信号检测与处理第一章

信号——信息传输和交换的载体 信号总是伴有各种随机性的干扰
■信号检测与处理的基本任务
判断某种信号是否存在 估计携带信息的信号参数
加性干扰 乘性干扰（如衰落效应） 卷积性干扰（如多径效应）
■信号检测与处理的基本模型
香农（Shanon）信息传输模型： 消息 变换 信号 信息源 编码 信道 调制 干扰 信号源
信号处理的输出矢量y：
y f x
f 假设 ˆ 是分段光滑的连续函数，并且对于某个正数当||> 时
ˆ 0 成立，则f =-1[ ˆ]可以通过采样点t = n/, n =0, ±1, f f n
±2,…的函数f (tn)值完全而唯一地确定。
ˆ f
PCI
雷 达 收 发 机
信 号 变 换
A/D 变换
FPGA 时序控 制与预 处理 SRAM
DSP 自动 检测
PCI Bus
跟 踪 处 理
数字雷达：智能化，信息集成和融合处理的公共平台 软件雷达
软件无线电
雷达、导航、通信的技术基础 雷达、导航、通信技术的相互促进和融合
1.3 信号检测与处理的基本概念


k f e
ik
t
d

n


n sin t n f t n
定义S、N、X、Y分别为信号空间、干扰空间、输入空间和输出空 间，有
x X , y Y , s S , n N
信号处理完成输入空间到输出空间的变换（映射）：
在量程0.75nm/脉宽0.07s/重复频率 3000Hz下的雷达图像
浮标
多径反射假回波
雷达观测图像
雷达信息：给定空域内有无目标，目标状态参数（坐标位置和运动 参数），目标特性。 任务：自动检测目标，自动跟踪目标，对船舶与周围目标的安全态 势自动判断和报警。 功能：目标监测，目标录取，目标跟踪，危险判断，信息显示，人 机交互。 应用：船舶自动避碰，船舶无人驾驶，船舶交通管理。
1 ck 2


k
ck e


ik

ck

1 2



ˆ e f
ik

ik

d

ˆ e f

ik

2 1 ˆ e d f 2 2
k

2 k d f 2
k
ˆ f
k
ck e

ik

2 2


k f e
ik

2 2



源自文库k f e
ik

1 ˆ eit d 1 f t f 2 2
k
■统计信号估计的理论基础
贝叶斯估计。极大极小估计。最大似然估计。
■信号检测技术
高斯白噪声下确知信号的检测。匹配滤波器。随机参量信号的检 测。信号的多脉冲检测。高斯色噪声下的信号检测。非参量检 测。序列检测。
■信号参量估计方法
单个信号参量估计。多个信号参量的同时估计。最佳线性估计。
最小二乘估计。
■统计信号滤波方法
维纳滤波。标量卡尔曼滤波。矢量卡尔曼滤波。
■雷达信号与数据的处理方法
雷达信号的恒虚警率处理。雷达信号的相关处理。雷达目标的跟 踪滤波。 应用领域：通信，雷达，导航，语音处理，图像处理，模式识别， 生物工程，气象信号处理，天文信号处理，…
Y f X
以便最佳地从干扰背景中发现信号，并提取信号中所携带的信息。 S 信号空间 N 干扰空间 X f (x) Y D
输入空间
输出空间 判决空间
1.4 本课程的主要内容 核心——信号的统计处理理论和方法 ■统计信号检测的理论基础
双择检测及其最佳准则。多元信号检测及其最佳准则。随机参量 信号的检测。
雷达信息处理系统（雷达数据终端） 显示器 计算机 跟踪 检测与录取
雷达信号
人机交 互界面
雷达接收机
接口单元 计 罗 G A 程 经 P I S S 仪
数字化终端：计算机+数据采集卡
数据采集卡
模拟通道1 A/D 高 速 采 集 缓 存
FPGA
模拟通道2
A/D
DIO接 口控制
BUS驱动
SDRAM 高速DSP SDRAM
波门相关（距离测度） 跟踪滤波（动态滤波） 卡尔曼滤波 — 滤波
动态滤波（跟踪滤波）示意 真值 测量值 滤波估值 预测值
递归滤波：测量值与预测值的加权组合
预测值包含了过去的测量数据。
预测：按假设的目标运动数学模型推算目标未来的状态。 由滤波估值计算目标运动矢量，比由测量值计算的运动矢量更准 确更稳定。
信号处理
信息接收
在加性干扰条件下，接收的输入矢量或观测矢量为
x sn

表示为取样信号：
x xi x1 , x2 ,, xn
xt
i
T
则有：
xi i t
i(t)为正交（基）函数集：
sin t it t it t i t sin c t t t it
sjddmu@sina.com
1.2 雷达信息处理的基本任务和技术发展趋势
数字化（软件化），智能化 雷达自动化智能化终端 ——船用雷达自动标绘仪 ——VTS雷达信息处理系统（数据终端） ARPA——Automatic Radar plotting Aid
在量程3nm/脉宽0.15s重复频 率3000Hz下雷达图像
1.1.3 课程的参考书
沈风麟，信号统计分析与处理，中国科技大学出版社 陆光华等，随机信号处理，西安电子科技大学出版社 赵树杰，信号检测与估计理论，西安电子科技大学出版社
1.1.4 本课程的前续课程
概率论与数理统计
信号与系统
答疑地点时间：电航楼515，周四周五13：00-18:00 电话84726636
■危险判断
预测并判断运动目标的未来状况，计算最接近点距离（DCPA或简 称CPA）、到达最接近点时间（TCPA），判断有无碰撞、搁浅、脱 离航道等危险。计算安全航行方案等。
相对运动情况下的安全态势的判别： 最接近点距离DCPA
目标
到最接近点的时间TCPA
本船
由最接近点距离和 到最接近点的时间 确定的安全区
■信号自动检测：在噪声和杂波干扰背景中判别（提取）目标。
建立自适应检测门限。门限检测——统计检测。
如利用恒虚警率处理（CFAR）等方法建立随回波 强度变化的自适应门限。
幅度u
目标 门限1 门限2
时间t
■目标跟踪 （tracking ）——目标运动参数估计 完成目标的相关判别和目标数据的动态滤波，降低测量误差和动态 扰动的影响，给出更加准确可靠的目标状态参数。 1、根据录取的目标数据，对运动目标建立轨迹，计算目标运动参 数； 2、对目标进行跟踪，判断每次扫描的回波信号是否是同一个目标；
信号检测与处理 第1章 绪论
1.1 课程简介 1.1.1 课程的性质和目的
专业基础课程、专业课程。 原课程：雷达信息处理与ARPA
掌握信号统计检测与处理的基本理论和基本方法。
应用领域：通信，雷达，导航，语音处理，图像处理，模式识别， 生物工程，气象信号处理，天文信号处理，… 数字技术和传感器技术的发展推动了信号处理技术的研究与应用。
1.1.2 课程的基本要求
以课堂理论教学方式为主，辅助以课外自学，查阅文献，独立完 成作业。 可以通过计算机模拟仿真技术（MATLAB）了解信号检测与处理 的基本原理和技术。 成绩考核： 查阅文献2篇（中、英IEEE各一），撰写分析报告，15分； 作业，10分； MATLAB 仿真，15分； 实验10分； 考试50分。