果图O:V=与选大法类似!而信噪比略高#GEZ增刊毛二可等H_ _______________________________________________________________频率步进雷达数字信号处理!"#多普勒效应的影响及其补偿$%&多普勒效应的影响由于频率步进信号数据率较低’是一种多普勒敏感信号’所以在实际应用中必须考虑目标的多普勒效应(文献)%%*在这方面进行了深入的研究’指出+目标运动会给回波造成附加的一次相位相和二次相位项(设目标速度为,’则一次相位项为-./$0123$0,45&678&$%3&二次相位项为-./$09:2$0,45&6078&$%%&其中’一次相位项会在;<<=结果中产生耦合时移’该误差与,成正比>二次相位项主要会使;<<=结果能量发散’其程度也与,成正比(对于目标抽取算法’一次相位项主要造成测距不准’而二次相位项会产生伪峰和幅度损失(可见’频率步进信号的多普勒效应比较严重’必须加以补偿(文献)%%*指出’一次相位项对补偿精度要求非常苛刻’典型参数下要求误差在%4@数量级(而二次相位项比较容易补偿’典型参数误差容限为%334@数量级($0&已有的多普勒效应补偿方法在目前已经提出的主要运动补偿算法中’文献)%A *针对调频步进脉冲串信号’提出了距离B 速度B 加速度的极大似然估计方法>它给出了距离B 速度B 加速度估计的最佳理论’但是实际可操作性并不强(由于目标运动会产生耦合时移’文献)%C *提出利用这一特性’从静止杂波中区分出运动目标的方法(它是在滤除杂波后’再对纯目标的频域数据做速度补偿(但是这里的速度补偿方法需要通过其它手段获得目标的速度信息(文献)%D *提出了一种频率步进脉冲E 组F 串的方法’即在每一个频点上发射一组脉冲’通过脉组之内的<<=处理获得目标速度’再通过脉组之间的;<<=处理获得距离高分辨率的效果(文献)03*提出了G 种运动补偿方法+频域互相关法B 时域互相关法B 及最小熵值法(其中频域互相关法就是对;<<=之前相邻两帧的回波求互相关’根据相关输出的相位估计目标运动速度(所谓时域互相关法’是指在做了;<<=之后进行相关(其基本思想’是利用两帧之间对应脉冲的相关’求出目标在两帧之间的距离走动’并进而利用走动距离和目标速度之间的关系估计目标速度(所谓最小熵法’是一种闭环迭代算法’根据该文的分析’其实时性较差’且精度与信噪比成反比(文献)0%H0I *对这个问题进行了系统的研究’主要从模糊函数的角度出发’分析了采用正负双向调频和随机跳频的方法实现目标运动补偿(它主要是通过特殊的信号设计方法’使信号的模糊函数具有近似图钉形状(实际上’这种方法在D 3年代初即有人考虑)0J *(此外’文献)0K *提出了一种通过参差L M =实现运动补偿的方法’文献)0A *对此方法进行了进一步深入的研究’指出这种方法对雷达系统参数要求过于苛刻’因此实际上很难实用($G &各种多普勒效应补偿方法的分析N 有附加测速信息的运动补偿如果能够不断通过其它手段获得目标的速度信息’则运动目标的处理将十分简单’只要在;<<=处理之前’把目标运动的多普勒频率在相位中减掉即可’这可以通过一个简单的乘法运算来实现(这种补偿方法’在有搜索雷达引导的跟踪雷达系统中是可能的(这种方法的主要问题’是对目标运动速度的测量精度要求极高>为完全补偿掉一次相位误差’对测速精度的要求可以达到%?4@量级’这在一般的搜索雷达系统中是很难达到的(因此用这种方法很难完全消除多普勒的影响(但是用这种方法基本上可以消除二次相位的影响’因为这时对测速精度的要求为%33?4@量级(因此这种方法可以用它来做速度初补偿’以便消除二次相位的影响’使;O <=输出不再发散(这样’就可以为后续的进一步运动补偿奠定基础(P 利用距离变化率进行运动补偿对于有跟踪能力的雷达系统’可以通过跟踪滤波器获得目标运动的精确速度估值’并由此进行运动补偿(这种方法的主要问题’是目标运动状态和跟踪滤波器的设置(如果目标为匀速直线运动’则通过合适的跟踪滤波器即可以获得好的速度估计’并用于补偿目标运动造成的影响(这种方法对理想匀速运动目标应具有良好的效果’但是对于目标速度变化的情况’补偿效果一般不能令人满意)0C *(Q 脉冲多普勒测速方法这种方法是在频率步进工作过程中加入脉冲多普勒测速’以获得目标的速度估计(其中文献)%D ’03*所提的方法都属于这一类型(但是文献)%D *所提出的方法’其主要问题是帧周期很长’因此数据率很低>而且’在整个处理帧中’如果目标有加速度’则补偿的效果会变差(此外’为避免测速模糊问题’该方法必30R 航空学报第00S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S S 卷须选择较小的!"#$这样就又存在测距模糊%而在文献&’()所提出的频域互相关法中$同样存在不模糊测速范围小的问题*其解决方案$是采用时域互相关法确定速度范围$但是根据该文的分析$时域互相关法的精度并不高%+二维高分辨率自测速方法所谓二维高分辨率自测速方法$就是在处理过程中$用多组速度值进行补偿$选出其中补偿最好的速度值$即可同时获得目标的距离,速度二维信息%文献&’-.’/)所提出的方案$都属于此种类型%由于这种方案需要选择最优的补偿速度$因此频率步进信号必须对速度的变化敏感$故必须选择具有近似图钉型模糊函数的随机跳频信号%其中文献&’-$’’)所提出的双向调频信号就是向图钉型模糊函数迈进了一步&’0)$但是它相对于线性步进频信号的好处只有123%文献&’4$’5)则提出了一种最优随机跳频序列的编码方案%这里$双向调频在实现中有很多问题$例如在目标存在多个散射中心的情况下如何判断散射点的配对情况%而且$对于目标加速运动的情况下$根据式6-’7$在正向和负向调频的两帧之间$目标运动速度也会发生变化$因此补偿的难度还会增加%而对于文献&’4$’5)所提出的随机跳频方案$需要进行二维高分辨率处理$因此信号处理量会大大增加%此外$89:$子波变换等方法$也都可以作为二维补偿方法的尝试%;帧间脉冲多普勒所谓帧间脉冲多普勒$也是一种可能的目标运动补偿算法%它是发射多个频率步进脉冲串$在不同脉冲串中相同载频的脉冲之间做脉冲多普勒测速处理*获得目标速度后$再做脉冲串内的<==#处理$获得目标的一维高分辨率距离像%但是这种方法的主要缺点$是有很大的测速模糊%>降阶处理估计目标运动参数由于目标运动速度造成的二次相位项实际上是一个线性调频项$因此可以采用线性调频信号处理中常用的降阶方法$但是测速精度相对较差%@A频率步进信号与B C D E F信号的兼容性要想在保证总带宽不变的条件下$提高频率步进信号的数据率$则应该减小频率步进的阶数G$提高单个子脉冲的带宽H I*但是提高子脉冲的带宽意味着脉冲时宽J的减小$因此信号的发射能量将减小$进而限制雷达的作用距离%要解决这一矛盾$可以采用线性调频信号6即K L M N O信号7作为频率步进的子脉冲$文献&-’)称之为P调频步进雷达信号Q*这种信号的优点是在保持频率步进发射信号脉宽J和总带宽R不变的同时减小步进阶跃的周期数G$提高系统的数据率%或者是在R与G不变的条件下增大J$提高发射能量%这种信号在实现距离高分辨率方面具有K L M N O信号和频率步进信号的优点%6-7调频步进信号形式及基本处理策略调频步进信号第S个字脉冲的形式如下式所示T6U7V-W GX G,-S V(Y6U,S Z N7[\O&]’^S H I)_ [\O&]’^I(U)V-W GJX G,-S V(N[‘aU,S Z Nb cJ_ [\O&]^d6U,S Z N7’)[\O&]’^S H I)_[\O&]’^I(U)6-’7其中e Y6U7V-W JN[‘aUb c J[]^d6U,S Z N7’为K L M N O子脉冲*d V H I f J是调频斜率%可见调频步进的信号带宽依然为GH I%对上述信号进行混频后有如下结果T6U7V XG,-S V(g S N[‘aU,S Z N,’6h,i U7f jb cJ_ [\O k]^d&U,S Z N,’6h,i U7f j7)’l_[\O&,]’^S H I’6h,i U7f j)_[\O&,]’^I(’6h,i U7f j)6-47文献&-’)指出$对调频步进信号的处理可以分’个步骤e首先在各个子脉冲内进行K L M N O脉冲压缩*其次在脉冲压缩后进行各脉冲之间的<:=#处理%当目标速度为(时处理结果依然为式617所示$距离分辨率提高了G倍%对频率步进信号作<==#处理时$要求信号在各脉冲之间具有严格的相位关系$因此K L M N O 信号脉压后信号相位的变化是这种信号处理中最关键的问题%如果目标速度i m($则雷达视频回波的幅度和相位都会发生复杂的变化%6’7调频步进信号的多普勒效应分析由于调频步进信号的视频回波在不同!"#之间的变化与频率步进信号相同$因此在信号处理上要重点分析目标运动对子脉冲压缩的影响%文献&-’)指出$如果要求目标在G个!"#之内的最大时移为半个脉压后的距离单元$则要求雷达系统参数设计应该满足’i GZ N f no-f6’p I7而多普勒效应对K L M N O信号脉压产生的幅度变化q耦合时移q相位变化对<==#的影响基本可以-’r增刊毛二可等es s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s s频率步进雷达数字信号处理忽略不计!这是因为"#$%&信号数据率较高’是一种非多普勒敏感形信号!当参数设计合理的条件下’对于调频步进信号处理的多普勒补偿的主要问题仍然是在())*阶段!而采用调频步进体制可以有效的减小+的值’减轻多普勒效应对())*的影响!,-.调频步进数字信号处理的实现根据以上分析’可以给出一个调频步进信号处理的实现方案’如图/所示!图/调频步进数字信号处理机功能框图)$01/234567$80%894:;#<7$0$;83=$0>83&%45<==4%:4%)?=;<&@:%<A B <>5C%878%<5#4由于这个方案的数据具有运算复杂D 数据量大等特点’对数字信号处理器的设计具有较高的要求!选用多片*?E -F G "H I 作为核心J E K 芯片!该芯片采用了甚长指令字,L M (N .的体系结构O 片内有P 个并行处理单元’可同时运行P 条指令Q 其最高时钟频率可达F G G ?R S ’单指令周期为T >=’因此最大处理能力为U H G G ?(K =!采用这种芯片实现该方案在速度上具有极大的优势!V 1W 频率步进与圆锥扫描兼容性的研究在现代跟踪雷达中’通常在要求系统具有精细的距离分辨率的同时获得准确的角度信息!采用圆锥扫描方法获得目标角度是一种经典的技术’它利用目标回波的幅度变化来获得角度信息’由于其技术较为成熟’已经得到了广泛的运用!锥扫频率步进信号就是这二者的结合’该信号具有在保证距离高分辨率的同时实现精确测角的特点!,U .锥扫频率步进信号形式及基本处理策略设角误差信号测角率为X ’它表示单位角误差信号所引起的调制度Q 天线锥扫频率为Y 8Q 雷达位于Z [点’扫描圆心为Z Q 目标位于\点Q ]轴代表天线锥扫的基准时刻Q 角误差信号为^Q _G 是锥扫信号的初相位Q ‘]’‘a 分别为方位和俯仰角度’如图T 所示!显然’在天线锥扫一周的时间内’可以有b cU d ,Y 8+e %.帧的数据!当目标速度为G 时’对于第f 帧中第g个脉冲’则锥扫频率步进的表达式为],g .c h U i X ^54=j F k Y 8,f +e %i g e %i F l d m .i _G n o <I &j p q F r ,Y G i $s Y .F l d m n f c G ’U ’F ’tb p U Qg c G ’U ’F ’t+p U ,U /.由上式可以看出’圆锥扫描是作为调制信号叠加在频率步进的幅度上的!它对于频率步进信号来说是一个非均匀加权!测角率为X 越大’表示雷达测角的灵敏度越高’但是对频率步进信号的调制度就越深!这会造成主瓣峰值损失D 主瓣展宽D旁瓣提高等问题!图T 圆锥扫描示意图)$01T J <94>=;%8;$4>:4;#<&%$>5$&3<4:54>$583=58>而频率步进信号对于锥扫信号来说是等间隔采样’其采样间隔为+e %!这会造成角度信息减少’抗噪声能力下降’测角不准等问题!当F Y 8u U d +e %时还会出现欠抽样!对于锥扫频率步进信号的处理’要求既获得距离上的高分辨率的一维距离像’同时要获得目标的角度信息!这里处理的关键是角度信息的获取!如果希望获得目标细节的角度信息’必须在())*之后进行锥扫!对式,U /.进行归一化并())*后可以得到v ,w .c +i X ^=$>,k x d b.=$>,k x d ,b+..y54=F k xb f i z +F e %{|s Y j i_G ik x b +p U n+’w c z G ’w c }~!其它,U T .式中O wcG ’U ’F t +pU Q f cG ’U ’F t b pU Q x c FF E 航空学报第F F """"""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""""卷。
雷达信号处理基本流程图
基本雷达信号处理流程一、脉冲压缩窄带（或某些中等带宽）的匹配滤波：相关处理，用FFT数字化执行，即快速卷积处理，可以在基带实现（脉冲压缩）快速卷积，频域的匹配滤波脉宽越小，带宽越宽，距离分辨率越高；脉宽越大，带宽越窄，雷达能量越小，探测距离越近；D=BT（时宽带宽积）；脉压流程：频域：回波谱和参考函数共轭相乘时域：相关即输入信号的FFT乘上参考信号FFT的共轭再逆FFT；Sc=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));Task1f0=10e9;%载频tp=10e-6;%脉冲宽度B=10e6;%信号带宽fs=100e6;%采样率R0=3000;%目标初始距离N=4096;c=3e8;tau=2*R0/c;beita=B/tp;t=(0:N-1)/fs;Sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*beita*(t-tp/2-tau).^2).*exp(-2j*pi*f0*tau);%回波信号S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).^2);%发射信号（参考信号）x 10x 10x 10So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));%脉压 figure(7);plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)))%归一化dB grid on-400-350-300-250-200-150-100-500二、去斜处理（宽带的匹配滤波）去斜处理“有源相关”，通常用来处理极大带宽的LFM 波形（如果直接采样的话因为频带很宽所以在高频的时候需要的采样率就很大，采样点数就很多，所以要经过去斜处理）Stretch方法是针对线性调频信号而提出的，其方法是将输入信号与参考信号（经适当延迟的本振信号，延迟量通常由窄带信号测距结果估计出）混频，则每一个散射点就对应一个混频后的单频分量，对混频输出的信号进行DFT处理，即可获得目标的距离像，对参考信号的要求是应具有与输入信号相同的调频斜率。
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。
电子对抗原理_3_雷达系统结构_信号处理
FPGA #B Virtex-7
V585T -1FF1761I
EMIF INT
NOR FLASH
1Gb
DSP #A TMS320C6678
SRIO SRIO
4X
4X
HyperLink
S6
LX9
DDRIII
SDRAM
PLL
ARM
128MX64
DSP #B TMS320C6678
DDRIII SDRAM 128MX64
通信系统最常用的中频是70MHz
7
接收机噪声
雷达接收机噪声的来源主要分为两种： 内部噪声 外部噪声
内部噪声主要由接收机中的馈线、放电保护器、 高频放大器或混频器等产生。接收机内部噪声 在时间上是连续的，而振幅和相位是随机的， 通常称为“起伏噪声”。
外部噪声是由雷达天线进入接收机的各种人为 干扰、天电干扰、工业干扰、宇宙干扰和天线 热噪声等，其中以天线热噪声影响最大。
B型，距离—方位显示器，水平方向表示方位， 垂直方向表示距离
E型 ，距离—仰角显示器， P型 ，环视显示器，也称平面位置显示器
（PPI），其距离由径向距离表示， J型 ，圆周扫描的距离显示器
27
A型和A/R型
B型
器
距离-时间 窗
高度-时间 窗
目标三维 显示窗
14
5 信号处理机
雷达信号处理流程 信号处理机结构 信号处理机指标
15
5.1 雷达信号处理流程
雷达信号处理机的任务是对感兴趣的目标 信号进行检测并提取出目标参数（距离、 方位角、高低角、径向速度等）
A/D
脉冲 压缩
滤波
CFAR 处理
目标参数 提取
16
matlab 雷达信号处理流程
matlab 雷达信号处理流程雷达信号处理是指对雷达接收到的信号进行分析和处理的过程。
其主要目的是提取出目标的信息，并进行目标检测、跟踪和识别。
雷达信号处理的流程一般包括以下几个步骤：1.接收信号的预处理：雷达接收到的信号往往带有噪声和干扰，需要进行预处理来提高信号的质量。
这包括去除噪声、干扰和杂波，并进行信号增强。
2.脉冲压缩：雷达信号在传播过程中会因为距离的增加而发生衰减，为了提高信号的分辨率和灵敏度，需要对信号进行脉冲压缩。
常用的压缩方式包括线性调频脉冲压缩和非线性调频脉冲压缩。
3.目标检测：目标检测是指从雷达接收到的信号中识别出目标的存在。
这需要对信号进行特征提取，并使用适当的检测算法来检测目标。
常用的目标检测算法包括CFAR（恒虚警率）检测和匹配滤波器等。
4.目标跟踪：目标跟踪是指在连续的雷达扫描中，对已经检测到的目标进行跟踪和预测。
常用的跟踪算法包括卡尔曼滤波器和粒子滤波器等。
5.目标识别：目标识别是指对已经检测和跟踪到的目标进行分类和识别。
这需要对目标进行特征提取，并使用合适的分类算法来进行识别。
常用的目标识别算法包括基于特征的方法和神经网络方法等。
6.告警和决策：在对目标进行识别之后，需要根据识别结果进行告警和决策。
这包括判断目标的威胁程度、判断是否需要采取行动等。
以上是一般雷达信号处理的主要流程。
不同的雷达系统和应用场景可能会有所不同，但总体上都会包括以上几个步骤。
通过对雷达信号进行处理，可以提高雷达系统的性能和可靠性，并广泛应用于军事、民用以及科学研究等领域。
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正北 R H
α O
β
B D
直线传播（微波） RD——测方位物理基础 天线定向收、发
三、测速原理
当目标相对于RD运动后，出现△fD(回 波相对于发射ft 的频率偏移)，此时， 目标相对于RD的径向速度为：
1 VR f D 2
v
式中
0 D
地平线
λ ——RD工作波长（m） fd ——双程多普勒频率（Hz）
由雷达发射机产生的电磁波经收发开 关后传输给天线，由天线将此电磁波 定向辐射于大气中。电磁波在大气中 以近光速传播，如目标恰好位于定向 天线的波束内，则它将要截取一部分 电磁波。目标将被截取的电磁波向各 方向散射，其中部分散射的能量朝向 雷达接受方向。雷达天线搜集到这部 分散射的电磁波后，经传输线和收发 开关反馈给接收机。接收机将这微弱 信号放大并经信号处理后即可获取所 需信息，并将结果送至终端显示。
• 发现概率Pd
– 正弦信号（目标回波） + 0 均值高斯噪声， 包络为莱斯或广义瑞 利分布
检测门限确定
幅度
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
-1
-0.5
0 时 间 (s) LFM信 号 的 Q路
0.5
1 x 10
-5
1 0.8 0.6 0.4 0.2
幅度
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
-1
-0.5
0 时 间 (s)
0.5
1 x 10
-5
• 门限检测
– 门限↓，Pfa↑，门限↑，Pd↓，需折中考虑
一、测距原理
测距物理基础：目标反射; 等速直线传播. 用脉冲测距法：测的是水平距离R. 雷达天线 R 目标
2R tr c
1 R ctr 2
发射脉冲
回波
t 噪声
tr
tr
t
二、测方位原理
P
目标方位角： 指真北与雷达和目标联 线在水平面上投影的夹角。 即斜距R在水平面上的投影 OB与正北（真北）之间的 夹角。
– 恒虚警（概）率（CFAR）检测：电子门限自动 调整以保证虚警概率恒定
– 雷达信号的检测性能由Pd和Pfa来描述门限值 噪声平均值 A BC功率 电压时间
• 虚警概率Pfa
– 0均值高斯噪声（高斯 分布）的概率密度函 数，其包络为瑞利分 布
p (r) 0.6 0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 1 2 4 5 U R/ ＝2.5 3 6 7 r / 噪声 门限 信号＋噪声 (A /＝3)
在海上, 速度单位俗称为“节 ”（1Kn）, 即1 n mile / h
• 雷达信号处理
– 目标信号总是被淹没于
杂波（+干扰）+ 噪声 的背景中 – 杂波及干扰强度往往超过目标信号的千万倍 – 信号处理作用
• 增强待测目标信噪比，提取目标参数
• 抑制杂波和干扰信号
LFM信 号 的 I路 1 0.8 0.6 0.4 0.2