雷达信号处理技术与系统

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数字信号处理在雷达系统中的应用

数字信号处理在雷达系统中的应用

数字信号处理在雷达系统中的应用数字信号处理(Digital Signal Processing,简称DSP)是指利用数字计算机或数字信号处理器对模拟信号进行数字化处理的技术方法。

雷达系统是利用射频信号和回波信号进行距离测量、目标识别和信息提取的设备。

数字信号处理在雷达系统中的应用广泛,包括雷达信号的增强、目标识别与跟踪、多目标处理和信号压缩等方面。

一、雷达信号的增强在雷达系统中,接收到的回波信号通常存在一定的噪声干扰,使得信号的质量下降,影响雷达系统的性能与正确性。

数字信号处理可以通过一系列算法来降低噪声干扰,提高回波信号的质量。

首先,可以利用数字滤波器对回波信号进行滤波,滤除掉噪声频率成分,从而减小噪声干扰的影响。

数字滤波器具有可调的参数和实时自适应的性能,可以灵活地应对不同雷达系统的要求。

其次,可以利用去相关技术去除噪声干扰。

去相关是指将接收到的回波信号与已知的干扰信号进行相关运算,将干扰信号的影响消除或降低。

去相关技术在雷达系统中应用广泛,可以有效地提高雷达系统的抗噪声干扰能力。

二、目标识别与跟踪目标识别与跟踪是雷达系统中的重要任务之一,数字信号处理技术在这方面也发挥着重要作用。

通过对回波信号的时域和频域分析,可以提取目标物体的特征参数,实现目标的自动识别与分类。

在目标识别方面,可以利用目标的散射特性进行分类。

散射特性包括目标的雷达截面、回波信号的幅度、相位以及散射矩阵等。

通过对目标的散射特性进行数字信号处理,可以实现目标的识别与分类。

在目标跟踪方面,可以利用滤波器和卡尔曼滤波等技术对目标的位置和速度进行估计,并实时更新目标的状态。

数字信号处理技术可以对估计结果进行优化和修正,提高目标跟踪的准确性和鲁棒性。

三、多目标处理多目标处理是雷达系统中的一个重要问题,涉及到多个目标物体同时存在的情况。

数字信号处理可以通过多通道处理、多目标跟踪和目标分辨等技术,实现对多个目标的有效处理和识别。

在多通道处理中,可以利用多通道雷达系统接收到的多路回波信号,通过信号融合算法,实现目标信息的完整重建和综合分析。

试析雷达信号处理系统的关键技术

试析雷达信号处理系统的关键技术

机 处 理 的信号 再加 到 雷达 显示 器或 显 示装 置 。此 时 ,在接 收 机 ( 信 号 处理 机) 内获 取 的数据 ( 距 离 、速度 、幅度 、方 向等 ) 便 给 雷 达操 作 人 员展示 出来 。一般 地说 ,雷达 是 在将 回波 信 号跟 发射 信 号相 关联 之后 ,
值。
【 关Байду номын сангаас词 】雷达 ;信 号处理系统 ;关键技术
1 . 前言 供部分 参考 价值 。 雷 达是 利 用 电磁波 探测 目标 的 电子 设 2 . 雷 达系 统的工 作原 理 备 ,主 要通 过 发射 电磁 波对 目标进 行 照射 雷 达 系 统 的 工 作 原 理 主 要 是 : 由 雷 并接 收 其 回波 , 由此获 得 目标 至 电磁波 发 达 发 射机 产 生 的 电磁 能 ,经 收发 转 换开 关 射 点的距 离 、距 离 变化 率 ( 径 向速 度 )、 之 后 ,便 传输 给 天线 。收发 转换 开 关用 来 方位 、高度 等 信 息 。 雷达 的种 类 较 多 , 使 单 个天 线 既能 发射 电磁 波 又能 接 收 电磁 但 是 具 体用 途 和结 构不 尽相 同,而 基本 形 波 。天线 起 着将 电磁 能辐 射 至大 气 中 的转 式是 一 致 的,主 要 包括 :发 射 机 、发射 天 换 作用 。 电磁 能 在大 气 中 以光 的速 度 ( 约
I 一 索 婴窭………………………一
试 析 雷达信 号 处 理 系统 的关键 技 术
中国环境管理干部 学院 苗玉杰
【 摘要 】雷达主要通过发射 电磁 波对 目 标进 行照射并接收其回波 ,由此获得 目标至 电磁 波发射 点的距离、距离变化率 ( 径向速度)、方位 、高度等信息 ,雷达的 信号处 理系统是雷达 系统的最重要的组 成部分,主要 由发射机 、发射天 线、接收机、接 收天线几个部分 组成 ,发射机的功 能是 产生某一所需功率 电平 的射频波 形 ,天线的基本功 能是将射频 能量从 雷达传 输线耦合 到传播介质 中或 由传播介质耦合给传输 线。接 收机 的主要 功能是接 收微 弱的 目 标信 号,并将信 号放大到可 以 使用的 电平 ,显示器 的基本功 能和 用途是将 目标信息传递给用户。本文主要对雷达信号处理 系统 的关键技术进行 简要分析 ,希望能为相 关的研究提供部分参考价

雷达信号与数据处理整理多媒体

雷达信号与数据处理整理多媒体

雷达信号与数据处理整理多媒体雷达信号与数据处理是雷达系统中非常重要的一环。

雷达系统通过发射电磁波并接收回波来探测目标的位置和特征。

这些回波信号经过一系列的处理和整理才能被有效地利用。

雷达信号的处理涉及到一系列的步骤,其中最关键的就是波形处理。

波形处理通常包括目标检测、参数估计和目标识别等步骤。

目标检测通过比较接收到的信号强度和背景噪声的水平来确定是否存在目标。

参数估计则通过分析回波信号的特征来估计目标的距离、速度、方位角等参数。

目标识别则是根据目标的一些特征来对其进行分类和识别。

在波形处理之后,还需要对信号进行成像处理。

雷达信号经过成像处理可以获得目标的空间分布图像,从而更直观地观测目标。

成像处理通常包括距离像、速度像和方位角像等。

距离像用来表示目标与雷达的距离关系,速度像用来表示目标的运动状态,方位角像用来表示目标的方向。

除了信号处理外,雷达数据的整理也是非常重要的一步。

雷达系统通常会产生大量的数据,这些数据包含了丰富的信息,但同时也会存在大量的冗余和噪声。

数据整理主要包括数据去噪、数据压缩和数据融合等步骤。

数据去噪通过消除噪声信号来提高数据质量。

数据压缩则是将数据进行编码压缩,以减少数据量和传输带宽。

数据融合则是将多个雷达的数据进行融合,以提高目标探测和跟踪的精度。

整理后的数据可以被用于目标检测、目标跟踪和目标识别等应用。

在目标检测中,可以通过分析数据来确定目标是否存在,并给出目标的位置和特征等信息。

在目标跟踪中,可以通过分析数据的变化趋势来预测目标的位置和运动轨迹。

在目标识别中,可以通过分析数据的特征来对目标进行分类和识别。

综上所述,雷达信号与数据处理是雷达系统中非常重要的一环。

它们通过一系列的处理和整理步骤,将原始的雷达信号和数据转化为可用于目标探测、跟踪和识别的信息。

这些处理和整理步骤的优化和改进对于提高雷达系统性能和应用效果具有重要意义。

雷达信号与数据处理在现代雷达系统中起着至关重要的作用。

雷达信号处理方法综述

雷达信号处理方法综述

雷达信号处理方法综述雷达是一种广泛应用于军事、民用等领域的无线电测量技术,其本质是利用电磁波与物体相互作用的原理,通过测量反射回来的信号来确定目标的距离、速度和方位等信息。

然而,由于雷达应用的复杂性和环境的多样性,雷达信号处理一直是一个极具挑战性的研究领域。

本文将就雷达信号处理方法进行综述。

1. 脉冲压缩处理脉冲压缩是一种常用的雷达信号处理方法,其本质是通过合理的信号设计和处理使得雷达信号带宽变窄,达到更好的距离分辨率。

脉冲压缩技术主要包括线性调频信号、窄带信号、压缩滤波器等方法。

其中,线性调频信号是最常用的一种方法。

它通过在单个脉冲内改变信号频率,使得所产生的信号包含了多个频率分量。

通过对这些分量信号进行相位累积处理,就可以实现脉冲压缩。

此外,窄带信号则是在设计信号时选择一个窄带频率,通过窄化带宽提高距离分辨率。

压缩滤波器则是在接收端对信号进行滤波,去除绝大部分带外干扰信号。

然而,脉冲压缩技术也存在一些缺陷,比如会带来相干处理的问题,直接影响目标的信噪比等。

因此,在实际应用中,通常需要结合其他信号处理技术进行综合应用。

2. 相控阵信号处理相控阵技术是一种基于阵列天线的信号处理方法,它在空间领域实现对目标信号的精确定位、较高灵敏度和干扰抑制能力等优点。

相控阵技术的信号处理方法包括平衡传输子阵列、权重调整和波束形成等。

平衡传输子阵列是一种常用的相控阵信号处理方法,它通过对每个阵元的接收信号进行平衡处理,保证每个天线之间的插入损耗差异相同,从而消除了阵列天线的失配影响。

权重调整则是在信号接收过程中对每个天线的信号进行加权,以达到方向剖面控制和干扰抑制的目的。

波束形成是指通过迭代算法对参数进行优化,从而实现波束指向和形成的过程。

3. 非相参信号处理非相参信号处理技术是近年来迅速发展的一种信号处理方法,它不需要相位信息,只利用信号幅度和功率等信息来获取目标信息。

非相参信号处理技术主要包括多普勒谱分析、阵列信号处理和小波变换等方法。

雷达信号处理系统关键技术研究

雷达信号处理系统关键技术研究
雷达诞生于二战 中, 从那时起 , 与国防密不可分。早期 的雷达 只 就 是一个无线电的监测和测距装置 , 为平 面位置指示器(P) 称 PI 系统 , 测绘 上 只是用 来测距 和测 高 , 是非成像 系统 。我 国的雷达工业 经过广大科 技人员 5 年 的不懈 努力 , 0 经历 了从小 到大 , 从维修 、 仿制 到 自行研制 的 发展历程 。总体来说 , 我们上世纪 5 O年代在仿制 的基础 上开始 了雷达 自 设计 ;0 行 6 年代突破了全相参及 M I T 技术 ;0 7 年代开始 了数字技术应 用 ;0 8 年代开 始了数字技术及信号处 理的应用 ;0 9 年代 发展最快 , 突破 了相控阵体 制 , 各种数字 技术 、 固态发射 、 天线 等技术都趋 于成 熟 。并 且, 在机载火控雷 达领域也 已经 突破 了脉冲多普勒技术 。经过 5 多年 O 的艰 苦奋斗 , 我国的雷达行业 已形成 了门类齐 全的体系 , 一批产品 的性 能指标 已跨 入国际先进 行列 。但我 们也清醒地看 到 , 国的雷 达技术 我 与发达国家还有一定的差距 , 还需进一步努力 。当前 , 相参雷达与相参 雷 达信号处理 是雷达发展 的重要趋势 , 国外在研制 与现役 的主要 雷达 均为相 参雷达 , 其发射 信号采 取线性 调频或 相位 编码信 号 , 型代表 典 如 :A S R雷达 、 D P 雷达 、 T 、 T 雷 达等 , M IM D 信号处理 部分采取 与发射信 号 相关的距离向或距离方位 向脉 冲压缩技术 以及 相参积累等相参处理 方法, 因此对 相参雷达信 号处理 的研 究是雷达对抗 与反对抗 的重要任 务。 1雷达信号处理的主要 内容 . 雷达信 号处理是雷达系统 的重要组成部分 。信 号处 理消除不需要 的杂 波 , 通过所需的 目标信号 , 并提取 目标信息 。内容 包括雷达信号处 理 的几个 主要部分 : 正交采样 、 脉冲压缩 、 T M D和恒虚警检测 。 正交采样是信 号处理 的第 一步 , 负着 为后续处 理提供高 质量数 担 据 的任务 。采样 的速率 和精 度是需要考 虑的首要 问题 , 采样系统 引起 的失 真应 当被 限定在后续信 号处理任务所 要求 的误差 范围 内, 接 中 直 频数 字正交采样是当代雷达的主要技术之一 。脉 冲压缩 技术在现代雷 达 系统 中得到了广泛应用。脉 冲压缩雷达既能保持 窄脉 冲雷达的高距 离分辨力 , 又能获得宽脉冲雷达的强检测 能力 , 并且抗干扰 能力 强 。现 在 , 冲压缩雷 达使用 的波形 正在从 单~ 的线性调频 发展 到时间 、 脉 频 率 、 混合 调制 , 编码 在尽可能不增加整机复杂度 的条件下 实现雷达性能 的提 升。杂波抑 制是雷达需要具备的重要功能之一 。动 目标指示与检 测是 通过 回波 多普勒频移 的不 同来 区分 动 目标和 固定 目标的 , 过设 通 计合 理的滤波器( , 组) 就可 以把 目 标信号 和杂 波分 开。一个 完备的杂波 抑制 系统是 MT/ D、 I MT 杂波 图、 F R检 测等技术 的综 合应用 , CA 】实现从 杂波 和噪声环境 中检测 目标 的任 务。 2雷达信号处理系统关键技术分析 . 本 文以典型 的脉冲压缩 多普勒雷达为 例 , 其信号 处理部分 主要 由 AD 样 、 /采 数字 相干解调 、 缓冲器 、 脉冲压 缩 、 固定 目标 ( 波) 杂 对消 、 动 目标检 测 、 恒虚警处理等部 分组成 。图 1 为雷达信 号处理系统框 图 , 本 文将对其主要模块作详细 的论述 与分析 。 具有镜频 抑制比高 、 体积小 、 一致性好等优点 。它基 于带通信号采样理 论, 在欠 采样情 况下保证信号的有用频谱不发生混叠 , 而恢复得 到正 从 确 的I / Q信号 , 因此得到了广泛 的应用 。 22脉 冲压缩 . 雷达是通过 对回波信号作一些相应的处理来识别复杂 回波 中的有 用信息 的。因此 , 波形设计有着相当重要的作用 , 同的波形将影 响雷 不 达 发射机形式 的选择 、 信号处 理方式 、 达的作用距离及 抗干扰 、 雷 抗截 获等 很多重要 问题。现代雷达 为了提高雷 达发射机平均 功率 , 往往采 取 了时宽很宽 的发射 脉 冲, 脉宽甚至达 到了若 干毫秒 。由雷达的模糊 函数 的概 念可知 , 雷达 的距离分 辨力 和发 射信 号的有效 带宽成 反 比。 为 了能达 到要求 的距离分辨力 , 必须提高发射信号 的有效带宽 , 常用 的 方法 是采用脉 冲压缩 处理方式 。所谓脉 冲压缩 , 就是将发 射时的宽脉 冲, 过匹配滤波器 进行脉 冲压 缩 , 出窄 脉冲信号 , 通 输 使雷 达提高检测 能力 的同时又不 降低距离分辨力 。作为现代 雷达的重要 技术 , 冲压 脉 缩技术有效地解决 了距 离分辨力与平均功率之间的矛盾 , I 并在现在雷 达 中广泛应用 。 线形 调频信号是一 种典型 的脉 冲压缩信 号 , 也是研究最 早而又应 用最广泛 的一种 脉冲压缩信号。它具有对 目标 回波信号多普勒频移不 敏感 , 技术较成熟 等优点 。但是 为获得低副瓣 , 需要加权 , 这样会带来 信噪 比损 失。在数字 信号处理方法 广泛应用之前 , 常采用模 拟脉压方 法 。如今数 字技术 的不 断提高使得数字脉压正在取代传统的模拟脉压 方法 。数字脉 压相 当于F R匹配滤波 , 波器系数 就是对应 于发射 的 I 滤 调频信号 的参考信号。 脉冲压缩有基 于时域相关法和频域 F r r 法两种 方式 。采用频域 算法的优点是大时宽信号时可采用高效 F T F 算法 , 大大减少运算量 ( 时 域 FR滤波器 实现数字 脉压 , 于 N点长 度 的信号 , I 对 需要进 行 N 次复 数乘 法运算 , 而频 域卷积 法仅需 2 l No N次复 数乘法 运算 ) 采用专 用 g ; F T芯片 , F 可实现大压缩 比和最佳性价 比。但在小 压缩 比、 离单元数 距 较大时 , 相对 于时域脉 冲压缩 法成本较高 , 运算过程较复杂。采用 时域 匹配滤 波法 , 等效 于求离散接收信 号与发射波 形离散样本之 间的复相 关运算 , 这种方法在压缩 比较小时 , 电路简单 , 实现方便 。

雷达信号与数据处理整理多媒体

雷达信号与数据处理整理多媒体
杂波信号往往比目标回波信号强的多。杂波是另一种不需要的目标。
(3)雷达脉冲压缩技术
窄脉冲宽度可提高距离分辨率,但影响平均功率而降低了测量距离。 发射大时宽带宽积(Bt)信号,可以提高雷达的距离分辨率,同时提
高发射信号的平均功率,即那个地发射脉冲的峰值功率。
接收时对大时宽进行进行匹配滤波,可使接收信号回波信号变窄,成 为脉冲压缩。
雷达可分为陆基、机载、星载或舰载雷达系统; 按雷达波形分,可分为:连续波(CW)雷达、脉冲 (PW)雷达。
2.2 距离
简化的脉冲雷达框图
时间 控制
发射机/调制器 信号处理器
双工器 接收机
发射接收脉冲串
发射脉冲
脉冲1
IPP
τ
脉冲2
脉冲3
接收脉冲
△t τ 脉冲1回波
脉冲2回波
脉冲3回波
时间
IPP:通常被标为PRI脉冲重复间隔
(6)雷达成像技术
机载或星载雷达,距离和方位的高分辨成像。 距离分辨率,通过脉冲压缩技术实现;方位分辨率通过合成孔径技术
实现。 移动雷达,如SAR;地面雷达,ISAR。
(7)雷达目标的识别和分类
目标识别,判别目标类型。
主要通过信号处理实现。
(8)雷达抗电子干扰技术
无源干扰:箔条,可利用抑制气象杂波的方法。
雷达信息显示包括各种原始回波和处理回波的显示; 雷达回波显示与雷达整机控制设计为一体,通过画面显示、重要目
标三维放大显示等,辅助目标识别。
(7)雷达数据处理系统设计技术
输入/输出接口设计; 系统处理能力设计; 核心算法设计; 显示与控制一体化设计; 人-机接口与人性化界面设计; 系统各设备集成设计等。
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雷达原理与系统

雷达原理与系统

雷达原理与系统雷达(Radar)是一种利用无线电波进行探测和测距的技术,它在军事、民用和科研领域都有着广泛的应用。

雷达系统由发射系统、接收系统、信号处理系统和显示系统组成,它能够探测目标的距离、方位、速度和其他特征,是现代导航、监视和控制系统中不可或缺的一部分。

雷达的工作原理是利用电磁波与目标物体相互作用,通过测量电磁波的反射信号来确定目标的位置和特征。

雷达系统首先通过天线发射一束窄波束的电磁波,这些电磁波会被目标反射并返回到雷达系统的接收天线。

接收系统会接收并处理这些返回的信号,通过分析信号的时间延迟、频率变化和幅度变化来确定目标的位置和特征。

信号处理系统会对接收到的信号进行滤波、放大、解调和解码等处理,最终将目标的信息传递到显示系统进行显示和分析。

雷达系统的性能取决于发射系统、接收系统和信号处理系统的性能。

发射系统需要能够产生高功率、窄波束和稳定频率的电磁波,以确保信号能够准确地照射到目标并被反射回来。

接收系统需要具有高灵敏度和低噪声的特性,以确保能够接收到目标反射的微弱信号并进行可靠的信号处理。

信号处理系统需要具有高速、高精度和高可靠性的特性,以确保能够对复杂的信号进行快速、准确的处理和分析。

雷达系统的应用包括空中监视、海上监视、地面监视、天气预报、导航定位、火控制导、地质勘探等领域。

在军事领域,雷达系统能够探测和跟踪敌方飞机、舰船、导弹等目标,为作战指挥和防空防御提供重要的情报支持。

在民用领域,雷达系统能够用于飞机导航、船舶导航、交通管制、天气预报等方面,为人们的生活和工作提供了便利和安全保障。

总的来说,雷达原理与系统是一门涉及电磁波、信号处理、探测技术等多学科知识的综合性科学,它在现代科技和军事领域有着重要的地位和作用。

随着科技的不断发展和进步,雷达技术将会不断地得到完善和应用,为人类的发展和安全提供更加可靠的保障。

雷达通信中的信号处理技术

雷达通信中的信号处理技术

雷达通信中的信号处理技术雷达通信是一种广泛应用于军事和民用领域的重要技术,其通过发送和接收电磁波来探测目标和传输信息。

在这个过程中,信号处理技术是至关重要的,它可以帮助我们提取有用的信息并抑制干扰信号。

在本文中,我们将深入探讨雷达通信中的信号处理技术。

一、信号处理的基本原理信号处理是指在不同的信号中寻找有用的信息或者从信号中去除噪声的处理技术。

在雷达通信中,信号处理的主要任务是从发射的电磁波中提取目标的信息,并从接收到的信号中分离出目标信号和噪声信号。

为了实现这个目标,我们需要采用一系列的信号处理技术。

其中最基本的技术是对信号进行变换。

我们可以将一个信号转换为另一种形式,例如从时域转换为频域,或者从空间域转换为波数域。

这种变换可以使我们更好地理解和处理信号。

对于雷达通信来说,主要采用的是时域和频域变换技术。

时域变换是指通过对信号进行时间轴方向的变换来提取信息,例如对信号进行滤波、抗混叠等处理。

频域变换是指通过对信号进行频率轴方向的变换来提取信息,例如进行傅里叶变换、谱分析等处理。

二、信号处理的应用在雷达通信中,信号处理技术的应用非常广泛。

其中最重要的应用就是目标检测和跟踪。

通过对接收到的信号进行分析,我们可以确定目标的位置、速度、方向和大小等信息,进而进行目标的跟踪和追踪。

此外,信号处理技术还可以用于雷达通信的数据传输和压缩。

在雷达通信的数据传输过程中,由于信号包含大量的冗余信息,因此我们需要进行数据压缩来减小数据传输的量。

在此过程中,信号处理技术可以帮助我们分析和提取信号中的冗余信息,从而实现更有效率的数据压缩。

三、信号处理技术的发展趋势随着雷达通信技术的不断发展,信号处理技术也在不断地发展和改进。

未来,我们可以预测信号处理技术将向以下几个方面发展:1、高精度目标检测和跟踪技术。

随着雷达通信技术的提高,我们需要从信号中提取更精确的目标信息,因此需要开发更高效的目标检测和跟踪技术。

2、低信噪比信号处理技术。

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雷达信号处理技术与系统设计脉冲多普勒雷达信号处理仿真一、雷达概述雷达是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目标并测定目标的位置,这也是雷达设备在最初阶段的功能。

雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角,还包括目标的速度,以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。

典型的雷达系统如图1,它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。

收发转换开关天线发射的电磁波目标雷达发射机接收的电磁波雷达接收机信号处理机数据处理机终端显示图1 雷达系统框图雷达发射机产生符合要求的雷达波形,然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由雷达接收机接收,然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理,就可以获知目标的相关信息。

二、雷达信号雷达发射信号可以分为连续信号和脉冲信号,常规雷达信号包括非相参脉冲信号、相参脉冲信号、参差变周期脉冲信号、步进频率脉冲信号、线性调频信号、非线性调频信号、相位编码信号等,这里主要介绍常用的线性调频信号,非线性调频信号,相位编码信号等。

1.线性调频信号为了实现雷达发射能量与分辨率之间的矛盾,线性调频脉冲压缩体制的发射信号其载频在脉冲宽度内按线性规律变化即用对载频进行调制(线性调频)的方法展宽发射信号的频谱,使其相位具有色散。

LFM (Linear Frequency Modulation )信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为:)2(22)()(t Kt f j c e Tt rect t s +=π式中c f 为载波频率,()trect T为矩形信号,即11()0,t t rect TT elsewise⎧ , ≤⎪=⎨⎪ ⎩BK T =,是调频斜率。

于是,信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤,根据K 的正负可以分为两种典型的chirp 信号,如图2所示。

图2 典型的chirp 信号(a )up-chirp(K>0)(b )down-chirp(K<0)2. 非线性调频信号非线性调频脉冲信号是指脉内频率调制函数是非线性函数的一类信号。

可以表示为:))(exp()()(t j t u t x ϕ=)(t x 的调频函数:∑+∞=-+==112sin)()()(n ntn K B Btf T t f τπτ)(t x 的相位函数:∑⎰+∞=∞-+==122sin )(2)(2)(n tntn n K B t B dv v f t τπττππϕ上式中,)(f T 为)(t x 的群时延,τ和B 分别为非线性调频信号的时宽和带宽,)(n K 为傅里叶级数的系数,实际应用中只取前几项。

3. 相位编码信号相位编码信号的调制函数是离散的有限状态,属于离散编码信号。

由于相位编码采用伪随机序列,故亦成为伪随机编码信号。

伪随机相位编码信号按相移取值数目分类。

如果相移只限取0、π两个数值,称之为二相码信号,如巴克码、M 序列码、L 序列等;如果相移可取两个以上的数值,则称之为多相码信号。

如Taylor 多相码、法兰克多相码、赫夫曼序列等。

图3 相位编码信号三、目标回波仿真概述雷达发射机产生线性调频信号,通过天线辐射出去,如果传播过程中遇到目标,就会反射回一部分电磁波,由雷达接收机接收。

这就是回波信号,回波信号中包含有目标的距离,速度,角度等给方面的信息。

目标信号包括期望目标和非期望目标,如图4所示。

图4 目标回波产生由于目标和雷达之间的距离和相对速度的影响,回波信号会产生一定的延迟,以及多普勒频移。

使用传播响应函数来描述目标回波产生的过程,相对发射电磁波传播响应函数如式3-1:()()()()()exp exp 2()a t c r t P A t j t j f t h t w t φπ⎡⎤⎡⎤=⋅⋅⋅⊗+⎣⎦⎣⎦(),,1()Mt m m m r m P m h t G t t G L δτσ=⎡⎤=⋅-∆⋅⋅⋅⎣⎦∑ (3-1)式4-2中,M 表示目标个数,()w t 为噪声信号,,t m G 和,r m G 分别为雷达天线发射幅度增益和接收幅度增益,p L 为传播衰减,()m t τ∆为各目标的延时时间。

各目标的延时时间()m t τ∆满足式3-2:()()2 2 m m m m R C t R v t C τ⎧⎪∆=⎨-⎪⎩对静止目标对运动目标 (3-2)其中,m v 表示各个目标相对于雷达的速度。

对于雷达天线发射幅度增益和接收幅度增益,采用低旁瓣天线功率方向图进行仿真,使用sin ()c 函数描述天线方向图,即()max ()sin /2r dB G G c θθθ= (3-3)其中,max G 为天线最大幅度增益,r θ为目标目标偏离雷达发射方向的角度,3dB θ表示天线3dB 带宽。

● 传播衰减回波信号在空气中传播,会发生一定的损耗,称之为传播衰减。

主要包括两个方面,一是大气损耗,二是功率稀释。

大气损耗A L 是雷达工作频率、目标距离和仰角的函数。

雷达工作频率越高,大气损耗越大。

所以,在频率较低的频段(3GHz 以下),大气损耗可以不予考虑 ,在频率较高的频段,进行选择性的考虑。

在本次实验中,雷达工作在中重频下,并没有考虑大气损耗的影响。

功率稀释是由于天线是向所有方向均匀发射能量的,也就是说天线具有球形辐射方向图,所以目标处接收到的电磁波能量的功率密度为24tD P P R π=,其中t P 为雷达发射功率,R 为雷达和目标之间的距离,即单程的功率稀释为214one way L R π-=,类似的,双程的功率稀释为()2414two way L Rπ-=。

最后,传播衰减要同时考虑大气损耗和功率稀释两方面的影响,即p A two way L L L -=。

● 调制到中频雷达是利用物体反射电磁波的特性来发现并确定目标参数的,雷达发射的信号应该是一个载波受到调制的大功率射频信号。

雷达工作频率是按照雷达的用途来确定的,为了调高雷达系统的工作性能和抗干扰能力,有时要求它能在几个频率上跳变工作或者同时工作。

调制到中频,就是对发射信号乘上一个载频信号,即()()exp(2)c s t s t j f t π= (3-4)● 加入噪声在雷达接收机中,除了目标回波信号之外的任何其他信号都成为噪声。

它包括雷达系统之外的干扰信号和雷达接收机内部产生的热噪声。

热噪声(电子的热骚动)和散射效应噪声(半导体的载流子密度的变化)是雷达接收机中两种主要的内部噪声源。

在本仿真实验中,使用了简化模型,即假设加入的噪声是服从高斯分布的,模型如式(3-5):()()+()r t r t n t =,()()+()r i n t n t jn t = (3-5)其中,()2()()~0,2r i n n t n t N δ,,20n kBT F δ=四、信号处理雷达信号处理的流程如下:下面具体介绍如下。

● 正交双通道采样正交双通道处理就是中频回波信号经过两个相似的支路分别处理,其差别仅是其基准的相参电压相位差90°,这两路称为:同相支路(Inphase Channel)——I 支路 正交支路(Quadrature Channel)——Q 支路传统方法使用的是模拟正交双通道处理,正交I 、Q 通道处理是将接收机输出的中频回波信号分别与正交的两路相参信号混频(采用模拟乘法器),然后进行低通滤波,从而得到I 、Q 两路基带信号,再通过A/D 变换给出同相分量和正交分量的数字量,如图5所示:图5 正交双通道采样结构图低通滤波低通滤波A/DIQ中频带通信号)2sin(0t f π)2cos(0t f π)](2cos[)(0t t f t A θπ+A/D接收机 正交双通道采样匹配滤波MTI MTD测距 测速 测角正交双通道处理的优点(相对于单通道处理): ➢ 可区分d f ±,以确定目标相对运动方向。

➢ 能消除盲相(单通道MTI 时目标多普勒信号的相位取样对消导致零输出)。

● 匹配滤波脉冲压缩的目的是集中单个雷达发射信号的所有能量,获的最大输出信噪比。

方法是进行匹配滤波,在接收机中设置一个与发射信号频率相匹配的压缩网络,使经过调制的宽脉冲的回波信号变成窄脉冲,保持良好的距离分辨力。

脉冲压缩网络实际上就是一个匹配滤波器网络。

匹配滤波器是指输出信噪比最大准则下的最佳线性滤波器。

根据匹配理论,匹配滤波器的传输特性:0)()(*t j e KS H ωωω-= (4-1)时域表示(冲激响应)为:)()(0*t t Ks t h -= (4-2)其中,K 为幅度归一化常数,S (ω) 是发射信号,x (t )是回波信号。

线性调频信号的匹配滤波有两种方法:时域匹配滤波、频域匹配滤波。

时域匹配滤波)()()(t h t x t y ⊗=:滑动滤波器(FIR )。

运算量大,难以满足实时处理的要求。

频域匹配滤波:傅立叶变换后频谱相乘。

可采用FFT 算法大幅度降低运算量,满足实时处理的要求。

频域匹配滤波:傅立叶变换后频谱相乘,具有简单的频域解析表达式。

可采用FFT 算法大幅度降低运算量,满足实时处理的要求。

通过加窗能够获得很低的旁瓣,如图6所示。

[]()IFFT ()()y t H f R f =⋅,()()2()exp H f j f K Win f π=⋅图6 频域匹配滤波算法● 动目标显示MTI动目标显示(MTI )即Moving Target Indication ,是利用MTI 滤波器滤除相应杂波,从而提高目标检测性能。

固定目标频谱的谱线位于脉冲重复频率的整数倍点处,而运动目标回波信号存在多普勒频移,动目标显示滤波器利用运动目标回波和杂波在频谱上的区别,有效地抑制杂波而提取信号。

最直接的方法是将相邻重复周期的回波信号相减,则固定目标回波由于振幅不变而互相抵消,运动目标回波相减后剩下相邻重复周期振幅变化的部分。

实验中用到的就是这种传统的非递归型一次对消器,即二脉冲对消。

结构如图7:图7 二脉冲对消结构图时域方程为:)1()()(--=n x n x n y ,传输函数为:11)(--=z z H ,它是一个单零点系统,零点的位置在1=z ,频率响应为:)2cos 2(sin 2sin 21)(Tj T T e e H t j j ωωωωω+=-=-频率响应如图8,在脉冲重复频率的整数倍点处有凹口,所以固定目标回波在通过MTI 滤波器后将受到很大的抑制,理想状态下,输出为零。

图8 MTI 滤波器频率响应动目标检测MTDMTD 也就是一种相参积累和多普勒滤波的结合,相干积累的目的为:1、集中多个脉冲重复周期/调频周期内雷达发射的所有信号所有能量,获取最大输出信噪比。

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