中南大学-信号处理-信号与信息处理作业

信号与信息处理

电气信息类0828

宦瑞坤

前言：

信号与信息处理是信息与通信工程领域一个发展和更新最快的重要学科，是推进信息科学技术发展、加快社会信息化、实现国家现代化的重要科学技术支撑。信号与信息处理理论与技术的发展已使世界科技形势发生了很大的变革。信息处理科学与技术已渗透到计算机、通信、交通运输、医学、物理、化学、生物学、军事、经济等各个领域。它作为当前信息技术的核心学科，为通信、计算机应用、以及各类信息处理技术提供基础理论、基本方法、实用算法和实现方案。它探索信号的基本表示、分析和合成方法，研究从信号中提取信息的基本途径及实用算法，发展各类信号和信息的编解码的新理论及技术，提高信号传输存储的有效性和可靠性。积极开辟新的研究领域，不断地吸收新理论，在科学研究中运用交叉、融合、借鉴移植的方法不断地完善和充实本学科的理论，使之逐步形成自身的理论体系。

其主要研究方向及其内容：

1．图像处理、计算机视觉与模式识别

2．语音信息处理与计算机听觉

3．虚拟现实与计算机图形学

4．计算机支持的协同工作系统

5．多媒体通信

6．现代数字信号处理

7．信号检测与人工神经网络

8．网络多媒体与信息安全

9．生物医学信息处理

10．信息隐藏与数字水印技术

11．智能信息处理

12．基于内容的信息检索

13．嵌入式技术及其应用

14．无线传感网技术及其应用

15．普适计算技术及其应用

其促进了光通讯技术、无线通信技术、智能信息处理技术的发展和应用。该专业在重视与国民经济联系紧密的各种应用研究的同时，非常重视数字信号与信息处理理论基础的研究。数字、实时、动态、交互、海量、遥距、多媒体、网络化的信息社会，为发展广义信息论和现代信号处理理论提供了前所未有的机遇。

在军事方面也有很宽广的应用领域。在新武器装备的研制、现役装备性能的改进和维修保障过程中，采用信号与信息处理技术进行研究，已经成为一种重要且必须的技术手段。遥感图象处理、模式识别和地理信息系统研究这些项目主要解决的问题为我国目前急需解决的遥感图象处理、模式识别中的重大问题，对我国的国防建设有积极、重要的意义。

研究现状：

1蓝牙(Bluetooth)技术将个人电脑、智能耳机以及智能家电等设备连接成一个方便实用的无线微网，为用户创造一个舒适、安全便捷的信息化家居生活环境。

2在阵列信号处理方面：开展基于波束形成、超分辨测向、相控阵理论与技术，开展阵列校准、低角估计、宽带源与分布源等方面的研究，并应用于智能天线、军事目标跟踪定位（如子母弹定位）、激光阵列雷达等。

3研究传感器阵列的优化配置准则。研究盲信号处理、信息理解和数据融合；多传感器信息融合；

4探讨在信息技术对信息基础理论的需求，开展对现代信息理论的研究，并将应用于雷达组网、多波段遥感图像融合及医用图像融合。

正文：

信号与信息处理在雷达中的应用，雷达(radar)原是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。

雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。

为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2

其中S：目标距离

T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间

C：光速

相控阵技术：

相控阵技术是一种通过控制阵列天线的各个单元的相位和幅度以便形成在空间满足一定分布特性的波束，并且能够改变其扫描角度（指向）的技术。

这种技术目前一般都是用计算机控制波束的形成和扫描，因此最大和好处是可以实现一些传统天线没有的优势，即:形状、指向和波束的个数无惯性的改变。这里解释一下什么是波束，波束实际上是一个形象的说法，在天线和传播技术领域，我们经常讲某个天线发射的（或者接收的）波束是“笔型波束”、“扇行波束”等等之类的，并不是说在空间存在这样的一个笔形或者扇形的东西，而是说当这个天线发射信号时（或者接受信号时）它在不同的方向信号放大倍数是不同的（或者对接收在不同空间到达方向的信号放大倍数不同），有的方向倍数大（叫增益），有的方向小，就形成了一个增益和方向的关系曲线，形象的说，就是一个“笔形的波束”或者“扇形波束”。需要说明的是，所有的天线都有波束的概念，而且接收的时候和发射的时候可以是不同的。相控阵的天线通过电控的单元相位改变，使波束指向、形状、个数等可以很快的改变，这是它根本的优势。

还有一个顺便可以提到的问题，就是雷达干扰和抗干扰问题。在雷达对抗领域，经常提到一个旁瓣干扰的概念，这个又是一个和波束概念有关系的。一般在天线增益最大的方向附近是天线的主波瓣，在这个方向附近之外，天线增益下降很快，但是其他的方向上增益也不会是零，一般在很大的范围内，都会有信号进入，但是除了主瓣之外，其他方向进入的信号比最大的主瓣方向进入的信号要弱很多。所以，当空间中有敌方的干扰机时，无论雷达接收波束指向哪里，干扰信号一般都会进入雷达接收机，从而干扰正常信号的检测。如果干扰机碰巧处于波束指向的位置，就是主瓣的干扰，否则是旁瓣干扰。主瓣干扰恐怕没有什么有效的方法，旁瓣干扰则可以通过增加辅助天线阵，用旁瓣对消技术消除，就是利用辅助天线和主天线共同合成一个在干扰机所处的方位增益为0的综合波束形状，消除干扰。

很多人可能会问，相控阵雷达好象有很多优势，比如功率大、抗干扰能力强、处理能力强、多功能什么的。这些其实不是相控阵天线自动给予的，事实上，相控阵能够带来的好处就是上面说的那些。为什么相控阵雷达处理能力强？我想是因为多数情况下我们把处理能力强的雷达都作成了相控阵体制。

未来展望: