雷达信号处理解析

雷达信号处理学习总结
清华大学电子工程系
无63
李华
概念：
雷达系统使用调制的波形和定向天线向空间中特定区域发射电磁波以搜索目标， 搜索空域内的物体把能量的一部分反射回雷达，然后雷达接收处理这些回波， 从中提取距离，速度，角度位置和其他目标识别特征等目标信息。
指标：
作用距离，距离分辨力，多普勒分辨力等
雷达中关于距离的内容
'
2
2
LFM模糊函数：
( ; f d )
2
' sin( ( f )(1 )) d ' (1 ' ) ' ( f d )(1 ' )
杂波和动态目标显示（MTI） 雷达探测的任务通常是运动目标，如装甲车，飞机等，除了这些需要的回波外，还 有其它建筑物，树木等的回波，这些被称为杂波，可以说任何不需要的回波都是杂 波。此时探测能力取决于信杂比（SCR）。 平均杂波：
2
t

Bk
信号带宽
f f 0 kt
线性调频
匹配滤波后波形为sinc函数，主瓣宽度1/B。 步进频率信号
f i f 0 if
n个窄带脉冲为一组，各个窄带脉冲频率公式如上，接收时用每个脉冲串的正交 分量进行频谱加权。 距离分辨力：
R c 2nf
模糊函数
( ; f d )
所以其滤波器必须在DC和PRF的整数倍有很深的阻带。
多普勒频率等于nf_r的会有很大衰减，所以会有盲速： 滤波器方案：单延迟线对消器 双延迟线对消器 递归滤波器延迟线
2
vm
H ( ) 4(sin(T / 2)) 2
2
n f r 2
H ( ) 16(sin(T / 2)) 4
H ( )
B 1
但是通过某种方法，选择适当的波形可以得到大的时间带宽积，从而可以满足 距离分辨力和速度分辨力 方法：发射信号时进行调制，扩展频谱B；接收时匹配滤波，压缩成窄脉冲 扩展频谱的方法：调频或调相
脉冲压缩 例子：线性调频脉冲压缩，脉冲宽度为\tao
s (t ) rect ( ) cos(2 ( f 0 kt / 2))
2 2



s (t ) s (t )e
*
j 2 f d t
dt
组合了距离分辨力和多普勒分辨力，其得到的模糊图可以说同时表达了距离分辨 力和多普勒分辨力之间的关系，用于研究波形的手段，得出哪种波形适用于哪些 情况。 来源：计算波形的延时，且频移的信号的方差积分，并且将其最大化。
2 (t ) (t ) dt 2 (t ) dt 2 Re{e
2 ' 2 2 jx
s(t ) s
*
(t )e j 2 f d t dt}
事实上，距离分辨力和多普勒分辨力都可以通过计算只有延时或只有频移的信 号的方差积分来得到。
模糊函数的例子： 单个脉冲模糊函数：
( ; f d )
2
sin( f d ( )) (1 ' ) f d ( ' )
如何提取距离信息： 最大无模糊距离： 雷达方程式： 来源：
c t 2 cT c Ru 2 2 fr R
t
不清楚？
2 2 PG t ( SNR)O (4 )3 kTO BFLR 4
能够探测的最远距离
G (4 Ae ) / 2
P Dr
2 2 PG t (4 )3 R 4
Smin 不可准确测出，并且随机变化，再加上噪声的影响。
Smin kTO BF (SNR)Omin
雷达损耗L
解距离模糊：采用两个脉冲f_r1和f_r2等，最小公倍数，过程略。 如何提取速度信息：距离变化率，多普勒频移
fd 2v 2v f0 c
解多普勒模糊：与距离模糊大致相同，略。
距离分辨力： 多普勒分辨力
R
c c 2 2B
来源：两个回波不会重叠
f d
1

v cf d c 2 f0 2 f 0
等价于速度分辨力
增大距离分辨力需要从B或tao上着手-非常短的脉冲 但原理：时间带宽积，未调制的脉冲为1
2

2(1 cos(T )) (1 K 2 ) 2 K cos(T )
c 0 A c
( SCR)C
机载雷达方程：
03db Rc
2 t cos g
杂波统计模型 瑞利分布：
2x x2 f ( x) exp( ) x0 x0
动态目标显示MTI 杂波频谱一般集中在DC和雷达PRF的整数倍周围。 MTI就是使用特殊的滤波器将慢速（或固定）的目标和快速移动的目标区分开来来。