雷達(dá)系統(tǒng)中的信號(hào)處理技術(shù)

1、,,雷達(dá)系統(tǒng)中的信號(hào)處理技術(shù),通信1201班,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,雷達(dá)信號(hào)處理的主要內(nèi)容,雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)及分析,結(jié)語(yǔ),1,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,一、雷達(dá)系統(tǒng)概述,雷達(dá)是Radar（Radio Detection And Ranging）的音譯詞，意為“無(wú)線電檢測(cè)和測(cè)距”，即利用無(wú)線電波來(lái)檢測(cè)目標(biāo)并測(cè)定目標(biāo)的位置，這也是雷達(dá)設(shè)備在最初階段的功能。雷達(dá)的任務(wù)就是測(cè)量目標(biāo)的距離、方位和仰角，還包括目標(biāo)的速度，以及從

2、目標(biāo)回波中獲取更多有關(guān)目標(biāo)的信息。,2,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,雷達(dá)系統(tǒng)概述,3,典型的雷達(dá)系統(tǒng)如圖1，它主要由雷達(dá)發(fā)射機(jī)、天線、雷達(dá)接收機(jī)、收發(fā)轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)、信號(hào)處理機(jī)、數(shù)據(jù)處理機(jī)、終端顯示等設(shè)備組成。,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,4,雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生符合要求的雷達(dá)波形，然后經(jīng)饋線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由發(fā)射天線輻射出去，遇到目標(biāo)后，電磁波一部分反射，經(jīng)接收天線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由雷達(dá)接收機(jī)接收，然后對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)依次進(jìn)行信

3、號(hào)處理、數(shù)據(jù)處理，就可以獲知目標(biāo)的相關(guān)信息。雷達(dá)信號(hào)處理的流程如下：,雷達(dá)系統(tǒng)概述,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,,二、雷達(dá)信號(hào)處理的主要內(nèi)容,雷達(dá)信號(hào)處理是雷達(dá)系統(tǒng)的主要組成部分。信號(hào)處理消除不需要的雜波，通過(guò)所需要的目標(biāo)信號(hào)，并提取目標(biāo)信息。內(nèi)容包括雷達(dá)信號(hào)處理的幾個(gè)主要部分：正交采樣、脈沖壓縮、MTD和恒虛警檢測(cè)。,5,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,,三、雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理 關(guān)鍵

4、技術(shù)及分析,6,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,雷達(dá)系統(tǒng)信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù),7,1,2,3,4,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,8,數(shù)字正交相干檢波,,鏡頻抑制比高,體積小,一致性好,相干檢波技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),信號(hào)的有用頻譜不發(fā)生混疊,,,,恢復(fù)得到正確的I/Q信號(hào),,廣泛的應(yīng)用,,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,9,正交雙通道處理就是中頻回波信號(hào)經(jīng)過(guò)兩個(gè)相似的支路分別處理，其差別僅是其基準(zhǔn)的相參電壓相位差9

5、0°，這兩路稱為： 同相支路(Inphase Channel)——I支路 正交支路(Quadrature Channel)——Q支路,正交雙通道處理的優(yōu)點(diǎn)(相對(duì)于單通道處理)： ? （1）可區(qū)分± ?，以確定目標(biāo)相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向； （2） 能消除盲相（單通道MTI時(shí)目標(biāo)多普勒信號(hào)的相位取樣對(duì)消導(dǎo)致零輸出）。,數(shù)字正交相干檢波,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,10,雷達(dá)脈沖壓縮技術(shù),現(xiàn)代雷達(dá)為了提高雷

6、達(dá)發(fā)射機(jī)平均功率，往往采取了時(shí)寬很寬的發(fā)射脈沖，脈寬甚至達(dá)到了若干毫秒。由雷達(dá)的模糊函數(shù)的概念可知，雷達(dá)的距離分辨率和發(fā)射信號(hào)的有效帶寬成反比，為了能達(dá)到要求的距離分辨力，必須提高發(fā)射信號(hào)的有效帶寬，常用的方法是采用脈沖壓縮處理方式。,,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,11,雷達(dá)脈沖壓縮技術(shù),,作用距離遠(yuǎn),高測(cè)距,高測(cè)速精度,雷達(dá)脈沖壓縮技術(shù)的優(yōu)點(diǎn),,,采用脈沖壓縮技術(shù)的雷達(dá)發(fā)射端可以采用不同的調(diào)制波形，接收端采用不同的匹配

7、濾波器，從而減少了雷達(dá)之間的相互干擾。,,好的距離、速度分辨率,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,12,雷達(dá)脈沖壓縮技術(shù),脈沖壓縮有基于時(shí)域相關(guān)法、頻域FFT法兩種方式,1、采用頻域算法的優(yōu)點(diǎn)是大時(shí)寬信號(hào)時(shí)間可采用高效FFT算法，大大減少運(yùn)算量,2、采用時(shí)域匹配濾波法，等效于求離散接受信號(hào)與發(fā)射波形理算樣本之間的負(fù)相關(guān)運(yùn)算，這種方法在壓縮比較小時(shí)，電路簡(jiǎn)單，實(shí)現(xiàn)方便。,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,13,雷達(dá)脈沖

8、壓縮技術(shù),脈沖壓縮的程度用脈沖壓縮系數(shù)D表示，它定義為： D即壓縮后的脈沖寬度τ比發(fā)射脈沖寬度τ0縮小的倍數(shù)，亦稱脈壓比。它是衡量脈壓處理的主要技術(shù)指標(biāo)之一。,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,14,MTD也就是一種相參積累和多普勒濾波的結(jié)合，相干積累的目的為：,MTD利用了回波脈沖串的相參性進(jìn)行相參積累。N個(gè)相鄰的多普勒濾波器組的實(shí)現(xiàn)是由N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器（N個(gè)脈沖和N-1根遲延線）經(jīng)過(guò)各脈沖不同的加權(quán)并求和后形成

9、的。,動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)MTD,2、減小目標(biāo)RCS起伏對(duì)目標(biāo)檢測(cè)的影響。,1、集中多個(gè)脈沖重復(fù)周期/調(diào)頻周期內(nèi)雷 達(dá)發(fā)射的所有信號(hào)所有能量，獲取最大輸出信噪比。,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,15,,,,,設(shè)加在第k個(gè)濾波器的第i個(gè)輸出端頭的加權(quán)值為： k表示標(biāo)號(hào)從0到N-1的濾波器，每一個(gè)k值對(duì)應(yīng)一組不同的加權(quán)值，相應(yīng)地對(duì)應(yīng)一個(gè)不同的多普勒濾波器響應(yīng)。圖10中所示濾波器響應(yīng)是N=8時(shí)加權(quán)所得各標(biāo)記k的濾波器頻率響

10、應(yīng)，k取0~7。該濾波器的頻率覆蓋范圍為0到 fr 。 在仿真實(shí)驗(yàn)中，通常是通過(guò)快速傅里葉變換FFT來(lái)實(shí)現(xiàn)的。,由于MTI對(duì)地物雜波的抑制能力有限，因此在MTI后串接一窄帶多普勒濾波器組來(lái)覆蓋整個(gè)重復(fù)濾波的范圍，以達(dá)到東目標(biāo)檢測(cè)的目的，其實(shí)質(zhì)是相當(dāng)于對(duì)不同通道進(jìn)行相參積累處理。,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,16,,,,,在強(qiáng)干擾中提取信號(hào)，不僅要求有一定的信噪比，而且必須有恒虛警處理設(shè)備。恒虛警處理目的是保持信號(hào)檢測(cè)時(shí)的

11、虛警概率恒定，這樣才能使處理器不致因虛警太多而過(guò)載，有時(shí)是為了經(jīng)過(guò)虛警處理達(dá)到反飽和或損失一點(diǎn)檢測(cè)能力而在強(qiáng)干擾的情況下仍能工作的目的。,過(guò)門(mén)限檢測(cè)原則：,恒虛警檢測(cè)CFAR,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,17,,,,,恒虛警檢測(cè)CFAR,恒虛警檢測(cè)的重點(diǎn)就是確定恒虛警檢測(cè)的門(mén)限。下式給出了門(mén)限值 和虛警概率 之間的關(guān)系： 其中， 為噪聲的功率，

12、由于噪聲的功率是一直變化的，為了保持恒定的虛警概率，必須依據(jù)噪聲方差的估計(jì)連續(xù)更新門(mén)限值。連續(xù)改變門(mén)限值以保持恒定虛警概率的過(guò)程叫做恒虛警概率（CFAR）。,,雷達(dá)系統(tǒng)概述,主要內(nèi)容,關(guān)鍵技術(shù),小結(jié),,四、小結(jié),正交采樣、脈沖壓縮、MTD和恒虛警檢測(cè)是雷達(dá)系統(tǒng)中幾種關(guān)鍵信號(hào)處理技術(shù)。雷達(dá)系統(tǒng)通過(guò)脈沖壓縮解決解決雷達(dá)作用距離和距離分辨力之間的矛盾，通過(guò)MTD來(lái)探測(cè)東目標(biāo)，通過(guò)恒虛警（CFAR）來(lái)實(shí)現(xiàn)整個(gè)系統(tǒng)對(duì)目標(biāo)的檢測(cè)。,18,,,,