线性调频连续波雷达信号处理研究及仿真
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：ALinear Frequency Modulated Continuous Wave-Synthetic ApertureRadar Imaging AlgorithmYANG 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 andcompares various imaging algorithms，based on the special application background and signal modelderived from its dechirped raw data. Then the advantages，disadvtanges and application fields of thealgorithms are presented. Future development of LFMCW SAR is prospected.Key words：Linear Frequency Modulated Continuous Wave；Synthetic Aperture Radar；imagingalgorithm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。
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。
线性调频连续波高精度炸高分选探测技术
线性调频连续波高精度炸高分选探测技术随着卫星遥感技术的快速发展，高分辨率遥感图像对于地理空间信息的获取和应用起到了至关重要的作用。
而高分选探测技术作为高分辨率遥感图像获取中的关键环节，其准确性和精度直接影响到遥感图像的质量和可用性。
线性调频连续波高精度炸高分选探测技术是一种基于雷达原理的遥感图像获取方法。
它利用雷达信号的特性，通过发射连续波信号并对反射回来的信号进行接收和处理，从而获取地表的高分辨率图像。
该技术的关键在于线性调频连续波信号的发射和接收。
线性调频连续波信号是一种具有频率连续变化的信号，通过对该信号的发射和接收，可以获取地表的散射反射信息。
在信号发射时，将频率按照一定的规律进行变化，例如线性增加或减小。
当信号遇到地表上的目标物体时，会发生散射反射，反射回来的信号会携带着目标物体的特征信息。
通过接收并处理反射回来的信号，可以获得目标物体的位置、形状等信息。
线性调频连续波高精度炸高分选探测技术相对于其他遥感图像获取方法具有明显的优势。
首先，它可以实现高分辨率的图像获取，可以捕捉到地表上更加细微的特征。
其次，该技术的探测精度高，可以准确地捕捉到目标物体的位置和形状信息。
再次，它具有较强的适应性，可以在不同环境和天气条件下进行遥感图像获取。
然而，线性调频连续波高精度炸高分选探测技术也存在一些挑战和问题。
首先，信号发射和接收的设备和系统需要具备较高的技术水平和精度。
其次，信号的传播和反射会受到地形、气象等因素的影响，需要进行复杂的校正和处理。
最后，该技术在实际应用中还需要进一步优化和改进，以适应不同的遥感图像获取需求。
综上所述，线性调频连续波高精度炸高分选探测技术是一种重要的遥感图像获取方法。
通过发射和接收线性调频连续波信号，可以获取高分辨率的地表图像，并准确地捕捉到目标物体的位置和形状信息。
然而，该技术还需要进一步研究和改进，以提高其应用的可行性和效果。
基于FPGA的线性调频连续波雷达信号处理设计与实现
基于F P G A 的线性调频连续波雷达信号处理设计与实现高㊀星(中国船舶重工集团公司第七二三研究所,江苏扬州２２５１０１)摘要:介绍了连续波雷达信号处理的现场可编程门阵列(F P G A )实现方法,分析了线性调频连续波信号处理算法,设计了一种基于F P G A 的信号处理方法,通过S i g n a l T a pⅡ仿真,证明了其有效性.关键词:现场可编程门阵列;线性调频连续波雷达;信号处理中图分类号:T N ９５７ ５１㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文献标识码:A㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀文章编号:C N ３２Ｇ１４１３(２０１９)０１Ｇ００８３Ｇ０３D O I :１０．１６４２６/j ．c n k i ．jc d z d k ．２０１９．０１．０２０D e s i g na n d I m pl e m e n t a t i o no fL F M C W R a d a r S i g n a l P r o c e s s i n g Ba s e do nF P G A G A O X i n g(T h e ７２３I n s t i t u t e o fC S I C ,Y a n gz h o u２２５１０１,C h i n a )A b s t r a c t :T h i s p a p e r i n t r o d u c e s t h e f i e l d p r o g r a mm a b l e g a t e a r r a y (F P G A )i m pl e m e n t a t i o nm e t h o d o f t h e l i n e a r f r e q u e n c y m o d u l a t i o nc o n t i n u o u sw a v e (L F M C W )r a d a rs i g n a l p r o c e s s i n g ,a n a l y z e s t h e a l g o r i t h mo f L F M C Wr a d a r s i g n a l p r o c e s s i n g ,d e s i g n s a s i g n a l p r o c e s s i n g m e t h o db a s e d o nF P ＧG A．I t s e f f e c t i v e n e s s a r e p r o v e d t h r o u g hS i g n a l T a pⅡs i m u l a t i o n ．K e y wo r d s :f i e l d p r o g r a mm a b l e g a t ea r r a y ;l i n e a rf r e q u e n c y m o d u l a t i o nc o n t i n u o u s w a v er a d a r ;s i g n a l p r o c e s s i n g收稿日期:２０１８０４１１０㊀引㊀言线性调频连续波(L F M C W )雷达技术由来已久,但是因为相关的理论问题,所以线性调频连续波雷达的应用一直比较有限.从２０世纪７０年代后期开始,研究学者们才开始深入地研究线性调频连续波雷达的各种关键技术,使其得到了更多更全面的认识和关注.线性调频连续波雷达的一些特性分析如下[１]:(１)由于线性调频连续波雷达发射大带宽的调制信号,从而可以得到非常高的距离分辨力;(２)传统的截获接收机很难检测到线性调频连续波雷达发射的发射信号;(３)线性调频连续波雷达发射信号的调频时宽远大于信号传输时延,而且发射机与接收机可以同时工作,所以线性调频连续波雷达在距离上没有盲区;(４)由于线性调频连续波雷达采用超大时带积信号,其持续时间在毫秒量级,相对于同样信号电平和信号带宽的脉冲信号,其具有更大的能量,所以可以得到更强的雷达检测性能;(５)基于快速傅里叶变换(F F T )的算法,能够对线性调频连续波雷达系统的差拍回波的频率信息进行分析,从而可以比较容易地得到目标的距离信息;(６)线性调频连续波雷达信号的发射能量通过大时宽来获得,因此对发射峰值功率[２]要求比较低,从而发射机工作电压要求相对较低,降低了发射机的制造难度,进一步降低了成本.同时雷达更加容易固态化,机动性好,能较好地适应复杂和恶劣的环２０１９年２月舰船电子对抗F e b ．２０１９第４２卷第１期S H I P B O A R DE L E C T R O N I CC O U N T E R M E A S U R EV o l ．４２N o ．１境,利于在工程上的实现.１㊀线性调频连续波雷达测距原理雷达发射机发射锯齿波调频信号,扫频初始频率为f ０,调制周期为T m ,调制带宽为β,调频信号在t ＝０时刻开始扫频,由图１所示发射信号的频率表示如下[３]:f T (t )＝f ０＋K (t Ｇn T m ),n T m ɤt ɤ(n ＋１)T m (１)式中:n ＝０,１,２ ;K ＝BT m,为调频斜率.图１㊀锯齿波L F M C W 信号的频率Ｇ时间曲线单个周期的线性调频连续波雷达发射信号表示如下:s r (t )＝A c o s (２πf Tt ＋θ０)＝A c o s (２πf ０t ＋πB T mt ２＋θ０),０ɤt ɤT m (２)式中:f ０为调制信号的初始频率;θ０为调制信号的初始相位;A 为调制信号的幅度.发射信号经天线发射出去遇到目标后形成目标回波信号,目标回波信号和发射机直接耦合过来的信号在接收机混频器内混频.２个信号波形相同,回波信号相对于发射信号在时间上有一个延迟τ,由图１所示回波信号的频率为:f R (t )＝f ０＋K (t －τ－n T m ),n T m ＋τɤt ɤ(n ＋１)T m ＋τ,n ＝０,１,２,(３)单个周期的回波信号可表示为:s R (t )＝s r (t －τ)＝d １A c o s (２πf ０(t －τ)＋πB T m(t －τ)２＋θ０),０ɤt ɤT m (４)式中:d １为空间传播衰减系数.回波信号与发射信号通过混频器混频再滤去高频项后,得到差拍回波信号s D (t )可表示为:s D (t )＝d １d ２A ２２c o s (２πB τT m t ＋２πf ０τ－πB T mτ２),τɤt ɤT m (５)式中:d ２为混频增益.则差拍信号的瞬时频率为:f D (t )＝BT mτ,τɤt ɤT m (６)㊀㊀目标信号的时延τ可由下式表示:τ＝２Rc(７)式中:R 为目标相对于雷达的距离;c 为光速.由式(６)和式(７),目标距离可以表示如下:R ＝c T m ２B f D ＝c２Kf D(８)㊀㊀由上式可知,在确定的调制带宽B 和调制周期T m 的情况下,目标距离R 与差拍信号的频率f D 成线形比例关系,因此只要检测到差拍回波信号的频率值即可计算出目标的距离值.２㊀基于F P G A 的线性调频连续波雷达信号处理算法㊀㊀本文根据线性调频连续波雷达的基本原理,设计了线性调频连续波雷达信号处理系统的基本流程,然后结合F P G A 处理器,进一步设计了模/数转换(A D C )㊁加窗快速傅里叶变换(F F T )运算㊁求幅度值㊁非相参积累㊁距离单元恒虚警等F P G A 信号处理模块,下面对各个线性调频连续波雷达信号处理模块的功能进行具体分析.图２㊀L F M C W 雷达差拍信号处理流程由图２所示,整个线性调频连续波雷达信号处理系统由５个子处理模块组成:(１)A D C 模块.A D C 模块完成线性调频连续波雷达差拍信号数字化的转换.(２)F F T 运算模块.F F T 运算模块是整个线性调频连续波雷达信号处理系统的重要组成部分,用于实现差拍回波信号数据由时域到频域的转换,本设计中,F F T 运算模块中的F F T 点数为８１９２,先对差拍信号数据进行汉宁加窗处理,再通过Q u a r t u s 中的具有F F T 功能的I P 核,对可用采样时４８舰船电子对抗㊀㊀㊀第４２卷㊀间内的采样单元数据进行F F T 运算.(３)求幅度值模块.求幅度值模块完成差拍信号频域幅度的求解功能.对F F T 运算后的差拍实部信号和虚部信号进行求幅度值处理.(４)非相参积累模块.非相参积累模块实现目标谱峰检测的功能.本设计中对５个重复周期的差拍回波的求幅度值模块的输出数据,根据距离单元进行数据重排,然后对同一距离单元的５个数据进行累加并求平均,最后将平均后的数据输出至距离单元恒虚警模块.(５)距离单元恒虚警模块.距离单元恒虚警模块进一步完成目标谱峰的检测,去除虚警.本设计中采用单元平均选大恒虚警率(C F A R )的方法,即在被检测单元两侧各选１６个单元,分别求这１６个单元的均值,两者选大后输出,乘以门限系数作为自适应门限值.其主要利用相邻距离方位单元相对均匀背景的相似杂波特性,通过两边相邻单元回波数据平均求取杂波的平均值选大构造检测门限,进而实现目标检测.为了避免目标本身对门限的影响,防止扩散到峰值附近单元的信号被当作杂波抑制掉,被检测单元两侧各空出一个单元,从而实现了对目标的浮动门限检测处理,能够大大降低虚警率.输出谱峰数据,用于目标距离的计算.３㊀仿真与结果分析本设计采用A l t e r a 公司S t r a t i xⅡ系列的F PG A 器件E P ２S ９０,来实现线性调频连续波雷达信号处理的设计.在A D 前灌入１MH z 的差拍信号,使用Q u a r t u s 调试工具逻辑分析仪S i g n a l T a p Ⅱ来观测F P G A 硬件实现结果,其中经过信号处理前后,运用S i g n a l T a p Ⅱ观测到的信号波形如图３所示.图３㊀L F M C W 雷达差拍信号处理结果㊀㊀S i g n a l T a p Ⅱ逻辑分析仪的观测时钟为２０MH z ,其中s e r i a l _t o p:i n s t ∣M P _I N 为信号处理主脉冲,s e r i a l _t o p :i n s t ∣R E A L _I N 为差拍信号,s e r i a l _t o p:i n s t ∣B K G _r e s u l t [１４ʒ０]为信号处理背景视频输出结果,s e r i a l _t o p:i n s t ∣B K G _v a l i d 为信号处理背景视频输出结果有效,s e r i a l _t o p:i n s t ∣V I D E O _r e s u l t [１４ʒ０]为信号处理视频输出结果,s e r i a l _t o p :i n s t ∣V I D E O _v a l i d 为信号处理输出结果有效.可以看出,信号处理输出了正确的频率信息,并符合设计要求.４㊀结束语本文对线性调频连续波雷达信号处理算法进行了研究,针对研究对象和设计目标进行了较深入的分析比较,确定了线性调频连续波雷达信号处理方案.采用A l t e r a 公司的S t r a t i x Ⅱ系列F P G A 器件E P ２S ９０,实现了线性调频连续波雷达信号处理算法,在做实时信号处理时,该设计能够优化信号处理硬件资源,同时具有较好的运算速度,符合实际应用要求,同时比较容易实现,在实际工程中的运用价值比较高.参考文献[１]㊀单慧琳．线性调频连续波雷达在目标探测中的应用研究[D ]．南京:南京信息工程大学,２００９．[２]㊀李石．L F M C W 雷达信号处理软硬件设计[D ]．西安:西安电子科技大学,２０１０．[３]㊀杨帆．L F M C W 雷达信号处理算法研究及实现[D ]．西安:西安电子科技大学,２００７．５８第１期高星:基于F P G A 的线性调频连续波雷达信号处理设计与实现。
线性调频信号在雷达中的应用及仿真实现
研究目标：
利用Matlab对线性调频信号进行时域、频域及脉冲压缩仿真，并分析调频率，带宽及幅度谱之间的关系，对线性调频信号进行脉冲压缩雷达的测距测速仿真。
研究内容：
1、线性调频信号在雷达应用中的发展背景以及国内外研究现状。
2、线性调频信号相关理论和技术基础。
研究线性调频信号的数学表达式和公式推导，学习线性调频信号时域、频域波形的特性。
4、匹配滤波器的实现方法和加窗处理。
在线性调频信号中，匹配滤波器的设计用于在频域上与信号频谱进行匹配，提高相关性，以此来提升距离分辨率，抑制旁瓣干扰、提高信噪比等。加窗处理可以改善匹配滤波器的性能，其用于减小信号在频谱中的泄露，防止影响距离分辨率。另一方面窗函数还可以用于减小旁瓣幅度、减小主瓣宽度、以此改善匹配滤波器波形。
由于常规雷达采用单一载频的脉冲调制信号，信号时宽和带宽的乘积近似为1，因此用这种信号不能同时得到大的时宽和带宽，雷达距离分辨率、速度分辨率以及作用范围之间存在着不可调和的矛盾，脉冲压缩技术的提出巧妙地解决了这一矛盾问题，发射长脉冲，对回波信号进行脉冲压缩将长脉冲变换为窄脉冲，从而在保证发射功率的情况下提升距离分辨率，采用大时宽带宽积信号，其决定检测能力、距离分辨能力、测距精度的参量可独立选取，且增强了系统抗干扰的能力。
5、脉冲相参积累法同时测距测速的原理。
雷达在进行远距离目标探测工作的时候，通常会遇到目标回波信号较弱被噪声掩盖的问题，可能会导致漏检。因此，采用脉冲相参积累法增强信噪比，提升雷达性能。
6、利用Matlab对线性调频信号脉冲压缩雷达测距测速，并分析误差产生的原因及解决的办法。
3．本课题拟采用的研究方法、步骤
[2]周万幸，胡明春，孙俊等译.雷达系统分析与设计（MATLAB版）（第三版）[M].北京：电子工业出版社，2016年
三角波线性调频连续波雷达测距仪的开题报告
三角波线性调频连续波雷达测距仪的开题报告一、选题背景和意义雷达测距仪是一种常用的测量距离和探测静止或运动物体的设备。
随着科技的不断发展，雷达技术已经广泛应用于国防、民用、天文、气象等领域。
在雷达测距仪的测量中，线性调频连续波（LFMCW）雷达是其一种典型的测距信号模式。
传统的LFMCW雷达测距仪使用的是单频信号，虽然可观察到受测目标散射的回波信号，但受目标散射强度的限制，测距精度和分辨率容易受到限制，往往难以满足一些测量要求。
为了克服以上问题，科学研究者开始研究使用三角波信号进行LFMCW雷达信号的测距法。
三角波信号的优点在于其在频率与时间之间是线性关系，并且其频率范围可以很大，从而提高LFMCW雷达测距的精度和分辨率，有利于更精准地测距。
二、主要研究内容1. 三角波LFMCW雷达信号的原理分析对三角波LFMCW雷达信号的平均功率和功率谱进行分析，阐明其特点及在测距中的优势。
2. 系统设计与仿真首先，设计合适的三角波产生和调制电路，然后根据仿真数据调整设计参数，使系统可实现精确测距。
3. 实测数据处理和分析对实际测距数据进行采集，设计数字滤波算法和信号处理算法，提取目标距离信息，分析误差来源。
三、预期研究成果1. 成功设计和实现三角波LFMCW雷达测距仪原型机。
2. 对三角波LFMCW雷达信号的特性进行分析，评估其在测距中的性能，与传统单频LFMCW雷达进行比较，证明其在预测、定位等方面的优越性。
3. 通过测距实验，对测距数据进行处理和分析，得出测距仪的性能参数和误差来源，为今后的改进和提高提供依据。
四、研究方法1. 对LFMCW雷达测距本质进行研究，分析其特点与优势，引出三角波LFMCW雷达的思路。
2. 对数理统计知识进行学习，建立三角波LFMCW雷达信号仿真模型，用MATLAB或仿真软件进行仿真数据生成和分析。
3. 根据仿真数据建立硬件电路，进行原型机的建造，并通过实验数据检验仿真结果的准确性。
线性调频雷达的干扰与仿真
图2.1：高斯窄带白噪声的产生
噪声经过一个中心频率为Wo，带宽为B的带通滤波器。
Matlab仿真程序：
时域图如下：
图3.1：白噪声信号的时域波形和幅频特性
程序仿真截图：
图2.2：高斯窄带白噪声的时域仿真
2.2窄带白噪声干扰LFM信号的仿真
用窄带白噪声对线性调频雷达信号进行线性干扰，也就是把窄带白噪声与线性调频信号进行线性相加，从而产生对应的干扰信号。由于前面已经把相关的信号一一产生所以下面就对干扰信号进行仿真。
由于线性调频信号（LPM）有很强的抗干扰性能，本文就怎对其这一特点研究一下“在高斯白噪声的干扰下的线性调频信号（LPM）”的Matlab仿真。
关键词： 信息处理 线性调频 干扰 仿真
ABSTRACT
Signal and information processing is the information science nearly ten years in the fields of most rapid . The traditional statistical signal processing has three basic hypothesis: linear, gaussian sex and stability. Modern signal processing is based on the nonlinear, non-gaussian sex and of non-stationary signal analysis and processing as the object. In the modern signal processing, the non-stationary signal processing development especially eye-catching.
线性调频脉冲压缩雷达仿真设计
齐齐哈尔大学综合实践2报告题目线性调频（LFM）脉冲压缩雷达仿真设计学院通信与电子工程学院____________________ 专业班级电子信息工程073班_____________________ 学生姓名__________ 朱常友__________________________ 指导教师__________ 朱恒军__________________________ 成绩_____________________________________________2009年11月15日线性调频(LFM)信号是低截获概率雷达常用的一种信号形式，对LFM信号检测和参数估计一直备受人们的关注。
针对该信号的处理方法有短时Fourier变换、Wigner— Ville变换、分数阶Fourier、Hough—Wigner等，都存在分辨率不够高，交义项严重或者运算量太大的问题。
而匹配傅里叶变换是一种线性变换，不存在多分量信号交义项的影响，能在低信噪比条件下检测信号，而且分辨率很高，是一种针对线性调频信号有效地进行参数估计的方法。
关键词：调频信号；线性变换：傅里叶变换AbstractLinear frequency modulation (LFM) signal is a low probability of intercept radar, a signal commonly used in the form of pairs of LFM signal detection and parameter estimation has been much attention.Against the signal processing methods are short-time Fourier transform, Wigner-Ville transform, fractional Fourier, Hough-Wigner and so on, there is not high enough resolution, cross-term severe or too much computation problems. The matching Fourier transform is a linear transformation, there is no multi-component signal cross-term effects can be detected under the conditions of low SNR signals, and a high resolution, is an effective way for linear FM signal parameter estimation method・Keywords：Frequency modulation signal Linear transformation Fourier transform第1章基本理论1.1雷达信号简介雷达是Radar (RAdio Detection And Ranging)的音译词，意为"无线电检测和 测距”，即利用无线电波来检测U 标并测定U 标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的 功能。