脉冲雷达侦察系统方案设计
基于RFSoC的脉冲雷达采集与测量系统设计与实现
第 22 卷 第 2 期2024 年 2 月太赫兹科学与电子信息学报Journal of Terahertz Science and Electronic Information TechnologyVol.22，No.2Feb.，2024基于RFSoC的脉冲雷达采集与测量系统设计与实现孟翔麒1，汪兴海*2，薛伟*1，陈小龙2(1.哈尔滨工程大学烟台研究院，山东烟台265500；2.海军航空大学航空作战勤务学院，山东烟台264001)摘要：探讨射频系统级芯片(RFSoC)在脉冲雷达系统设计中的应用，设计实现一个具有高性能数模混合信号处理能力的雷达测距系统。
采用IW-RFSoC-49DR高性能RFSoC开发板(包括背景干扰滤除算法的设计)，测试环境设置在空间狭窄、多金属设备干扰的实验室内。
实验结果显示，在未经处理的复杂室内环境中，实验数据受到显著干扰；实现背景干扰滤除算法后，频谱图的显示分辨能力得到显著提升。
随着测试目标距离由3 m提高至12 m，测距误差值从53 cm降低至5 cm。
RFSoC技术在脉冲雷达系统设计中展现出显著优势，实现了高集成度低功耗设计，为后续基于RFSoC设计便携式雷达打下了基础。
关键词：射频系统级芯片；线性调频信号；数据采集；参数估计中图分类号：TN957 文献标志码：A doi：10.11805/TKYDA2024027Design and implementation of a pulse radar acquisition andmeasurement system based on RFSoCMENG Xiangqi1，WANG Xinghai*2，XUE Wei*1，CHEN Xiaolong2(1.Yantai Research Institute，Harbin Engineering University，Yantai Shandong 265500，China；2.College of Aviation Combat Service，Naval Aeronautical University，Yantai Shandong 264001，China)AbstractAbstract：：To investigate the application of RF system level chip—Radio Frequency System-on-Chip (RFSoC) in pulse radar system, a radar ranging system with high performance digital-analog hybridsignal processing capability is designed. The high-performance RFSoC development board—IW-RFSoC-49DR(including the design of the background interference filtering algorithm) is adopted, and the testenvironment is set in a laboratory with narrow space and disturbed multimetallic equipments. The resultsof the experiments show that the experimental data are significantly disturbed in an untreated, complexindoor environment; after implementing the background interference filtering algorithm, the displayresolution of the frequency spectrum map has been significantly improved. As the test target distanceincreases from 3 m to 12 m, the ranging error decreases from 53 cm to 5 cm. RFSoC technology showssignificant advantages in the design of pulsed radar system, realizing the high integration and low powerconsumption design, and laying a foundation for the subsequent design of portable radar based on RFSoC.KeywordsKeywords：：Radio Frequency System-on-Chip；linear frequency modulation signal；data acquisition；parameter estimation脉冲雷达系统凭借其卓越的距离分辨能力和测量精准度，在军事与民用领域均展现出重要的应用价值[1]。
雷达侦察怎么实施方案
雷达侦察怎么实施方案雷达侦察是一种利用电磁波进行目标探测和测距的技术手段，广泛应用于军事侦察、空中交通管制、气象预报等领域。
在实施雷达侦察时，需要考虑诸多因素，包括环境条件、目标特性、雷达性能等。
下面将从雷达侦察的实施方案入手，介绍如何进行雷达侦察。
首先，进行目标情报分析。
在实施雷达侦察之前，需要对目标进行充分的情报分析，包括目标的位置、大小、形状、运动状态等。
通过对目标情报的分析，可以为雷达侦察提供重要参考，有针对性地选择雷达工作模式和参数，提高侦察效果。
其次，选择合适的雷达工作模式。
雷达可以采用不同的工作模式进行侦察，如搜索模式、跟踪模式、脉冲-Doppler模式等。
在实际应用中，需要根据目标特性和侦察任务的要求，选择合适的雷达工作模式。
例如，对于快速移动的目标，可以选择跟踪模式进行实时跟踪；对于小目标，可以采用脉冲-Doppler模式增强探测能力。
然后，优化雷达参数设置。
雷达参数设置对于侦察效果至关重要。
包括雷达的发射频率、脉冲宽度、脉冲重复频率、天线方向图等。
合理设置雷达参数可以提高目标的探测概率、测距精度和抗干扰能力。
同时，还需要考虑到环境因素对雷达性能的影响，如大气传播损耗、地形遮挡等，进行相应的参数优化。
接着，进行雷达侦察实施。
在实际雷达侦察中，需要根据前期分析和参数设置，选择合适的侦察时间、侦察区域和侦察路径。
同时，要密切监控雷达工作状态，及时调整工作模式和参数，确保侦察效果。
在侦察过程中，还需要及时处理目标回波信号，进行目标识别和跟踪，获取目标的详细信息。
最后，进行侦察数据处理和分析。
侦察完成后，需要对获取的雷达数据进行处理和分析，提取有用信息，为后续决策提供支持。
包括目标的位置、速度、加速度等参数的计算，目标特征的提取，目标动态的重构等。
同时，还需要对侦察效果进行评估，总结经验，不断改进雷达侦察方案。
总之，雷达侦察是一项复杂的技术活动，需要综合考虑目标特性、雷达性能和环境因素，科学制定实施方案，确保侦察效果。
雷达系统的设计与使用
雷达系统的设计与使用雷达（RAdio Detection And Ranging）是一种利用电磁波进行探测与测距的系统。
它已广泛应用于军事、民用、科学等领域。
雷达系统的设计与使用涉及多个方面，包括系统架构、信号处理、目标识别等。
本文将从这些方面介绍雷达系统的设计与使用。
一、雷达系统架构雷达系统通常由发射机、接收机、天线以及信号处理器等组成。
在发射端，发射机会产生一些电磁波信号，并通过天线发射出去。
接收端的天线接收这些信号，并将它们送入接收机中进行信号放大和滤波等处理。
经过这些处理后，信号就能够被传输到信号处理器中进行分析、处理和展示。
在雷达系统中，发射机和接收机的设计是非常重要的。
发射机的设计需要考虑到发射功率、频率、脉冲宽度等参数。
接收机的设计则需要考虑到灵敏度、带宽、动态范围等参数。
对于不同的雷达应用场景，这些参数的设计需要进行适当的调整和优化。
二、雷达信号处理雷达系统接收到的信号通常会受到噪声、杂波等因素的干扰，因此需要进行信号处理。
雷达信号处理涵盖了众多技术，如滤波、波形设计、脉冲压缩、多普勒滤波等等。
其中，脉冲压缩是雷达信号处理中一个重要的技术。
脉冲压缩可以将一段较长的脉冲信号通过FFT变换等处理方式，压缩成一个短脉冲信号。
这样可以提高雷达系统的距离分辨率和精度。
三、雷达目标识别雷达目标识别是指通过雷达系统获取的信号数据，对目标进行识别和分类。
其中，目标的特征提取是一个重要的环节。
雷达信号中常见的目标特征包括目标的杂波特性、多普勒特性、散射截面等。
通过分析这些特征，可以对目标进行分类和识别。
目标分类是雷达目标识别中的一个难点。
目标分类通常基于机器学习和模式识别等技术。
常见的目标分类方法包括最小距离分类、支持向量机分类、神经网络分类等。
四、雷达系统的应用雷达系统在军事和民用领域都有着广泛的应用。
在军事应用中，雷达系统可以用于监测和跟踪目标、导弹预警、对空防御等。
在民用领域中，雷达系统可以用于气象探测、航空航天、海洋勘探等。
雷达系统设计
设计要求 设计一雷达系统，对1m2目标，要求探测距离为10km ，发射波形为常规脉冲，方位角分辨力为2°，俯仰角分辨力为20 °，距离分辨力为15m 。
要求： 1 设计和计算雷达系统的各项参数，包括工作频率、发射功率、接收机灵敏度、天线孔径和增益，脉冲重复频率、相参积累时间等。
2 分析系统的最大不模糊速度和最大不模糊距离、计算系统的速度分辨力。
3 在学完雷达系统脉冲压缩相关内容后，设计线性调频波形，使雷达的作用距离增加到200km ，距离分辨力达到3米。
并画出单一目标回波经过脉冲压缩后的波形。
参数求解：1.1雷达工作频率f ，发射功率t P已知距离分辨率的公式为：min 2c R τ∆= ，式中c 为电波传播数度，τ为脉冲宽度，则7min 82215100.1310R s s s c τμ-∆⨯====⨯，不妨取雷达的工作频率为1f GHZ =，发射功率40t P kW =，则893100.3110c m m f λ⨯===⨯。
1.2天线孔径及增益雷达的角度分辨力取决于雷达的工作波长λ 和天线口径尺寸L ，约为/2L λ ,则可得：水平口径尺寸L 为：0.3 4.32290L m m λπα==≈⨯垂直口径尺寸h 为： 0.0750.43229h m m λπβ==≈⨯ 天线的孔径224.30.43 1.8478D Lh m m ==⨯= 天线增益2244 1.84782580.3AG ππλ⨯==≈1.3脉冲重复频率r f发射波形为简单的矩形脉冲序列，设脉冲宽度为τ，脉冲重复周期为r T 则有：av tt r rP P P f T ττ==设r f τ称作雷达的工作比为D ，常规的矩形振幅调制脉冲雷达工作比的范围为0.0001-0.01，为了满足测距的单值性，不妨取0.001D =，则 60.001100.110r Df Hz kHz τ-===⨯1.4接收机灵敏度若以单基地脉冲雷达为例，天线采用收发共用，则雷达方程为：124max 2min 4t r i P A R S σπλ⎡⎤=⎢⎥⎣⎦所以，接收机灵敏度()23211min 42423max 40101 1.8478 1.210440.31010t r i P A S w w R σπλπ-⨯⨯⨯==≈⨯⨯⨯⨯ 1.5相参积累时间设单基地脉冲雷达的天线为360环扫天线，天线扫描速度20/min a r Ω=，水平波速选择时运用最大值测向，当水平波速的宽度大于显示器的亮点直径时，可取：0.5==2θα则对一个点目标的相参积累时间t 为：0.52120360/6060at s s θ===Ω⨯脉冲积累个数31101016660r n tf ==⨯⨯≈ 2 最大不模糊速度，最大不模糊距离，速度分辨率不产生频闪的条件是：12d r f f ≤ 其中d f 表示脉冲多普勒频率，由2r d v f λ= 关系可得最大不模糊速度：3max0.31010/750/44rr f v m s m s λ⨯⨯===雷达的最大单值测距范围由其脉冲重复周期r T 决定，为保证单值测距，通常应选取：8max3310152221010r r cT c R m km f ⨯≤===⨯⨯ 故最大不模糊距离max 15R km = 。
智能雷达光电探测监视系统单点基本方案
智能雷迭光电探剧监視系竦单点基本方案一、系统桥述根摒监控需*:岸基对海3~10公里范围内主要大小批量目标；1动雷达光电探测和识别；多目标闯人和离去自动报警智能取守;系貌接人指挥中心进行远程监控管理;目标海图显示管理；系貌能昵自动发现可疑目标、限踪锁定侵人目标、根据设定条件进行驱散、同时自动生成事件报告记录，可以实观事故发生后的事件追溯，协DJ事故调查。
1. »@建披主要目的»为监腔区域安全提俱妹合性的早期预警信息；＞通过妹合化监测提高处置和应对紧急突发事件的拒挥能力。
2. 基本需求分析：需配置全自动、全量程具备运距离小目标智能雷达探測监視和光电识别系貌，系貌具备名目标自动持续稳定跟踪、名种智能报警功能、支持密这视频实时存傑、支持留查取证的窗达视頫朕动回朋功能等；同时后期系貌需具备根据用户需求的助能完善二次开发能力。
同时支持后续相关功能、扩点组网应用需求。
根据需求和建设主要目的，选塑国际同类技术先进水平，拥有相关技术自主知识产权，具备二次技术深化开发的北京海兰信数据科技股悅有限公司（2001年成立,2010年国内皿业板上市，股票代码：300065,致力于航海智能化与S8洋肪务/信息化的国内唯一上市企业）的智能监iSffiii光电系貌。
该系貌在国内外有众名海事相关成熟应用案例，熟悉国内海事、海监、海警、渔U 公务执法员救扮业务需求特点等。
同时，该系貌近期成功中标国内近年来相关领锁名套（20套）雷这光电组网项目，充分说明该系貌的技术领先员成熟应用的市场广泛接受度。
3.10建成后的主要特胃＞全天候、全股盖、全自动的立体化监腔。
该系统具备对多传感器信息龍合的能力,晞保对探测范围内番达信息源、光电、AIS、GPS等设备信号源进行有机的越合和整合。
＞系统具备了硕警、报警、实时录®0K的综合功能。
任何目标物进人雷达視距时,系貌即开始进行监测。
目标物眦碰警报规則后，指挥室获得报警信号，同时朕动设备妹合光电锁定警报目标，以便驱离。
脉冲压缩雷达
06
脉冲压缩雷达的应用实例
军事侦查与目标识别
目标定位与跟踪
脉冲压缩雷达能够快速准确地定 位和跟踪目标，为军事侦查和打
击提供关键信息。
识别与分类
通过分析回波信号，脉冲压缩雷达 能够识别和分类不同类型目标，如 飞机、导弹和舰船等。
隐身目标探测
对于采用隐身技术的目标，脉冲压 缩雷达通过多普勒频移和信号处理 技术，有效探测和识别隐身目标。
脉冲压缩雷达
• 引言 • 脉冲压缩雷达的工作原理 • 脉冲压缩雷达的优势 • 脉冲压缩雷达的挑战与解决方案 • 脉冲压缩雷达的发展趋势 • 脉冲压缩雷达的应用实例
01
引言
脉冲压缩雷达的定义
脉冲压缩雷达是一种雷达系统，它通 过发射宽脉冲信号，并在接收时对信 号进行压缩处理，以获得高分辨率和 低距离模糊的雷达图像。
测距精度高
总结词
脉冲压缩雷达通过精确控制发射信号的脉冲宽度和压缩比， 能够实现高精度的测距。
详细描述
脉冲压缩雷达的测距精度取决于发射信号的脉冲宽度和压缩 比。通过精确控制发射信号的脉冲宽度和压缩比，脉冲压缩 雷达能够实现高精度的测距测量，从而提高对目标距离的测 量精度。
04
脉冲压缩雷达的挑战与解决方案
03
脉冲压缩雷达的优势
高距离分辨率
总结词
脉冲压缩雷达通过发送宽脉冲信号，并在接收时进行压缩处理，能够实现高距离分辨率。
详细描述
在雷达探测中，距离分辨率指的是雷达区分两个相邻目标的能力，取决于发射信号的脉冲宽度。脉冲压缩雷达通 过发送宽脉冲信号，并在接收时进行匹配滤波处理，将宽脉冲压缩成窄脉冲，从而提高了距离分辨率，能够更好 地分辨出相邻目标。
雷达掩护脉冲实现方案
以我给的标题写文档，最低1503字，要求以Markdown 文本格式输出，不要带图片，标题为：雷达掩护脉冲实现方案# 雷达掩护脉冲实现方案## 引言雷达掩护脉冲是一种用于保护雷达和使其难以被敌方探测的技术手段。
本文将介绍一种基于特定的脉冲信号设计，实现雷达掩护的方案。
## 背景雷达掩护是一种伪装手段，在战争中被广泛应用。
其目的是使雷达难以被敌方探测，从而提供战场上的优势。
雷达掩护脉冲实现方案的一个重要目标是产生干扰信号，使得敌方雷达无法解析真实目标信号。
为了实现这一目标，需要设计一种特定的脉冲信号。
## 实现方案### 步骤1：确定频率选择方案首先，我们需要确定脉冲信号的频率选择方案。
根据具体需求，可以选择连续波信号或者脉冲信号。
### 步骤2：设计脉冲信号设计脉冲信号的关键是确定脉冲的参数，包括脉宽、重复频率和脉冲间隔等。
这些参数的选择将直接影响到脉冲信号的效果。
### 步骤3：生成掩护脉冲通过计算机模拟或硬件设计，根据脉冲信号的参数生成掩护脉冲。
掩护脉冲可以通过各种方式产生，例如通过直接合成或者通过滤波器进行处理。
### 步骤4：评估和调整生成的掩护脉冲需要经过评估，并根据需要进行调整。
评估的主要目标是确保掩护脉冲能够达到预期的效果，即干扰敌方雷达的能力。
### 步骤5：实施一旦掩护脉冲被调整到满意的效果，就可以将其实施到实际的雷达系统中。
## 总结雷达掩护脉冲是一种有效的伪装手段，用于保护雷达免受敌方探测。
本文介绍了一种基于特定脉冲信号设计的实现方案。
通过确定频率选择方案、设计脉冲信号、生成掩护脉冲以及评估和调整，可以实现有效的雷达掩护效果。
请注意，在实施雷达掩护脉冲方案时，请遵循相关法律法规和伦理规范，确保其合法性和合规性。
脉冲多普勒雷达动目标检测的设计与实现
摘要摘要动目标检测技术作为雷达数字信号处理中的关键环节之一，使得雷达具有在频域上分辩不同目标的能力。
随着雷达技术和微电子技术的不断发展，雷达信号处理器向着数字化、集成化、通用化方向发展。
专用集成电路（ASIC）相比FPGA和DSP来说有着更快的速度和更小的面积、功耗，对于导弹、无人机等载体有着重要的意义。
本论文的研究工作源自国家部委雷达信号处理器项目，主要完成了雷达信号处理系统中动目标检测处理器的ASIC设计与实现，动目标检测处理器位于脉冲压缩之后，包含多普勒滤波通道和零频抑制滤波通道，其中脉冲积累个数32~128可配置。
多普勒滤波通道用于对回波进行脉冲多普勒处理，在频域上区分不同目标，零频抑制滤波通道用于检测低速目标。
首先本文对动目标检测的原理做了研究，研究了快慢时间维采样、动目标显示、多普勒滤波器组和零频抑制滤波器的相关算法。
采用有限冲击响应（FIR）横向滤波器实现多普勒滤波器组，其加权系数可随不同的应用场景而设计，可以在不同频段设计相应频率的滤波器来抑制各种不同的杂波，但是直接使用FIR滤波器实现多普勒滤波器组硬件资源消耗大，针对这一问题，采用了10组滤波单元复用的方式实现可配置的滤波器组，减少了硬件资源的消耗，可以对脉冲压缩后脉冲占空比1/16以下的数据进行脉冲多普勒处理。
对于零频抑制滤波器，直接在时域使用共轭离散傅里叶变换（DFT）滤波器相减来实现，无法判断低速目标的运动方向，针对这一问题，本文首先对慢时间维采样数据进行FFT处理变换到频域，再在频域上进行滤波，可以得到低速目标运动速度的正负。
对于慢时间维采样数据的FFT，采用基2的方式完成了基于SDF结构的存储迭代FFT处理器设计，能够实现8~1024点FFT处理。
最终完成了动目标检测整体电路的设计。
随后采用Matlab建模搭建验证平台并产生相应的测试激励，将Modelsim仿真与Matlab对比，验证了不同配置情况下的动目标检测电路，并对仿真结果做了误差分析，相对误差在10-3数量级。
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一、脉冲雷达侦察系统总体方案
1.功能组成框图
2. 功能部分介绍
天线：将高功率发射信号辐射到特定空间，从特定空间接收相应的目标回波信号。
收发开关/保护器：发射状态将发射机连通天线，接收机输入端闭锁保护；接收状态将天线连通接收机并对输入信号限幅保护，发射机开路。
发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波。
接收机/信号处理机：放大微弱的回波信号，解调目标回波中的信息。
激励器/同步器：产生和供给收发信号共同的时间、频率、天线指向等雷达工作的基准。
显示器/录取设备：显示、测量、记录、分发目标信息和各种工作状态。
二、脉冲雷达侦察系统工作流程
1. 工作流程图
2. 工作流程介绍
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。
三、脉冲雷达侦察系统关键技术及实现途径
1.目标距离的测量
脉冲法测距
B
在荧光屏上目标回波出现的时刻滞后于主波，根据时间差计算即可确定目标的距离。
2.目标角度的测量
（1）相位法测角
相位法测角利用多个天线所接收回波信号之间由于存在波程差ΔR 而产生的相位差进行测角。
（2）振幅法测角
1）最大信号法
天线波束作圆周扫描，对收发共用天线的单基地脉冲雷达, 接收机输出的脉冲串幅度值被天线双程方向图函数所调制。
找出脉冲串的最大值(中心值
),
确定该时刻波束轴线指向即为目
标所在方向 。
2）等信号法
采用两个相同且彼此部分重叠的波束, 如果目标处在两波束的交叠轴OA方向（等信号轴）, 则由两波束收到的信号强度相等, 否则一个波束收到的信号强度高于另一个故常常称OA为等信号轴。
根据两信号幅度比值的大小可以判断目标偏离的方向, 查找预先制定的表格就可估计出目标偏离θ0的数值。
3.运动目标速度的测量
当目标向雷达天线靠近时，反射信号频率将高于发射机频率；反之，当目标远离天线而去时，反射信号频率将低于发射机频率。
如此即可借由频率的改变数值（目标面对雷达飞行，多普勒频率为正，当目标背向雷达飞行，多普勒频率为负），计算出目标与雷达的相对速度。