多项相位变换法在测速雷达中的应用
信号处理算法在雷达信号处理中的应用
信号处理算法在雷达信号处理中的应用随着现代雷达系统的不断发展，传统的模拟信号处理方法已经无法满足雷达系统大带宽、多目标等复杂环境下的处理需求。
信号处理算法的应用已成为现代雷达系统处理复杂场景和提升性能的重要手段。
本文介绍信号处理算法在雷达信号处理中的应用，包括调频连续波雷达、脉冲压缩雷达、多普勒雷达等。
一、调频连续波雷达调频连续波雷达是一种通过频率变化来测量目标距离、速度和角度的技术。
在调频连续波雷达中，脉冲发射器的输出是以线性增加或减少的频率调制信号。
这个信号与回波信号混频后得到的中频信号，可以通过快速傅里叶变换算法（FFT）来处理，获得目标的距离、速度和角度信息。
FFT是一种基于分治和迭代的高效算法，可将长为N的一维时域序列快速转换成N个频域的样本点。
因此，FFT在调频连续波雷达信号处理中得到广泛应用，它可以快速地处理大量的数据，并提高调频连续波雷达系统的性能和可靠性。
二、脉冲压缩雷达脉冲压缩雷达是一种通过发射尖锐窄脉冲，从而获得高分辨率的目标距离信息的技术。
在脉冲压缩雷达中，输入信号与本地回波信号进行相关处理，以压缩脉冲宽度，从而提高分辨率。
由于脉冲压缩雷达信号呈现出大动态范围和复杂的结构，因此需要采用高度优化的算法进行处理，例如线性调频（LFM）信号的处理中广泛应用的匹配滤波器算法。
匹配滤波器是一种线性滤波器，通过与已知信号进行相关来提高信噪比，从而获得更好的目标定位精度。
在脉冲压缩雷达中，匹配滤波器算法可以在压缩脉冲宽度的同时，保留目标的细节信息，从而实现更高的目标定位精度。
三、多普勒雷达多普勒雷达是一种能够对目标运动状态进行监测和测量的雷达技术。
多普勒效应是指由于目标运动而产生的频率变化，可以用于测量目标的速度和方向。
在多普勒雷达中，采用周期性的脉冲序列发射雷达信号，回波信号经过多普勒效应后，产生距离和速度的双重信息。
由于多普勒雷达信号存在着多普勒频移，因此需要采用特定的算法来实现信号处理，例如快速线性变换（FFT）算法可以在时域和频域之间进行转换，从而提取目标的速度信息，进一步实现对目标的监测和测量。
对PD雷达的多相位分段调制干扰方法研究
收稿日期：2017-06-15修回日期：2017-09-07作者简介：贵彦乔（1993-），男，甘肃白银人，硕士研究生。
研究方向：雷达信号处理。
摘要：针对采用移频干扰对脉冲多普勒（PD ）雷达实施干扰时容易被敌方识别的缺点，提出一种多相位分段调制干扰方法。
对多相位分段调制的基本原理进行说明，建立数学模型推导干扰信号的表达式，以应用LFM 信号的PD 雷达为平台，对干扰信号的幅相特性和脉冲压缩结果进行推导，分析了信号分路数、调制相位数量以及相位调制值3个干扰参数对遮盖效果的影响。
最后通过仿真对比验证说明，与移频干扰相比，该方法能够形成灵活可靠的多样化干扰效果。
关键词：PD 雷达，移频干扰，多相位分段调制干扰，遮盖效果中图分类号：TN974文献标识码：ADOI ：10.3969/j.issn.1002-0640.2018.09.025引用格式：贵彦乔，吴彦鸿，俞道滨.对PD 雷达的多相位分段调制干扰方法研究［J ］.火力与指挥控制，2018，43（9）：119-124.对PD 雷达的多相位分段调制干扰方法研究贵彦乔，吴彦鸿，俞道滨（航天工程大学，北京101416）Research on Multiple Phase Sectionalized ModulationJamming Method for PD RadarGUI Yan-qiao ，WU Yan-hong ，YU Dao-bin （Space Engineering University ，Beijing 101416，China ）Abstract ：Aiming at the defect that shift frequency jamming for pulse doppler （PD ）radarcan beeasily discerned ，a jamming method based on Multiple Phase Sectionalized Modula -tion is proposed.The basic principle of Multiple Phase Sectionalized Modulation is illustr-ated ，and the jamming signal ’s expression is derived from the mathematical model.By th -e PD radar using LFM signal as the platform ，the magnitude -phase characteristics and pul -se compression result of jamming signal are derived ，and the impacts on overspread effec-ts by number of signals and modulation phase ，and phase modulation value are analyzed.Finally ，the simulation results show that this jamming method canachieve plenty of flexi-ble and reliable jamming effects compared with shift frequency jamming.Key words ：PD radar ，shift frequency jamming ，multiple phase sectionalized modulation j-amming ，overspread effectsCitation format ：GUI Y Q ，WU Y H ，YU D B.Research on multiple phase sectionalized modulation jamming method for PD radar ［J ］.Fire Control &Command Control ，2018，43（9）：119-124.0引言PD 雷达是20世纪50年代初期出现的一种精密雷达，与传统雷达相比，该雷达具有较强的抗干扰能力，这使得一些传统的干扰手段，如大功率噪声压制干扰［1］、非相干欺骗干扰［2］等对PD 雷达的干扰效果并不理想。
雷达系统中的尺度变换
雷达系统中的尺度变换引言：雷达系统是一种广泛应用于军事、航空、天气预报等领域的技术，它通过射频信号的发送和接收，利用波的反射和散射特性来探测目标物体的位置、速度等信息。
在雷达系统中，尺度变换是一项重要的技术，它可以对雷达信号进行尺度变换，从而实现对不同尺度目标的探测和识别。
本文将从尺度变换的基本原理、常见的尺度变换方法以及其在雷达系统中的应用等方面进行探讨。
一、尺度变换的基本原理尺度变换是一种将信号在尺度上进行调整的技术，它可以使信号在时间和频率上发生变化。
在雷达系统中，尺度变换可以通过改变脉冲宽度、重复周期和重复频率等参数来实现。
尺度变换的基本原理是根据目标物体的尺度大小来调整雷达信号的参数，从而实现对不同尺度目标的有效探测和识别。
二、常见的尺度变换方法1. 脉冲压缩脉冲压缩是一种常见的尺度变换方法，它通过改变脉冲宽度，使短脉冲具有高峰值功率和较宽的带宽，从而能够实现对小尺度目标的高分辨率探测。
脉冲压缩技术主要包括线性调频脉冲压缩和相干脉冲压缩两种方法。
2. 频率调制频率调制是一种通过改变脉冲重复频率或载波频率来实现尺度变换的方法。
频率调制技术可以通过改变雷达信号的频率特性，从而实现对不同尺度目标的有效识别。
常见的频率调制方法包括频率分集和频率聚束。
3. 重复周期调制重复周期调制是一种通过改变雷达信号的重复周期来实现尺度变换的方法。
重复周期调制技术可以根据目标物体的尺度大小，调整雷达信号的重复周期，从而实现对不同尺度目标的有效探测。
常见的重复周期调制方法包括时域抽取和时域插值。
三、尺度变换在雷达系统中的应用1. 目标检测与识别尺度变换技术可以根据目标物体的尺度大小，调整雷达信号的参数，从而实现对不同尺度目标的检测和识别。
通过尺度变换，雷达系统可以对不同尺度的目标进行有效探测，提高目标检测的准确性和可靠性。
2. 距离测量尺度变换还可以用于雷达系统的距离测量。
通过改变雷达信号的尺度，可以实现对不同距离目标的准确测量。
雷达相位编码
雷达相位编码是一种用于无线雷达通信或雷达测量的编码技术。
它通过改变波形信号的相位来传输信息，从而实现数据的传输或目标的测量。
在雷达通信中，相位编码可以用于调制和解调数据信号。
发送方将数字数据转换为对应的相位变化，然后将这些相位变化的波形发送出去。
接收方通过检测接收到的波形的相位变化来恢复原始的数字数据。
在雷达测量中，相位编码可以提高测距和测速的精度。
通过对发射的连续波或脉冲信号进行相位编码，可以实现对回波信号相位的精确测量。
通过测量相位变化，可以计算出目标与雷达的距离和速度等信息。
此外，最简单的相位编码雷达使用了两种雷达波形，它们是具有相同频率和幅度，但是相位相差180°的两个正弦信号。
将其中一个信号用1表示，另一个用0表示。
这种信号被称为二进制相移键控（BPSK）信号。
一个BPSK信号从0到1的变化速率，或者从1到0，被称作码片速率。
相位编码雷达不是发射很长的正弦信号，而是发射相位可能变化的、级联的、短的正弦信号。
如需了解更多有关雷达相位编码的信息，建议查阅相关文献或咨询
雷达专家。
雷达fft的速度精确测量方法 -回复
雷达fft的速度精确测量方法-回复雷达FFT的速度精确测量方法是通过利用傅立叶变换的频率解析能力来测量目标的运动速度。
本文将从雷达基本原理、频率测量原理、FFT算法、噪声和杂波的处理以及精确测量方法等方面进行详细介绍。
一、雷达基本原理雷达是利用电磁波的反射原理来测量目标位置和速度的无线电设备。
它通过发送连续波或脉冲信号，并接收目标回波信号，通过信号的时间延迟和频率变化来计算出目标的位置和运动状态。
二、频率测量原理当雷达波与运动的目标相遇时，回波信号的频率会发生变化。
因为回波信号相对于发射信号存在多普勒效应。
多普勒效应是指当目标相对于雷达静止时，回波信号的频率与发射信号频率相同；而当目标向雷达靠近或远离时，回波信号的频率会分别增加或减少。
三、FFT算法快速傅立叶变换(FFT)是一种用于将时域信号转换为频域信号的算法。
它可以将周期性信号的频率谱进行分析。
在雷达应用中，FFT可以将接收到的回波信号变换为频谱，从而提取出目标的频率信息。
四、噪声和杂波的处理在雷达测量中，噪声和杂波都会对频率测量结果产生影响。
对于噪声的处理，可以通过信号滤波和信噪比的提高来减小其影响。
而对于杂波的处理，则需要对杂波的性质进行分析和建模，并采用相应的滤波和抑制算法进行处理。
五、雷达FFT的速度精确测量方法1. 数据采集：首先需要采集雷达接收到的回波信号，通常会采用一段时间内的连续信号，以获取更准确的频谱信息。
2. 时域分析：对采集到的信号进行时域分析，可以得到信号的功率谱密度，并确定信号的主要频率成分。
3. 信号预处理：对信号进行去直流、滤波和归一化等预处理，以便更好地进行频率分析。
4. 傅立叶变换：将预处理后的信号进行FFT变换，得到频谱信息。
5. 频率分析：通过分析频谱图，确定目标回波的主要频率成分，并计算目标的相对速度。
6. 去除杂波和噪声：对频谱进行杂波和噪声的抑制，以提高速度测量的准确性。
7. 速度计算：根据多普勒频移的公式，将频率转换为速度，并得到目标的绝对速度信息。
基于多项相位变换的线性FMCW雷达目标加速度和速度估计方法
基于多项相位变换的线性FMCW雷达目标加速度和速度估计
方法
张容权;杨建宇;熊金涛
【期刊名称】《电子学报》
【年(卷),期】2005(033)003
【摘要】在线性调频连续波(LFMCW)雷达中,加速度运动目标回波存在多普勒频谱畸变现象,造成目标检测性能和参数估计精度损失.本文提出的方法首先将多普勒信号作多项相位变换,并在变换后的信号频谱中估计出目标的加速度,然后对多普勒信号进行加速度补偿,最后在补偿后的多普勒信号频谱中估计出目标速度.仿真分析表明这种方法能够以较小的运算量,达到改善加速度运动目标的检测性能和速度估计精度的目的.
【总页数】4页(P452-455)
【作者】张容权;杨建宇;熊金涛
【作者单位】电子科技大学电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学电子工程学院,四川,成都,610054;电子科技大学电子工程学院,四川,成都,610054
【正文语种】中文
【中图分类】TN959.1
【相关文献】
1.基于多项相位变换的FMCW-ISAR微多普勒特征提取方法 [J], 梁颖;田韵;张群;朱小鹏;何劲;朱丰
2.在单脉冲内基于Radon-Ambiguity变换的加速度估计方法研究 [J], 贾舒宜;王国宏;杜文超
3.LFMCW雷达多目标加速度和速度估计方法 [J], 张容权;李政;杨建宇;熊金涛
4.双基地多载频FMCW雷达目标加速度和速度估计方法 [J], 秦国栋;陈伯孝;杨明磊;张守宏
5.一种改进的LFMCW雷达多目标加速度和速度估计方法 [J], 吴礼;彭树生;肖泽龙;胡泰洋;许建中
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多点定位场面监视雷达信号处理方法略谈
多点定位场面监视雷达信号处理方法略谈多点定位场景监视雷达是一种用于监视多个目标位置的雷达系统。
它能够同时检测和跟踪多个目标，并通过信号处理方法将目标的位置信息提取出来。
本文将从信号处理的角度略谈多点定位场景监视雷达的相关方法。
多点定位场景监视雷达通常采用多普勒雷达技术。
多普勒雷达利用目标与雷达之间的相对运动引起的频率偏移来提取目标速度信息。
通过多普勒频移的变化，可以识别出不同目标的速度，从而实现多目标跟踪。
在信号处理中，需要对接收到的雷达信号进行多普勒频谱分析，从而获取目标的速度信息。
多点定位场景监视雷达还需要进行距离测量。
通常采用的方法是测量雷达与目标之间的时间差，通过与雷达发射信号的时间间隔相乘，可以得到目标与雷达之间的距离。
在信号处理中，需要对接收到的雷达信号进行时间差测量，并经过相应的校准和滤波处理，从而得到准确的距离信息。
多点定位场景监视雷达还需要进行角度测量。
通过计算目标在雷达坐标系下的方位角和仰角，可以确定目标的位置。
通常采用的方法是利用相控阵雷达技术，将多个天线阵列组合在一起，通过调节每个天线的相位，实现对目标的空间扫描。
在信号处理中，需要对接收到的雷达信号进行相位分析，从而得到目标的角度信息。
多点定位场景监视雷达还需要进行目标数据的关联和跟踪。
由于存在多个目标同时出现的情况，需要将接收到的雷达信号中的目标数据进行关联，将不同雷达扫描周期内的相同目标数据进行匹配，从而实现对目标的跟踪。
在信号处理中，需要对接收到的雷达数据进行目标关联和跟踪算法的设计和实现。
多点定位场景监视雷达的信号处理方法涉及多普勒频谱分析、时间差测量、角度测量、波束形成和目标关联跟踪等多个方面。
通过综合利用这些方法，可以实现对多个目标位置的准确监视和跟踪。
fmcw雷达fft转换后的数据处理
fmcw雷达fft转换后的数据处理一、引言FMCW（Frequency Modulated Continuous Wave）雷达作为一种常见的雷达类型，凭借其低功耗、低成本、高精度等优点在军事、民用等领域得到广泛应用。
然而，在使用FMCW雷达时，如何对发射信号与接收信号进行有效处理以提高雷达性能成为了一个关键问题。
本文将重点介绍FFT转换在FMCW雷达数据处理中的应用，以期为相关领域的研究和应用提供参考。
二、FMCW雷达的基本原理1.发射信号与接收信号的频率差FMCW雷达通过调整发射信号的频率来与接收信号产生频率差，从而实现对目标的距离、速度等参数的测量。
在FMCW雷达系统中，发射信号与接收信号的频率差取决于雷达的频率调制方式。
2.多普勒效应的应用多普勒效应是指雷达发射的电磁波与目标反射回的电磁波之间由于相对运动而产生的频率变化。
利用多普勒效应，FMCW雷达可以实现对目标速度的测量。
三、FFT转换在FMCW雷达数据处理中的应用1.FFT转换原理FFT（Fast Fourier Transform）是一种高效的离散傅里叶变换算法，可以将时域信号转换为频域信号。
在FMCW雷达数据处理中，通过对发射信号与接收信号的FFT转换，可以得到信号的频谱，从而分析目标信息。
2.FFT转换后的数据处理方法在进行FFT转换后，可以采用以下方法对数据进行处理：（1）频谱分析：分析FFT转换后的信号频谱，提取目标特征信息，如频率、功率等。
（2）杂散干扰抑制：针对FFT转换后的信号中可能存在的杂散干扰，可以采用滤波器等方法进行抑制。
（3）动态范围压缩：通过对FFT转换后的信号进行动态范围压缩，可以提高信号的利用率。
（4）距离分辨率提高：通过调整FFT转换的窗口大小等方法，可以提高FMCW雷达的距离分辨率。
四、实际应用案例在我国，FMCW雷达技术已成功应用于气象、交通、无人机等领域。
例如，在无人机领域，通过对FFT转换后的数据进行处理，可以实现对无人机高度、速度等信息的实时监测，为无人机飞行控制提供有力支持。
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多项相位变换法在测速雷达中的应用
作者：冯维婷
来源：《现代电子技术》2009年第19期
摘要:针对连续波体制测速雷达的应用,提出了一种速度高精度测量方法。
先运用离散多项相位变换法获得目标加速度,再结合解线性调频技术和FFT获得精确速度值。
该方法在保证测量精度的同时,运算量大为减少,可用于雷达实时信号处理。
仿真结果验证了该方法的有效性。
关键词:连续波雷达;多项相位变换;速度测量;线性调频
中图分类号:TN911.7文献标识码:A
文章编号:1004-373X(2009)19-042-02
Application of Polynomial Phase Transform in Velocity Measurement of Radar
FENG Weiting
(Xi′an University of Posts and Telecommunications,Xi′an,710121,China)
Abstract:To investigate the velocity measurement of constant wave system radar,a high precision method is presented.Firstly,the discrete polynomial phase transform is used to estimate acceleration of target.Then,the velocity is gained by using de-chirping algorithms and FFT.The method has high estimation accuracy,low computation and more important,it makes the real-time realization more easily.Simulated result proves its feasibility and validity.
Keywords:continuous wave radar;polynomial phase transform;velocity measurement;linear frequency modulation
0 引言
CW雷达是现代靶场测量中常采用的一种体制雷达[1]。
传统CW雷达的速度测量基于FFT 频谱分析技术,假设目标相对雷达作径向匀速运动,通过提取目标回波的多普勒频率来获得目标的速度[2]。
但通常目标并非作匀速运动,在此情况下, 传统测速方法精度不高,已不能满足现代雷达发展的需求。
针对以上情况,本文提出一种高精度的速度测量方法,对有加速度的目标先通过多项相位变换法获得加速度值[3],然后利用该值对原回波进行加速度补偿[4],最后对补偿过的信号基于FFT 频谱分析方法实时获得目标速度值。
1 基于多项相位变换法的测速原理
当目标相对雷达作非匀速运动时,雷达回波的多普勒频率随时间变化,对于这样的时变信号,在极短的一段时间内,可用线性调频信号模型来描述[5]。
经中频信号处理并将连续信号转换成离散信号的目标回波模型为:
s(n)=Aexp[j2π(fdΔtn+12μ(Δtn)2+υ0)],
n=0,1,…,N-1
(1)
式中:Δt为采样间隔,采样频率为Fs,接收时间长度为T,总采样点数为N;fd=2v/λ为速度v引起的多普勒频移,λ为雷达发射波长;μ=2a/λ为加速度a引起的调频斜率;初相位υ0中蕴含目标与雷达间的距离。
式(1)信号的瞬时相关函数为:
B(τ)exp[j(2πμτΔt2n)]
(2)
其中:B(τ)=A2exp[j(2πfdΔtτ+πμ(Δtτ)2)],时延τ取N/2是该方法的最优延时[6]。
式(1)信号的离散多项相位变换为瞬时相关函数Rss(n,τ)的离散傅氏变换,用PT(s,ω,τ)表示。
PT(s,ω,τ)的模值为:
PT(s,ω,τ)=∑N--jωΔtn)
(3)
不难看出,线性调频信号的瞬时相关函数是与调频斜率μ成比例关系的单一频率信号,故估计PT(s,ω,τ)峰值点的频率即可实现调频斜率μ的估计,利用公式μ=2a/λ得到加速度a的估计值。
得出估计值后,结合解调频技术[7]就可估计出多普勒频移fd进而得到目标速度估计值。
d=argmaxfd∑N-1n=0s(n)exp[-j(2πfdΔtn+π(Δtn)2)]
(4)
即回波信号经解调频后降为单频信号,利用FFT估计该单频信号的谱峰处频率就得到
d[8]。
以上方法中用到两次FFT来估计谱峰位置处的频率,而频率的估计精度与采样频率Fs成正比,与FFT点数N成反比。
在Fs和N均不改变情况下,为了提高频率的估计精度可采用插值
FFT法[9,10]。
具体为:对某单一频率信号进行FFT得到其幅度谱,设在离散频率点k=k1时对应最大谱线,记为A1;k2(这里k2=k1±1)处对应次大谱线A2,利用A1和A2进行插值可得到频率更高精度的估计值。
插值公式如下:
0=FsNk1+r•A1A1+A2,r=±1
(5)
如果次大谱线在最大谱线左侧,取r=-1;若在右侧,取r=+1。
2 仿真结果
仿真实验中采用混有噪声的信号模型为:
x(n)=s(n)+w(n)
式中:s(n)见式(1)的形式;w(n)是0均值,方差为σ2的复高斯白噪声。
仿真条件如下:雷达发射频率f0=10 GHz,采样频率Fs=10 kHz,观测时间T=0.409 6 s,仿真中采用N=4 096点FFT。
当目标初始径向速度v=12 m/s,径向加速度a=200 m/s2时,改变输入信号的信噪比,从-8~10 dB,每个信噪比对应500次Monte Carlo实验。
用本文提出的方法模拟速度均方根误差随信噪比变化的情况。
如图1所示。
图1 v的估计均方根误差
仿真结果显示,速度估计值精度高,且其均方根误差随信噪比的增加而降低,同时在低信噪比情况下仍可获得稳健的估计值。
3 结语
本文对零中频处理后的回波信号基于多项相位变换,给出了连续波雷达速度测量的一种方法。
这种方法先利用回波数据的离散多项相位变换法得到加速度估计值;用获得的加速度对原回波进行实时补偿降阶处理,再基于内插FFT得速度估计值。
仿真结果表明该方法运算量小,参数估计精度高,满足测量雷达实时高精度测量的要求。
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