连续波雷达直波泄露抑制技术研究
调频连续波雷达简要分析
连续波调频雷达 雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达，常规脉冲雷达是周期性地发射高频脉冲。而连续波雷达即是发射连续波信号的雷达，它的信号可以是单频、多频或者调频（多种调制规律如三角形、锯齿波、正弦波、噪声和双重调频或者是编码调制）的。单频连续波雷达可用于测速，多频（至少三个频点）和调频连续波雷达可用于测速和测距。它的优点是不存在距离盲点、精度高、带宽大、功率低、简单小巧，缺点是测距量程受限、存在多普勒距离耦合和收发很难完全隔离。 f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 调频连续波雷达参数与性能分析： 1、频率： 13.6GHz (±15MHz) （Ku 波段） 2、扫频带宽F ?： 30MHz 距离分辨率：m F C R 51030210326 8 =???==?? 3、调制周期T ： ms 06.1=T 理论最大量程：Km C T R 1591031053.02 max 83=???=?=- 0 调制周期T 带宽 F t
4、实际回波最大迟延： s d m 16.0t max = 实际最大量程： Km C R d 241031008.02 t max 83max =???=?= -‘ 实际最大差拍频率： M T t F d b 53.4f max max =?=? 5、相干处理时间间隔：ms s d 9.0m 16.0ms 06.1t -T T max Coherent =-== f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 可采点数： 36000m 9.040T Fs N Coherent =?=?=s MHz 实际频率分辨率： Hz MHz N Fs 111136000 400f === 对应的实际距离分辨率：m F C T R 89.5103021111 1031006.120f 6 83=??????=??= ??‘ （量程越小，差拍频率越小，可获得的越大的相干处理时间，能该晒距离分辨率） 6、速度多普勒耦合： 速度较小不考虑，采用锯齿波调频信号时，一般直接将其影响加到系统误差中去。若采用三角波调频倒可以再信号处理时对其进行补偿。 0 调制周期T 带宽 F t
雷达杂波抑制关键技术研究
雷达杂波抑制关键技术研究 摘要：针对防空系统雷达强杂波背景下雷达弱小目标检测问题，在分析传统杂 波抑制存在的问题的基础上，梳理了杂波图CFAR检测、检测跟踪联合处理、智 能杂波抑制等关键技术，并简要分析其原理及技术途径，并对雷达杂波抑制技术 发展趋势进行分析。 关键词：强杂波；CFAR；目标检测 1 引言 基于雷达信息的探测感知是现代信息化战争中武器装备的核心关键能力，随着低空突防、隐身突防、电磁干扰手段的普遍使用，造成雷达探测感知能力的急剧下降，进而导致防空武 器系统的作战效能严重下降。雷达通过向目标辐射电磁波，然后接收从目标反射回来的电磁 波信号，再通过先进的信号处理技术，将有用目标信号从杂波和干扰中提取处理，进而完成 目标检测、位置估计、分类识别等功能。巡航导弹等低空目标可通过超低空自主飞行，利用 地球曲率限制或复杂的地理环境实施攻击，雷达对其进行探测时，面临严重的地海杂波问题，为保证武器系统对低空目标的有效作战能力，必须解决强杂波背景下低小慢目标探测问题。 2 强杂波背景下目标检测面临的问题 当前，雷达探测面临复杂的地理环境，导引头下视探测以及地基雷达低空或下视探测时 不可避免会受到地理环境的制约以及地海杂波干扰。这些背景杂波强度大，按照实际的测量 可得，幅度最强的地杂波可比系统内部的噪声大70 dB 以上。另外由于地貌变换（如山区）、地表反射特性变化、离散强杂波点等使得杂波出现严重的非均匀/非平稳现象等，给杂波抑制等来严重挑战。 雷达杂波抑制技术经多年发展，目前常用的处理方法主要包括MTI、MTD、PD、STAP及 相应的改进设计等，同时也提出了多种目标检测方法，包括CA-CFAR、GO-CFAR、SO-CFAR、OS-CFAR等。然而，由于当前雷达系统处理中环境的认知有限，杂波抑制滤波器的选择和设 计缺乏针对性，目标检测处理仍主要采取针对均匀平稳杂波的方法，多数情况下不满足实际 情况，使得杂波剩余较强，目标检测困难。 3 杂波抑制主要关键技术 3.1 杂波图CFAR检测技术 利用恒虚警检测[1]方法，对杂波背景功率的估计大致有两类，一类是空域检测技术，也 称为距离恒虚警检测技术，它将邻近参考单元处理器的输出均值作为检测门限的背景值，主 要应用在杂波分布比较均匀的雷达杂波背景中。另一类是时域检测技术，即杂波图CFAR 检 测技术[2]，它是依据前面若干次天线扫描的值得到的杂波背景功率来对检测单元进行检测， 在均匀或者非均匀的雷达杂波背景中都可以稳定工作。通常，杂波强度在方位/距离上有剧烈的变化，在同一距离单元随时间变化相对平缓，空域检测中的恒虚警检测方法仅能通过减小 参考单元的个数，来减小虚警率的损失，这样却会导致虚警率无法保持恒定。因此，为了改 善目标的检测性能，必须找到更好的检测方法。杂波图CFAR 检测方法恰好可以解决这个问题，其存储在每个检测单元的估计值，是依据当前及以前的多次扫描值，然后利用一定的递 归算法进行更新的。海杂波的统计特性与地杂波和气象杂波不同，与雷达重复周期相比，海 浪的起伏比较平缓，因此海杂波在邻近的脉冲间有较强的相关性，进行脉间积累检测时，性 能并不理想。在空域中，海杂波的统计特性变化非常剧烈，而在时域中，变化相对平缓。因此，可以利用杂波图CFAR 检测方法来改善目标的检测性能。
调频连续波(FMCW)雷达微波物位计的工作原理
调频连续波（FMCW）雷达/微波物位计的工作原理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。 那么我们可以得到：rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得：rf = K×rt； 两式合并后，我们得到公式： R = C× rf/2K （公式2） 根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的距离R与发射 频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。 实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。
脉冲多普勒雷达的总结
脉冲多普勒雷达的总结 1、适用范围 脉冲多普勒（PD）雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强的抑制杂波的能力，因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波。 2、PD雷达的定义及其特征 （1）定义：PD雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。 （2）特征：①具有足够高的脉冲重复频率（简称PRF），以致不论杂波或所观测到的目标都没有速度模糊。 ②能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波，即频域滤波。 ③PRF很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 3、PD雷达的分类 图1 PD雷达的分类图 ①MTI雷达（低PRF）：测距清晰，测速模糊 ②PD雷达（中PRF）：测距模糊，测速模糊，是机载雷达的最佳波形选择 ③PD雷达（高PRF）：测距模糊，测速清晰 4、机载下视PD雷达的杂波谱分析 机载下视PD雷达的地面杂波是由主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波所组成的。 、PRF 的选择 （1）高、中、低脉冲重复频率的选择 ①机载雷达在没有地杂波背景干扰的仰视情况下，通常采用低PRF加脉冲压缩。 ②迎面攻击时高PRF优于中PRF。尾随时，在低空，中PRF优于高PRF ;在高空，高PRF优于中PRF。 ③交替使用中、高PRF的方法，或者再加上在下视时采用低PRF的方法，并在低、中PRF时配合采用脉冲压缩技术，将是在所有工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方
法。 （2）高PRF时重复频率的选择 ①使迎面目标谱线不落人旁瓣杂波区中: ②为了识别迎面和离去的目标： A、当接收机单边带滤波器对主瓣杂波频率固定时： B、当接收机单边带滤波器相对发射频率是固定时： 注：单边带滤波器的通带范围应从，单边带滤波器的中心频率是固定的，但偏离应为。 6、PD雷达的信号处理系统 PD雷达的信号处理系统主要由单边带滤波器、主瓣杂波抑制滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、多普勒滤波器组、检波积累、转换器和门限等部分组成，下面总结各组成部分的特点及其实现方法。 （1）单边带滤波器 特点：带宽近似等于脉冲重复频率fr, 一般设置在中频； 从回波频谱中只滤出单根谱线； 避免了后面信号处理过程中可能产生的频谱折叠效应; 距离选通波门必须设在单边带滤波器之前; 要求带外抑制至少要大于60dB; 实现方法：采用石英晶体滤波器 （2）主瓣杂波抑制滤波器 特点：比目标回波能量要高出60-80dB； 主瓣杂波抑制滤波器的幅一频特性应是主瓣杂波频谱包络的倒数； 相当于一个白化滤波器，经过主瓣杂波抑制之后，后面的多普勒滤波器可以 按照白噪声中的匹配滤波理论来进行设计； 实现方法：首先确定它的频率，用一个混频器先消除变化的，就可以用一个固定频率的滤波器将其滤除. 确定主瓣杂波中心频率有两种方法:一种方法是利用频率跟踪； 另一种是由天线指向和载机飞行速度计算出主瓣杂波应有的多普勒频移，直接控制压 控振荡器去产生的振荡濒率。 （3）零多普勒频率抑制滤波器 特点：用于高度杂波的滤除； 同时抑制发射机直接进人到接收机的泄漏； 实现方法：①只需断开滤波器组中落人高度杂波区的那些子滤波器的输出； ②使用可防止检测高度线杂波专用的CFAR电路; ③使用航迹消隐器除去最后输出的高度线杂波。 （4）多普勒滤波器组 特点：是覆盖预期的目标多普勒频移范围的一组邻接的窄带滤波器； 起到了实现速度分辨和精确测量的作用； 可以设在中频，也可以设在视频；
提高线性调频连续波雷达测距精度的ZFFT算法
航天电子对抗第22卷第1期 收稿日期:2005-07-06;2005-10-18修回。 作者简介:张红(1982-),女,硕士研究生,主要研究方向是雷达信号处理。 提高线性调频连续波雷达测距精度的ZFFT 算法 张 红,王晓红,郭 昕 (北京理工大学电子工程系,北京 100081) 摘要: 线性调频连续波(LFM CW )雷达在理论上有很高的测距精度,然而在实际系统中,由于FFT 变换的栅栏效应,使得其距离分辨力和测距精度处于同一数量级,满足不了近距离测距时高精度的要求。在传统的FFT 处理的基础上,采用ZFFT 算法,在运算量增加不多的情况下,完成对中频回波主瓣的局部细化,大大提高了LFM CW 雷达的测距精度,以满足高精度测距的要求。 关键词: 雷达;测距;LFM CW;ZFFT 中图分类号: TN958.94 文献标识码: A Improving ra nge measuring precision o f LFMC W radar usin g ZFFT method Zhang Hong,Wang Xiaohong,Guo Xin (Department of Electronic and Engineering,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China) Abstract:T he L inea r Fr equency M o dulated Continuous W ave (L FM CW )Radar has high theor etical r ang e measuring precision.But its practical range precision is of the same mag nitude as the rang e resolut ion because of the inher ent frequency space of FFT ,w hich can not satisfy the high precisio n requirement fo r the near r ang e measuring.ZF FT met ho d is adopted to r educe fr equency space of the main lo be of echo r ang e spectr um o n the FFT with incr easing less operat ion.T his method can gr eatly improv e the range precisio n of L FM CW r adar and satisf y the pr actical needs o f high precisio n r adar rang measuring. Key words:rada r;range measur ing;L FM CW;ZFF T 1 引言 线性调频连续波(LFM CW)能实现较高的距离和多普勒频率的分辨力,在各种近距离雷达,防撞雷达,末制导雷达,远距离天波、地波雷达以及飞机高度表中已得到广泛应用。LFM CW 雷达回波中频的处理普遍采用数字信号处理方式来获取回波中频的距离谱,然后根据一定的判决准则来判定目标的有无,并通过计算过门限的目标频谱值来测量目标的距离[1] ,其系统 框图如图1所示。 该方法是通过目标的回波和目标发射波形混频后得到差拍信号,对差拍信号进行FFT 运算,计算出回波中频在距离轴上的功率谱曲线(即距离谱),可以充分利用LFM CW 雷达的高距离分辨和高测距精度的特点,适用于更为复杂的目标环境,是微波、毫米波测 图1 L FM CW 雷达系统示意图 距和成像的重要手段。但是,由于FFT 的 栅栏效应 [2-3],使得通过FFT 变换得到的距离谱具有固定的采样间隔 R ( R 为雷达的距离分辨力),从而产生 R /2的测距误差。当测量的距离较远时, R R ,测量误差远远小于目标的距离,相对误差较小;但当测量距离较近时, R !R ,相对测量误差较大。为此,如何克服FFT 的栅栏效应、提高近距离的测距精度的问题,就成为LFMCW 测距雷达重要的研究课题。本文采用ZFFT 对距离谱进行局部细化,可在增加较少运算量的情况下,大幅提高LFM CW 测距雷达的测距精度。 48
连续波雷达及信号处理技术探讨
连续波雷达及信号处理技术探讨 摘要随着社会的进步和科学技术的发展，雷达的信号处理技术也在不断更新升级。近年来连续波雷达的使用在不断增多，因其自身具有发射功率小、隐蔽性强以及抗反辐射导弹等特点，被广泛应用于各种军事以及民用雷达之中。本文就针对连续波雷达进行概述，然后针对其信号处理方面的技术进行探讨，希望能给有关人士以借鉴。 关键词连续波；雷达信号；处理技术 前言 在我们现阶段所有雷达的使用中，主要以连续波和脉冲多普雷体制的雷达数量最多。连续波雷达具有十分明显的特点，发射功率小，抗干扰能力强以及抗反辐射导弹能力强，有了这些特点，就会使得连续波雷达不仅具有很大的作用距离，而且信号不容易被截获和干扰。不仅如此，连续波雷达还具有体积小、重量轻以及高机动性灯优势，明显的增强雷达的使用范围，也能够更好地适应各种不良环境。就现阶段而言，连续波雷达一般是用于直升机载预警、地面战场侦察以及炮瞄装备上，当然，民用方面的应用也很广泛，这里就不一一赘述了。 1 连续波雷达的定义和特点 所谓连续波雷达，顾名思义，就是可以对电磁波进行连续发射，然后根据信号发射形式的差异其分为两大类，分别是非调质单频与调频这两种。连续波雷达出现的非常早，早在1924年，英国就可是对连续波调频测距等方面进行细致的分析，然后对相关的电离层进行观测。但是在应用方面，连续波雷达最早被用于二战中，当时主要承担着飞机侦察以及对面观测这两方面的任务。但是在当时大规模使用后，发现雷达经常会出现手法隔离的情况，导致工作效果很不理想，然后又通过大量的研究，最终通过收发开关的出现解决了这个问题。随着科技不断发展，现在已经可以仅通过一天线就可以实现对信号的接收和发送，并且具有好的效果。 在连续波雷达的整个使用过程中，不需要高压的输入，也不需要点火，整个过程是通过多元化的方式进行信号的调制，大大增强了信号的稳定性以及雷达的信号处理能力。因此，在相同条件下，连续波雷达无疑受到更多的青睐，在世界上都得到了广泛的应用。而且，连续波雷达还具有体积小、重量轻、线体传输损耗低、使用方便等特点，这些特点使得连续波雷达的接收机可以使用较窄的宽带脉冲，有效了解决了杂波出现的问题，大大提高了雷达的抗干扰能力。连续波雷达对速度以及距离进行测量的过程中，具有十分高的精准度，而且几乎不受外因的干扰，具有十分优越的性能。连续波雷达的特点如下： 首先是运行频率低。运行频率低的这个特点，使得这种雷达广泛应用于军事中，对于侦察工作十分有利。而且在对信号进行接收以后，可以用连续波雷达对
调频连续波
信号采集与处理单元关键技术研究 1.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 1.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，
发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 1.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较 为简单，易于实现。 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经放大后
脉冲多普勒雷达的总结
脉冲多普勒雷达的总结 1、 适用范围 脉冲多普勒（PD ）雷达是在动目标显示雷达基础上发展起来的一种新型雷达体制。这种雷达具有脉冲雷达的距离分辨力和连续波雷达的速度分辨力，有更强的抑制杂波的能力，因而能在较强的杂波背景中分辨出动目标回波。 2、 PD 雷达的定义及其特征 （1） 定义：PD 雷达是一种利用多普勒效应检测目标信息的脉冲雷达。 （2） 特征：①具有足够高的脉冲重复频率（简称PRF ），以致不论杂波或所观 测到的目标都没有速度模糊。 ②能实现对脉冲串频谱单根谱线的多普勒滤波，即频域滤波。 ③PRF 很高，通常对所观测的目标产生距离模糊。 3、 PD 雷达的分类 图1 PD 雷达的分类图 ① MTI 雷达（低PRF ）：测距清晰，测速模糊 ② PD 雷达（中PRF ）：测距模糊，测速模糊，是机载雷达的最佳波形选择 ③ PD 雷达（高PRF ）：测距模糊，测速清晰 4、 机载下视PD 雷达的杂波谱分析 机载下视PD 雷达的地面杂波是由主瓣杂波、旁瓣杂波和高度线杂波所组成的。 表 1
5、PRF的选择 （1）高、中、低脉冲重复频率的选择 ①机载雷达在没有地杂波背景干扰的仰视情况下，通常采用低PRF加脉冲压缩。 ②迎面攻击时高PRF优于中PRF。尾随时，在低空，中PRF优于高PRF ;在高空，高PRF优于中PRF。 ③交替使用中、高PRF的方法，或者再加上在下视时采用低PRF的方法，并在低、中PRF时配合采用脉冲压缩技术，将是在所有工作条件下得到远距离探测性能的最有效的方法。 （2）高PRF时重复频率的选择 ①使迎面目标谱线不落人旁瓣杂波区中: ②为了识别迎面和离去的目标： A、当接收机单边带滤波器对主瓣杂波频率固定时： B、当接收机单边带滤波器相对发射频率是固定时： 注：单边带滤波器的通带范围应从，单边带滤波器的中心频率是固定的，但偏离应为。6、PD雷达的信号处理系统 PD雷达的信号处理系统主要由单边带滤波器、主瓣杂波抑制滤波器、零多普勒频率抑制滤波器、多普勒滤波器组、检波积累、转换器和门限等部分组成，下面总结各组成部分的特点及其实现方法。 （1）单边带滤波器 特点：带宽近似等于脉冲重复频率fr, 一般设置在中频； 从回波频谱中只滤出单根谱线；
连续波雷达测速测距原理
连续波雷达测速测距原理 一． 设计要求 1、当测速精度达到s ，根据芯片指标和设计要求请设计三角调频波的调制周期和信号采样率； 2、若调频信号带宽为50MHz ，载频24GHz ，三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为20,40，-35（m/s)，请用matlab 对算法进行仿真。 二． 实验原理和内容 1. 多普勒测速原理 依据芯片参数，发射频率为24GHz ，由上式可以得出，当测速精度达到s 时，三角调频波的调制周期可以计算得，T= 信号的采样率，根据发射频率及采样定理可设fs=96GHz 。 2．连续波雷达测距基本原理 设天线发射的连续波信号为：① 则接收的信号为：② 若目标距离与时间关系为：③ ) 2cos()(000?π+=t f t x f T ] )(2cos[)(000 ?π+-=r f R t t f t x t v R t R r -=0)(图 频域测速原理 N f f f f s d m d 2/||max max =-=?max max /2/4/4r d s v f f N T λλλ?=?==
则延迟时间应满足以下关系:④ 将④代入②中得到 其中 2 f c v f r d = 根据上图可以得到，当得到 t ?，便可以实现测距，要想得到 t ?，就必须测得fd 。 已知三个目标距离分别为300,306,315(m)，速度分别为20,40，-35（m/s)，则可以通过:③ ④ 分别计算出向三个目标发出去信号，由目标反射回来的信号相对发射信号的延迟时间。 02() r r r t R v t c v =--} )](2 [2cos{)(0000?π+---=t v R v c t f t x r r f R ] 22)(2cos[00 000?ππ+-+=c R f t f f d t v R t R r -=0)(02()r r r t R v t c v =--
基于载波域自适应迭代滤波器的无源雷达多径杂波抑制方法
基于载波域自适应迭代滤波器的无源雷达多径杂波抑制方法 赵志欣 周新华 洪 升* 翁 涛 王玉皞 (南昌大学信息工程学院 南昌 330031) 摘 要：在无源雷达系统中，监测通道信号中存在零频和非零频多径杂波，影响目标的检测。时域自适应迭代滤波器(如LMS, NLMS, RLS 等)常被用于无源雷达杂波抑制，但这些方法只适用于零频多径杂波。该文针对零频和非零频多径杂波的问题，结合数字广播电视信号的正交频分复用波形特征，提出一种基于载波域自适应迭代滤波器的杂波抑制算法。该算法利用同一载频下含有相同多普勒频移的多径杂波的相关性原理，进行杂波抑制。仿真和实测数据处理结果证明了算法的有效性。 关键词：无源雷达；数字广播电视信号；多径杂波抑制；递归最小二次方算法中图分类号：TN958文献标识码：A 文章编号：1009-5896(2018)12-2841-07 DOI : 10.11999/JEIT180097 Multipath Clutter Rejection Approach Based on Carrier Domain Adaptive Iterative Filter in Passive Bistatic Radar ZHAO Zhixin ZHOU Xinhua HONG Sheng WENG Tao WANG Yuhao (School of Information Engineering , Nanchang University , Nanchang 330031, China ) Abstract : In passive bistatic radar systems, there exists the zero and non-zero Doppler shift multipath clutter in the surveillance channel. The multipath clutter affects the target detection. Temporal adaptive iterative filter such as Least Mean Square (LMS), Normalized Least Mean Square (NLMS) and Recursive Least Square (RLS)are often used to reject multipath clutter in passive bistatic radar, but these methods are only applicable to reject zero Doppler shift multipath clutter. To solve the problem of zero and non-zero Doppler shift multipath clutter, combined with the orthogonal frequency division multiplexing waveform features of digital broadcasting television signals, a clutter rejection algorithm is proposed based on carrier domain adaptive iterative filter. The algorithm utilizes the correlation of multipath clutter with the same Doppler shift at the same carrier frequency in subcarrier domain to reject the zero and non-zero Doppler shift multipath clutter. Simulation and experiment data processing results show the superiority of the proposed algorithm. Key words : Passive bistatic radar; Digital broadcasting television signals; Multipath clutter rejection; Recursive Least Square (RLS) algorithm 1 引言 近年来，利用空间中存在的非合作式照射源进行目标探测的外辐射源雷达(又称无源雷达)因抗电子干扰、抗超低空突防、反隐身等优势而受到关注。数字广播电视信号(数字音频广播(DAB)、数字视频广播(DVB-T)、数字地面多媒体广播(DTMB)和数字调幅广播(DRM))等数字广播在全球分布广泛， 正逐渐取代传统模拟广播，可作为无源雷达优秀的照射源，国内外很多学者都在研究以数字广播作为照射源的无源雷达[1–6]。以高频段为例，DRM 广播作为世界范围内唯一的非专利数字广播，以它作为非合作照射源的雷达系统兼具无源雷达和高频雷达的多种优点。另一个方面，其类图钉性的模糊函数特性，使DRM 广播可作为理想的照射源[7–9]。 无源雷达多采用两通道：参考通道和监测通道。监测通道信号除了接收目标回波信号外，还不可避免地存在直达波和零频多径回波(统称为零频多径杂波)，且存在由于海洋等引起的非零频多径杂波，这些零频和非零频杂波会掩盖目标信息。常用的杂波抑制算法有最小均方算法(LMS)、归一化最小均方算法(NLMS)、递归最小二次方算法(RLS) 收稿日期：2018-01-24；改回日期：2018-06-01；网络出版：2018-08-14*通信作者： 洪 升 shenghong@https://www.360docs.net/doc/5a7811271.html, 基金项目：国家自然科学基金(61461030, 61661032, 61761030)，江西省科技厅自然科学项目(20161BAB203079, 20161BAB212038)Foundation Items: The National Natural Science Foundation of China (61461030, 61661032, 61761030), The Natural Science Fund of Jiangxi Province (20161BAB203079, 20161BAB212038) 第40卷第12期电 子 与 信 息 学 报 Vol. 40No. 12 2018年12月Journal of Electronics & Information Technology Dec. 2018 万方数据
FMCW可调连续波雷达原理
调频连续波FMCW雷达理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备 中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号，一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法，由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描，同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例 关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt, 发射天线到介质表面的距离为R，C为光速。 那么我们可以得到：rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号，因此我们可得： rf = K×rt； 两式合并后，我们得到公式： R = C× rf/2K （公式2） 根据公式2，我们可以看到，天线到介质表面的 距离R与发射频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理，得到混合信号频谱，并通过独立的快速傅立叶（FFT）变化来区分不同的频率信号，最后得到准确地数字回波信号，计算出天线到介质表面的距离。 实际上，FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主： 9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿，这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引 起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计，与超声波技术相似，使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲，然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同，雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常，采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计，但是脉冲物位计因为价格较FMCW 低很多，因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然，很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大
机载雷达杂波抑制与目标检测算法研究
机载雷达杂波抑制与目标检测算法研究 机载雷达对地、海探测时面临着复杂的杂波环境,空时自适应处理(STAP)技术通过联合空时二维自由度可以有效地抑制杂波,提高动目标检测性能。考虑到实际中机载雷达接收的回波数据通常是非均匀的,本文围绕非均匀环境下的STAP技术和自适应检测方法展开研究,并进一步讨论了STAP在MIMO雷达和稀疏阵列中的相关应用,主要工作和贡献为:(1)分析了机载雷达的海杂波建模方案机载平台由于运动导致杂波能量在空域和时域中扩散,加之海杂波的物理机理复杂,非高斯、非平稳性显著,对机载雷达下的海杂波建模是信号处理算法研究的基础。本文采用积分法对机载运动平台杂波回波进行建模,分析了杂波单元上的散射机理。从统计角度入手研究了海杂波的幅度分布特性,讨论了几种适用于不同雷达分辨率和海况的幅度分布模型,对比研究了不同参数下各自的幅度统计图。结合实测海杂波数据,介绍了几种海杂波分布参数的估计方法,比较了不同分布模型的拟合性能。(2)研究了机载雷达非均匀杂波中的STAP算法当机载雷达面临的杂波环境非均匀时,STAP所需的独立同分布样本数有限,杂波协方差矩阵(CCM)难以准确估计。对此,给出了三种小样本下的杂波协方差矩阵估计方法,在样本数较少的情况下具有较准确的估计精度。在介绍STAP基本原理的基础上,讨论了几种常用的降维STAP方法选择辅助通道的方式,但往往这种固定的通道选择法不是最优方案。为了自适应地选择降维通道,本文通过对变换域的输出信杂噪比(SCNR)进行数学分解,提出一种根据角度-多普勒相关系数大小选择辅助通道的降
维STAP方法,并将其拓展到保留全空域自由度的情况,通过理论仿真和实测数据处理验证了所提算法的有效性。(3)研究了海杂波中知识辅助的自适应检测算法STAP的最终目的是检测目标,空时自适应检测实现了杂波抑制与目标检测的结合,针对采用复合高斯模型的海杂波背景,研究了纹理分量服从双参数逆高斯分布时点目标和距离拓展目标的广义似然比检测器(GLRT),提出根据纹理分量和散斑分量的先验模型,基于知识的协方差矩阵估计方法,比较了采用不同自适应检测器的检测性能。当机载平台运动时,利用杂波协方差矩阵的低秩特性估计出杂波基的幅度参数和噪声功率,提出了仅采用待检测单元回波数据的动目标GLRT检测器,在样本数较少时相比于传统需要训练样本的GLRT检测器具有更好的检测性能。(4)研究了机载MIMO雷达的STAP处理问题针对MIMO雷达在机载平台中的应用,研究了发射频分线性调频(FDLFM)信号时距离像旁瓣的抑制技术,提出一种对阵列的综合接收信号进行谱修正并在频域加窗的旁瓣抑制方法。当 FD-MIMO雷达各发射信号间的频率间隔增大时,信号处理需要考虑宽带效应的影响,本文给出了频率分集信号的模型以及机载平台下的杂波秩估计公式,研究了杂波抑制中由频率间隔增大引起的多普勒频率偏移补偿方法,有效地改善了高速目标的检测性能。根据MIMO雷达的三维级联结构特性,提出一种自由联合各级信号数据,并在每一级处理时灵活搭配不同滤波器的信号处理框架,比较了几类典型方法的计算量和杂波抑制性能。(5)研究了非均匀阵列和脉冲的稀疏STAP算法除了MIMO雷达之外,特殊结构的稀疏阵列同样能够实现空域自由度
线性调频连续波合成孔径雷达成像算法
第6卷 第3期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1．6，No．3 2008年6月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Jun．，2008 文章编号：1672-2892(2008)03-0167-05 线性调频连续波合成孔径雷达成像算法 杨 蒿，蔡竟业 (电子科技大学 通信与信息工程学院140教研室，四川 成都 610054) 摘 要：线性调频连续波(LFMCW)合成孔径雷达(SAR)因体积小，重量轻，成本相对低，成为 近来研究的热点。连续波SAR 的回波信号通常经过相干解调处理。针对其独特的应用背景和信号模 型，对现有的各种成像处理算法进行了讨论和比较，总结出其优缺点及应用范围。并对LFMCW- SAR 今后的发展提出了展望。 关键词：线性调频连续波；合成孔径雷达；成像算法 中图分类号：TN958 文献标识码：A Linear Frequency Modulated Continuous Wave-Synthetic Aperture Radar Imaging Algorithm YANG Hao，CAI Jing-ye (School of Communication and Information Engineering，UESTC，Chengdu Sichuan 610054，China ) Abstract：Linear Frequency Modulated Continuous Wave(LFMCW)-Synthetic Aperture Radar(SAR) has become a focus in recent researches，due to its compactness and low cost. This paper analyses and compares various imaging algorithms，based on the special application background and signal model derived from its dechirped raw data. Then the advantages，disadvtanges and application fields of the algorithms are presented. Future development of LFMCW SAR is prospected. Key words：Linear Frequency Modulated Continuous Wave；Synthetic Aperture Radar；imaging algorithm 目前机载对地观测受到越来越广泛的关注，其应用领域不仅涵盖搜索救援、区域监测、灾害监视与控制等民用方面，还包括小型无人机对地侦察等军事领域。合成孔径雷达与光电成像设备相比可以全天候、全天时工作，如在云雨雾等恶劣气候及夜晚条件下工作，而且具有实时大面积连续成像能率[1]。但是，传统的脉冲SAR 由于其设备复杂，体积大，重量重，成本相对较高等缺陷限制了其应用层面，特别是不能安装到小型飞机如直升机和无人机上完成一些紧急任务，也不适于低成本的民用项目[2]。因此，LFMCW ?SAR [3]以其紧凑、低耗、相对便宜且高分辨力的优点逐渐发展起来[4?10]。连续波SAR 概念自1988年被提出，并应用于飞机高度计之后，特别是连续波SAR 在发射能量一定的前提下，与脉冲SAR 相比拥有更低的发射功率，并且具有更好的隐蔽性，发射机也可以使用全固态设计，使得系统具备了高可靠性和较少维护的优点[11?14]。同时，连续波SAR 接收机前端通过相干混频处理得到差频信号，在成像带较窄的情况下，可以大大降低信号带宽，从而降低对信号高速采集与处理的需求。 本文描述了LFMCW ?SAR 的去调频信号模型，在该信号模型的基础上，讨论针对去调频信号的各种成像处理算法，对各种算法进行了比较总结，最后对未来LFMCW ?SAR 的发展进行了展望。 1 LFMCW ?SAR 的信号模型 LFMCW ?SAR 接收到的回波信号经去斜、下变频后可表示为： 2 022444(,;)exp (j )exp [j ()()]exp [j ()]c r r a r t r t c t c r k k S t t r C r t r r r r c c c λπππ=????? (1) 收稿日期：2007-11-22；修回日期：2008-01-08
调频连续波
三、信号采集与处理单元关键技术研究 Equation Section 3 3.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 3.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式，线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的，在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因，有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波（LFMCW）雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点，不存在距离盲区，具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点，且特别适用于近距离应用，近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面： LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现； 要从LFMCW系统中提取出距离信息，必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成； LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外，LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面： 作用距离有限：LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的，作用距离增大时，发射机泄漏到接收机的功率也增加； 距离-速度耦合问题：LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号，根据雷达信号模糊函数理论，它必然存在距离与速度的耦合问题，这不仅导致系统
的实际分辨能力下降，而且会引起运动目标测距误差。 3.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件，在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下，本系统工作频率为220GHz，采用宽带线性调频探测体制方案，依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性，在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制，利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离，而且能够精确测量目标径向速度，所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机，也可称为零中频超外差接收机，本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替，与回波信号直接混频，产生窄带差拍信号，经特性滤波和放大后，由A/D采样进行数字化处理。因此，LFMCW雷达结构较为简单，易于实现。基本框图如图19所示： 图1调频连续波雷达基本组成框图 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号，并通过正交解调和倍频，生成所需频段的线性调频信号，一路经过多级放大后由发射天线发射出去，另一路耦合到混频器作为本振信号，高频电磁波遇目标后反射回接收天线，经放大后