脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真
姓名：--------
学号：----------
2014-10-28
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西安电子科技大学
一、雷达工作原理
雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。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。
雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform），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接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。
二、线性调频（LFM）信号
脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter）压缩脉冲。
LFM信号的数学表达式：
- 1 -
- 2 - （2.1）
其中c f 为载波频率，()t
rect T
为矩形信号： （ 2.2）
其中B K T
=是调频斜率，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，如图
（图2.1.典型的LFM 信号（a ）up-LFM(K>0)（b ）down-LFM(K<0)）
将式1改写为：
（2.3）
其中
现代雷达信号处理技术及发展趋势 摘要：自二战以来，雷达就广泛应用于地对空、空中搜索、空中拦截、敌我识别等领域，后又发展了脉冲多普勒信号处理、结合计算机的自动火控系统、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。随着科技的不断进步，雷达技术也在不断发展，现代雷达已经具备了多种功能，如反隐身、反干扰、反辐射、反低空突防等能力，尤其是在复杂的工作环境中提取目标信息的能力不断得到加强。例如，利用雷达系统中的信号处理技术对接收数据进行处理不仅可以实现高精度的目标定位与跟踪, 还能够在目标识别和目标成像、电子对抗、制导等功能方面进行拓展, 实现综合业务的一体化。 一、雷达的起源及应用 雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，意思为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。雷达是利用电磁波探测目标的电子设备。雷达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。雷达最为一种重要的电磁传感器，在国防和国民经济中应用广泛，最大特点是全天时、全天候工作。雷达由天线、发射机、接收机、信号处理机、终端显示等部分组成。 雷达的出现，是由于二战期间当时英国和德国交战时，英国急需一种能探测空中金属物体的雷达（技术）能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间，雷达就已经出现了地对空、空对地（搜索）轰炸、空对空（截击）火控、敌我识别功能的雷达技术。二战以后，雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。后来随着微电子等各个领域科学进步，雷达技术的不断发展，其内涵和研究内容都在不断地拓展。雷达的探测手段已经由从前的只有雷达一种探测器发展到了红外光、紫外光、激光以及其他光学探测手段融合协作。
脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真 姓名：-------- 学号：---------- 2014-10-28 西安电子科技大学
一、 雷达工作原理 雷达，是英文Radar 的音译，源于radio detection and ranging 的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。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。 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），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接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。 二、 线性调频（LFM ）信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation ）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter ）压缩脉冲。 LFM 信号的数学表达式： （2.1） 其中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号： （2.2）
基本雷达信号处理流程 一、脉冲压缩 窄带（或某些中等带宽）的匹配滤波： 相关处理，用FFT数字化执行，即快速卷积处理，可以在基带实现（脉冲压缩）快速卷积，频域的匹配滤波 脉宽越小，带宽越宽，距离分辨率越高； 脉宽越大，带宽越窄，雷达能量越小，探测距离越近； D=BT（时宽带宽积）； 脉压流程： 频域：回波谱和参考函数共轭相乘 时域：相关 即输入信号的FFT乘上参考信号FFT的共轭再逆FFT； Sc=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S))); Task1 f0=10e9;%载频tp=10e-6;%脉冲宽度B=10e6;%信号带宽fs=100e6;%采样率 R0=3000;%目标初始距离N=4096;c=3e8;tau=2*R0/c;beita=B/tp;t=(0:N-1)/fs; Sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*beita*(t-tp/2-tau).^2).*exp(-2j* pi*f0*tau);%回波信号 x 107
S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).^2);%发射信号（参考信号） x 10 -5 x 10 -5 x 10 7 So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));%脉压 figure(7); plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)))%归一化dB grid on -400 -350-300-250-200-150-100-500
二、去斜处理（宽带的匹配滤波） 去斜处理“有源相关”，通常用来处理极大带宽的LFM波形（如果直接采样的话因为频带很宽所以在高频的时候需要的采样率就很大，采样点数就很多，所以要经过去斜处理） Stretch方法是针对线性调频信号而提出的，其方法是将输入信号与参考信号（经适当延迟的本振信号，延迟量通常由窄带信号测距结果估计出）混频，则每一个散射点就对应一个混频后的单频分量，对混频输出的信号进行DFT处理，即可获得目标的距离像，对参考信号的要求是应具有与输入信号相同的调频斜率。 去斜处理流程： 输入信号输出信号 参考信号 混频过程为回波信号在时域与参考信号的共轭相乘 混频后得到一个瞬时频率和目标距离成正比的单频信号，对其进行频谱分析即可得到目标的距离像； 去斜处理一般情况下可降低信号带宽； %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% 去斜处理仿真程序 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% clc;clear all;close all; B=10e6;%带宽10MHz tp=10e-6;%脉宽10us k=B/tp;%LFM系数 fs=50e6; R0=3e3;R1=2000;R2=3500;R=5000; c=3e8; f0=60e6; N=round(2*R/c*fs); fft_N=2^nextpow2(N); t=linspace(0,2*R/c,N);
一种雷达通用信号处理系统的实现与应用 一种雷达通用信号处理系统的实现与应用 FPGA是一种现场可编程器件，设计灵活方便可以反复修改内部逻辑，适用于算法结构比较简单、处理速度较高的情况。DSP是一种基于指令集的处理器，适于大信息、复杂算法的信息处理场合。鉴于两种处理器件自身优势，FPGA+DSP信号处理架构，已成为信号处理系统的常用结构。但当前FPGA+DSP的信号处理平台或者是基于某些固定目的，实现某些固定功能，系统的移植性、通用性较差。或者仅仅简要介绍了平台的结构没有给出一些具体的实现。本文提出的基于FPGA+DSP通用信号处理平台具有两种处理器的优点，兼颐速度和灵活性，而且可以应用在不同雷达信号处理系统中，具有很强的通用性。本文举例说明该系统在连续波雷达和脉冲雷达中的典型应用。1系统资源概述1．1处理器介绍本系统FPGA选择Altera公司的EP2S60F1020。Stratix II FPGA采用TSMC的90nm 低k绝缘工艺技术。Stratix II FPGA支持高达1Gb·s-1的高速差分I／O信号，满足新兴接口包括LVDS，LNPECL和HyperTransport标准的高性能需求，支持各种单端I／O接口标准。EP2S60系列内部有48352个ALUT；具有2544192bit的RAM 块，其中M512RAM(512bit)329个，M4K RAM(4kbit)255个，M-RAM(512kbit)2个。具有嵌入式DSP块36个，等效18bit×18bit乘法器144个；具有加强型锁相环EPLL4个，
快速锁相环FPLL8个。这些锁相环具有高端功能包括时钟切换，PLL 重新配置，扩频时钟，频率综合，可编程相位偏移，可编程延迟偏移，外部反馈和可编程带宽等。本系统DSP选择ADI公司的ADSP TS201。它有高达600MHz的运行速度，1．6ns的指令周期；有24MB的片内DRAM；双运算模块，每个计算块包含1个ALU，一个乘法器，1个移位器，1个寄存器组和1个通信逻辑单元(CLU)；双整数ALU，提供数据寻址和指针操作功能；集成I／O接口，包括14通道的DMA控制器，外部端口，4个链路口，SDRAM控制器，可编程标识引脚，2个定时器和定时器输出引脚等用于系统连接；IEEE1149．1兼容的JTAG端口用于在线仿真；通过共享总线可以无缝连接多达8个TigerSHARC DSP。1．2FPGA+DSP结构由于FPGA和DSP各自的自身优势，FPGA+DSP信号处理架构已成为信号处理系统的常用结构。一般情况下FPGA+DSP的拓扑结构会根据需要进行不同的连接，这就导致这种结构的专用性，缺乏灵活性。对于一个通用处理平台要考虑到各种不同的信号通路，因此大部分通用FPGA+DSP平台都采取各个处理器间均有通路的方式。这种拓扑结构灵活方便，可以满足各种不同的通路需求，这种结构的缺点就是硬件设计的复杂以及可能会有资源浪费。对于这种通用FPGA+DSP 结构，FPGA与各个DSP之间均有连接，不同之处便是DSP之间的拓扑结构。一般分两种，一是高速外部总线口耦合结构组成多DSP 系统，这种结构可以实现多DSP共享系统内的资源，系统内的个处理器可以共享RAM，SDRAM和主机等资源，还可共享其他处理器核
一种雷达信号处理模块的设计和实现 一种雷达信号处理模块的设计和实现 现代雷达特别是机载雷达数字信号处理机的特点是输入数据多，工作模式复杂，信息处理量大。因此，在一个实时信号处理系统中，雷达信号处理系统要同时进行高速数据分配、处理和大量的数据交换.而传统的雷达信号处理系统的设计思想是基于任务，设计者针对应用背景确定算法流程，确定相应的系统结构，再将结构划分为模块进行电路设计。这种方法存在一定的局限性。 首先，硬件平台的确定会使算法的升级受到制约，由此带来运算量加大、数据存储量增加甚至控制流程变化等问题。此外，雷达信号处理系统的任务往往不是单一的，目前很多原来由模拟电路完成的功能转由数字器件来处理。系统在不同工作阶段的处理任务不同，需要兼顾多种功能。这些问题都对通用性提出了进一步要求[2].随着大规模集成电路技术、高速串行处理及各种先进算法的飞速发展，利用高速DSP和FPGA相结合的系统结构是解决上述问题的有效途径。 1雷达信号处理机方案设计 1.1雷达信号处理的目的 现代机载雷达信号处理的任务繁重，主要功能是在空空方式下将AD 数据录取后进行数字脉压处理、数据格式转换和重排、加权降低频谱副瓣电平，然后进行匹配滤波或相参积累（FFT或DFT）、根据重复频率的方式进行一维或二维CFAR处理、跟踪时测角等运算后提取出点迹目标送给
数据处理机。空地方式下还要进行地图（如RBM和SAR）等相关图像成像处理，最后坐标转换成显示数据送给显控处理机。 上述任务需要基于百万门级可编程逻辑器件FPGA与高性能DSP芯片作为信号处理模块，以充分满足系统的实时性要求，同时为了缩短机载雷达系统的研制周期和减少开发经费，设计的基本指导思想是通用化的信号处理模块，可以根据不同要求，通过软件自由修改参数，方便用户使用。 1.2系统模块化设计方案 的功能模块，除了信号处理所必需的脉冲压缩模块、为MTD模块作准备的数据重排模块、FIR滤波器组模块、求模模块、恒虚警处理模块和显示数据存储模块外，还包括雷达同步信号和内部处理同步产生模块、自检数据产生模块以及不同测试点测试数据采样存储模块。这些模块更加丰富了系统的功能，使得雷达系统的研制者能够更方便地测试和观察信号处理各功能模块的工作情况。 主要功能模块的具体功能描述如下: （1）正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务，中频接收机输出的信号先通过A/D转换器进行采样，然后进行正交解调，以获得中频信号的基带信号（也称为中频信号的复包络）的I、Q两路正交信号，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。 （2）脉冲压缩模块是在发射峰值功率受限的情况下，使用匹配滤波器将接收到的宽脉冲信号变成窄脉冲且保持能量不变，以获得更高的距离
现代雷达信号检测报告
现代雷达信号匹配滤波器报告 一 报告的目的 1.学习匹配滤波器原理并加深理解 2.初步掌握匹配滤波器的实现方法 3.不同信噪比情况下实现匹配滤波器检测 二 报告的原理 匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，下面从实信号的角度 来说明匹配滤波器的形式。一个观测信号)(t r 是信号与干扰之和，或是单纯的干扰)(t n ，即 ? ??+=)()()()(0t n t n t u a t r (1) 匹配滤波器是白噪声下对已知信号的最优线性处理器，对线性处理采用最大信噪比准则。以)(t h 代表线性系统的脉冲响应，当输入为(1)所示时，根据线性系统理论，滤波器的输出为 ?∞ +=-=0)()()()()(t t x d h t r t y ?τττ (2) 其中 ?∞ -=0 0)()()(τττd h t u a t x ， ?∞ -=0 )()()(τττ?d h t n t (3) 在任意时刻，输出噪声成分的平均功率正比于 [ ] ??∞∞=?? ? ???-=0 20202 |)(|2)()(|)(|τττττ?d h N d h t n E t E (4) 另一方面，假定滤波器输出的信号成分在0t t =时刻形成了一个峰值，输出信 号成分的峰值功率正比于 2 02 2 0)()()(? ∞ -=τττd h t u a t x (5) 滤波器的输出信噪比用ρ表示，则
[ ] ?? ∞ ∞ -= = 2 02 02 2 20|)(|2)()(| )(|) (τ ττ ττ?ρd h N d h t u a t E t x (6) 寻求)(τh 使得ρ达到最大，可以用Schwartz 不等式的方法来求解.根据Schwartz 不等式，有 ??? ∞ ∞ ∞ -≤-0 20 2 02 0|)(||)(|)()(τττττ ττd h d t u d h t u (7) 且等号只在 )()()(0*τττ-==t cu h h m (8) 时成立。由式(1)可知匹配滤波器的脉冲响应由待匹配的信号唯一确定，并且是该信号的共轭镜像。在0=t t 时刻，输出信噪比SNR 达到最大。 在频域方面，设信号的频谱为 ，根据傅里叶变换性质可知，匹配滤 波器的频率特性为 (9) 由式(9)可知除去复常数 c 和线性相位因子 之外，匹配滤波器的频率 特性恰好是输入信号频谱的复共轭。式 (2)可以写出如下形式： (10) (11) 匹配滤波器的幅频特性与输入信号的幅频特性一致，相频特性与信号的相位谱互补。匹配滤波器的作用之一是：对输入信号中较强的频率成分给予较大的加权，对较弱的频率成分给予较小的加权，这显然是从具有均匀功率谱的白噪声中过滤出信号的一种最有效的加权方式；式(11)说明不管输入信号有怎样复杂的非线性相位谱，经过匹配滤波器之后，这种非线性相位都被补偿掉了，输出信号仅保留保留线性相位谱。这意味着输出信号的各个频率分量在时刻达到同相位，同相相加形成输出信号的峰值，其他时刻做不到同相相加，输出低于峰值。 匹配滤波器的传输特性 ,当然还可用它的冲激响应 来表示，这时有：
基本雷达信号处理流程 一、脉冲压缩 窄带（或某些中等带宽）的匹配滤波： 相关处理，用FFT 数字化执行，即快速卷积处理，可以在基带实现（脉冲压缩） 快速卷积，频域的匹配滤波 脉宽越小，带宽越宽，距离分辨率越高 ； 脉宽越大，带宽越窄，雷达能量越小，探测距离越近； D=BT （时宽带宽积）； 脉压流程： 频域：回波谱和参考函数共轭相乘 时域：相关 即输入信号的FFT 乘上参考信号FFT 的共轭再逆FFT ； Sc=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S))); FFT 输入信号 共轭相乘逆FFT 参考信号的FFT 匹配滤波器 输出 Task1 f0=10e9;%载频tp=10e-6;%脉冲宽度B=10e6;%信号带宽fs=100e6;%采样率 R0=3000;%目标初始距离N=4096;c=3e8;tau=2*R0/c;beita=B/tp;t=(0:N-1)/fs; Sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*beita*(t-tp/2-tau).^2).*exp(-2j*pi*f0*tau);%回波信号 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 1000 2000 3000 4000 5000 6000 7000 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 012345678910 x 10 7 20 40 60 80 100 120
S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).^2);%发射信号（参考信号） 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5x 10 -5 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 0.5 1 1.5 2 2.5 3 3.5 4 4.5x 10 -5 -1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81 012345678910x 10 7 20 40 60 80 100 120 So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));%脉压 figure(7); plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)))%归一化dB grid on 01000200030004000500060007000 -400 -350-300-250-200-150-100-500
11目录 1. 设计的基本骤 (1) 1.1 雷达信号的产生 (1) 1.2 噪声和杂波的产生 (1) 2. 信号处理系统的仿真 (1) 2.1 正交解调模块 (2) 2.2 脉冲压缩模块 ............................................... 2.3 回波积累模块 ............................................... 2.4 恒虚警处理（CFAR）模块 (4) 结论 (11)
1 设计的基本骤 雷达是通过发射电磁信号，再从接收信号中检测目标回波来探测目标的。再接收信号中，不但有目标回波，也会有噪声（天地噪声，接收机噪声）；地面、海面和气象环境(如云雨)等散射产生的杂波信号；以及各种干扰信号（如工业干扰，广播电磁干扰和人为干扰）等。所以，雷达探测目标是在十分复杂的信号背景下进行的，雷达需要通过信号处理来检测目标，并提取目标的各种信息，如距离、角度、运动速度、目标形状和性质等。 图3-6 设计原理图 2 信号处理系统的仿真 雷达信号处理的目的是消除不需要的信号（如杂波）及干扰，提取或加强由目标所产生的回波信号。雷达信号处理的功能有很多，不同的雷达采用的功能也有所不同，本文是对某脉冲压缩雷达的信号处理部分进行仿真。一个典型的脉冲压缩雷达的信号处理部分主要由A/D 采样、正交解调、脉冲压缩、视频积累、恒虚警处理等功能组成。因此，脉冲压缩雷达信号处理的仿真模型.
2.1 正交解调模块 雷达中频信号在进行脉冲压缩之前，需要先转换成零中频的I 、Q 两路正交信号。中频信号可表示为: 0()()cos(2())IF f t A t f t t π?=+ (3.2) 式(3.2)中， f 0 为载波频率。 令: 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.3) 则 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.4) 在仿真中，所有信号都是用离散时间序列表示的，设采样周期为T ,则中频信号为 f IF (rT ) ，同样，复本振信号采样后的信号为 f local =exp(?j ω 0rT ) (3.5) 则数字化后的中频信号和复本振信号相乘解调后，通过低通滤波器后得到的基带信号f BB (r ) 为: 11 000{()cos()}(){()sin()}()N N BB IF IF n n f f r n r n T h n j f r n r n T h n ωω--==-----∑∑ (3.6) 式(3.6)中， h (n ) 是积累长度为N 的低通滤波器的脉冲响应。 根据实际的应用，仅仅采用以奈奎斯特采样率进行采样的话，得不到较好混频信号和滤波结果，采样频率f s 一般需要中心频率的4 倍以上才能获得较好的信号的实部和虚部。当采样频率为f s = 4 f 0时，ω0 T = π/2，则基带信号可以简化为 110(){()cos()}(){()sin()}()22N N BB IF IF n n f r f r n r n h n j f r n r n h n ππ --==-----∑∑ (3.7) 使用Matlab 仿真正交解调的步骤： （1） 产生理想线性调频信号y 。 （2） 产生I 、Q 两路本振信号。设f 0为本振信号的中心频率，f s 为采样频率，n 为线性 调频信号时间序列的长度，则I 路本振信号为cos(n2πf 0/f s ),同样，Q 路本振信 号sin(n2πf 0/f s )。当f s = 4 f 0 时，I 、Q 两路本信号分别为cos(πn/2)和sin( n π /2)。 （3） 线性调频信号y 和复本振信号相乘,得到I 、Q 两路信号。
雷达数字信号处理解决方案 1.背景 数字信号处理是现代通信、雷达和电子对抗设备的重要组成部分。在实际应用中，利用数字信号处理技术对接收数据进行处理，不仅可以实现高精准的目标定位和目标跟踪，还能够将目标识别、目标成像、精确制导、电子对抗等功能进行拓展，实现多种业务的一体化集成。 在现代雷达系统中，随着有源相控阵和数字波束形成（DBF）技术的广泛应用，接收前端存在大量的数据需要并行处理，并需要保证高性能和低延迟的特点。雷达日益复杂的应用环境，让雷达系统具备自适应于探测目标和环境的能力，数字信号处理部分也需要使用多种更加复杂的算法，并且可以做到算法模块化，以及通过软件配置功能模块的参数，实现软件定义的功能。更大的数据处理带宽能够使雷达获得更高的分辨率，更高的工作频率使得雷达可以小型化，能够在更小的平台上安装，这样对于硬件平台实现也有低功耗的要求。 在电子对抗设备中，可以在最短的时间内对多个威胁目标进行快速分析和响应，同样需要数字信号处理的相关算法具备高实时，高动态范围和自适应的特点。如何在宽频噪声的环境中寻找到目标的特征数据，如何在宽带范围内制造虚假目标实现全覆盖，数字信号的处理性能是至关重要的设计因素。 加速云的SC-OPS和SC-VPX产品，针对5G通信和雷达的数字信号处理的要求，结合Intel最新14nm 工艺的Stratix10 FPGA系列，提供了一套完整的硬件和软件相结合的解决方案。SC-OPS产品作为单独的硬件加速卡，通过PCIe插卡的方式实现与主机的通信功能，还可以通过多卡级联的方式实现数字信号的分布式处理方案。SC-VPX产品是由FPGA业务单板、主控板和机箱组成的VPX系统。借助于FPGA可编程的特性，加速云提供了高性能数学加速库FBLAS和FFT的RTL级IP，具有高性能和算法参数可配置的特点实现了多重信号分类（MUSIC）和自适应数字波束形成（ADBF）的核心算法，提高了5G通信和雷达在对抗干扰方面的性能。为了方便客户使用高层语言开发，加速云提供基于FPGA完整的OpenCL异构开发环境，快速实现用户自定义的信号处理加速方案。 图1. 加速云SC-OPS和SC-VPX产品
雷达信号处理技术与系统设计 第一章绪论 1.1 论文的背景及其意义 近年来，随着电子器件技术与计算机技术的迅速发展，各种雷达信号处理技术的理论与应用研究成为一大热门领域。 雷达信号的动目标检测(MAD)是利用动目标、地杂波、箔条和气象干扰在频谱上的差别，抑制来自建筑物、山、树、海和雨之类的固定或低速杂波信号。区分运动目标和杂波的基础是它们在运动速度上的差别，运动速度不同会引起回波信号频率产生的多普勒频移不相等，这就可以从频率上区分不同速度目标的回波。固定杂波的中心频率位于零频，很容易设计滤波器将其消除。但对于运动杂波，由于其多普勒频移未知，不能像消除固定杂波那样很容易地设计滤波器，其抑制就变得困难了从本质上来讲，雷达信号的检测问题就是对某一坐标位置上目标信号“有”或“无”的判断问题。最初，这一任务由雷达操作员根据雷达屏幕上的目标回波信号进行人工判断来完成。后来，出现了自动检测技术，一开始为固定或半固定门限检测，这种体制下当干扰和杂波功率水平增加几分贝，虚警概率将急剧增加，以至于显示器画面饱和或数据处理过载，这时即使信噪比很大，也不能作出正确的判断。为克服这些问题进而发展了自适应恒虚警(Constant FalseAlarm Rate，CFAR)检测。CFAR 检测使得雷达在多变的背景信号中能够维持虚警概率的相对稳定，这种虚警概率的稳定性对于大多数的雷达，如搜索警戒雷达、跟踪雷达、火控雷达等。
第二章 雷达信号数字脉冲压缩技术 2.1 引言 雷达脉冲压缩器的设计实际上就是匹配滤波器的设计。根据脉冲压缩系统实 现时的器件不同，通常脉冲压缩的实现方法分为两类，一类是用模拟器件实现的 模拟方式，另一类是数字方式实现的，主要采用数字器件实现。 脉冲压缩处理时必须解决降低距离旁瓣的问题，否则强信号脉冲压缩的旁瓣 会掩盖或干扰附近的弱信号的反射回波。这种情况在实际工作中是不允许的。采 用加权的方法可以降低旁瓣，理论设计旁瓣可以达到小于-40dB 的量级。但用模拟技术实现时实际结果与理论值相差很大，而用数字技术实现时实际输出的距离旁瓣与理论值非常接近。数字脉压以其许多独特的优点正在或已经替代模拟器件进行脉冲压缩处理。 2.2 数字脉压实现方法 用数字技术实现脉冲压缩可采用时域方法或频域方法。至于采用哪种方法。 要根据具体情况而定，一般而言，对于大时宽带宽积信号，用频域脉压较好；对 于小时宽带宽积信号，用时域脉压较好。 2.2.1 时域卷积法实现数字脉压 时域脉冲压缩的过程是通过对接收信号)(t s 与匹配滤波器脉冲响应)(t h 求卷积的方法实现的。根据匹配滤波理论，)()(0*t t s t h -=，即匹配滤波器是输入信号的共轭镜像，并有响应的时移0t 。 用数字方法实现时，输入信号为)(n s ，起匹配滤波器为)(n h ，即匹配滤波器的输出为输入离散信号)(n s 与其匹配滤波器)(n h 的卷积
西安工程大学学报 Journal of Xi’an Polytechnic University 第22卷第3期(总91期)2008年6月Vol.22,No.3(Sum.No.91) 文章编号:16712850X(2008)0320329204 测速雷达数字信号处理系统的设计 张雪侠1,党幼云1,杨 进2 (1.西安工程大学电子信息学院,陕西西安710048;2.西安展意信息科技有限公司,陕西西安710075) 摘要:采用PCI29812数据采集卡和XC2S200FP GA芯片共同完成测速雷达系统的信号处理,即高速A/D转换模块和频谱的分析,并利用VB语言实现速度时间曲线的拟合问题和终端界面的显示,完成友好的人机交互功能. 关键词:测速雷达;信号处理系统;PCI29812采集卡;界面显示 中图分类号:TN911.25 文献标识码:A 0 引 言 传统的测试速度技术,如靶圈测试、天幕靶测试等方法因测试过程繁琐,精度较差,已不能满足实时战地测试的需要[1].连续波雷达回波的多普勒频移测量方法,具有测速精度高,无速度模糊[2],并且可以得到单值无模糊的频率值[3]的特点,单对于测速来说,是最理想的方法.对于雷达后端信号处理部分,根据实际要求的不同,存在有不同的处理方法[427].目前,实际应用中存在多种车载雷达测速仪,它主要是测量出运动目标的即时速度并进行记录与显示,因而对于终端信号处理相对比较简单.本文设计的测速雷达数字信号处理系统不仅能完成弹丸速度的实时测量、记录与显示,更重要的是通过弹丸速度的连续测定,进而获取弹丸初速值.弹丸初速值的确定对于计算弹道的相关参数,分析弹丸的形状及大小具有重要的意义. 1 测速雷达系统组成 1.1 基本原理 连续波测速雷达系统的理论基础是多普勒效应[4]在电磁波领域中的应用.其基本原理是雷达中的波震荡器震荡出一系列的波,通过天线向着飞行中的弹丸发射电磁波,同时接收弹丸的反射回波,由于弹丸在运动,所以反射波和接收波之间存在有频率差,即发生了频率的变化,就是所谓的频移现象.这一频率差和弹丸的运动速度成正比例关系.其数学表达式为多普勒频差f d=2V t/λ,式中λ为信号波长,V t为运动目标的即时速度;λ=c/f0,c为光速,为常量,由于雷达发射的频率f0已知,可求出λ,那么只要再求出多普勒信号的频率差值f d,即可求得弹丸的即时速度V t.由于得到的是连续的f d的值,即对应多个V t值,因此可得出弹丸飞行轨迹上的多点瞬时速度值,即弹丸速度变化曲线,再根据此曲线按最小二乘法进行拟合,推算出弹丸的初速V o值. 1.2 整体结构 测速雷达由信号采集机和信号处理机组成,其中信号采集机包括高频组件、喇叭天线、前置放大器、红外启动器;信号处理机包括数字信号处理器和终端显示界面. 信号采集机部分完成了雷达发射机和部分接收机的功能.8mm波振荡器产生连续的8mm电磁波,通 收稿日期:2008204211 通讯作者:党幼云(19622),女,陕西省澄城县人,西安工程大学教授.E2mail:xk_dyy@https://www.doczj.com/doc/3210426628.html,
连续波雷达及信号处理技术初探 摘要：连续波雷达，主要就是连续发生电磁波的雷达，可以根据不同发射信号的形式，将其划分成为非调制单频与调频两种类型。在连续波雷达系统实际应用的过程中，应当科学使用信号处理技术开展相关处理工作，在实际观测的过程中，解决收发开关中存在的问题，保证雷达信号接收与发射工作效果。关键词：连续波雷达；信号处理技术；应用措施在使用信号处理技术对连续波雷达进行控制的过程中，应当建立多元化的管理机制，明确各方面工作要求，创新信号处理工作形式，保证能够提升信号处理技术的应用水平，创建专门的管理机制。一、连续波雷达定义与特征分析对于连续波雷达而言，主要是针对电磁波进行连续的发射，根据发射信号形式将其划分成为非调制单频与调频两种类型。在1924年的时候，英国就开始通过连续波课调频测距相关分析，对电离层开展观测工作。且在第二次世界大战的过程中，已经使用连续波雷达开展飞机观测与地面观测工作。然而，在实际使用的过程中，经常会出现收发隔离的现象，难以保证工作效果，因此，使用收发开关对此类问题进行了解决。当前，在使用连续波雷达的过程中，已经能够通过同一天线开展信号接收与发射工作，产生良好的工作效果。在使用连续波雷达发射机设备的过程中，不需要高压的支持，也不会出现打火的现象，能够利用多元化的方式开展信号调制工作，有利于提升信号的发射效率，增强雷达处理效果，因此，在相同体积、重量的雷达设备中，连续波雷达受到广泛关注与重视，应用于世界的各个国家。同时，连续波雷达的体积很小，重量很轻，馈线的损耗最低，使用流程简单，与其他雷达相较可以得知，连续波雷达在接收机方面，所使用的宽带脉冲较窄，有利于抵抗杂波问题，提升电磁干扰的抵抗能力。在应用连续波雷达对距离与速度进行测量的过程中，其测量准确性较高，不会受到其他因素的干扰。对于连续波雷达而言，其特点主要表现为以下几点： （一）发射机的运行功率较低连续波雷达的发射机运行功率很低，有利于应用在侦查工作中。一般情况下，在使用侦查接收机的过程中，可以利用连续波雷达对其进行处理，提升工作效率，加快侦查速度，保证瞬时频率符合相关规定。同时，在使用连续波雷达的过程中，还要使用伪随机码调相方式对其进行处理，减少外界带来的干扰，做好反侦察工作，保证可以符合实际发展需求。（二）接收机的宽带很窄连续波雷达在实际运行的过程中，接收机的宽带很窄，在杂波环境中，能够实行检测工作，提升自身抗干扰能力。且在电磁干扰的环境中，可以提升自身的抗干扰性能，满足实际处理需求[1]。（三）对小目标进行检测连续波雷达设备的使用，可以提升发射机的功率，增加收发天线的收益，且可以减少噪音问题，在一定程度上，能够减少微波损耗问题，更好的对隐身目标进行检测，合理开展雷达探测等工作，提升相关信号的处理效果，满足实际发展需求。二、连续波雷达的相关工作园林分析连续波雷达的运行，需要明确实际工作原理，通常情况下，雷达发射线性三角调频的相关连续性信号，那么，雷达设备的载频就在f0的数值之上，在此过程中，可以将调频宽带设置成为A，将调频间隔设置成为C。在对信号频率与时间进行计算的过程中，应当明确相关原理，创新管理工作形式，对具有代表性的内容进行合理分析，保证可以提升自身分析工作效果。在信号处理工作中，应当重点关注发射信号与目标回波信号，通过合理的计算方式，创建多
雷达系统中的信号处理技术 摘要本文介绍了雷达系统及雷达系统信号处理的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的正交采样、脉冲压缩、MTD和恒虚警检测几种现代雷达技术，雷达系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用距离和距离分辨力之间的矛盾，通过MTD来探测动目标，通过恒虚警（CFAR）来实现整个系统对目标的检测。 关键词雷达系统正交采样脉冲压缩MTD 恒虚警检测 1雷达系统概述 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。 图1雷达系统框图
随着现代电子技术的不断发展，特别是数字信号处理技术、超大规模集成数字电路技术、计算机技术和通信技术的告诉发展，现代雷达信号处理技术正在向着算法更先进、更快速、处理容量更大和算法硬件化方向飞速发展，可以对目标回波与各种干扰、噪声的混叠信号进行有效的加工处理，最大程度低剔除无用信号，而且在一定的条件下，保证以最大发现概率发现目标和提取目标的有用信息。 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。 雷达信号处理的流程如下： 图 2 雷达信号处理流程 2雷达信号处理的主要内容 雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。信号处理消除不需要的杂波，通过所需要的目标信号，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、MTD和恒虚警检测。 正交采样是信号处理的第一步，担负着为后续处理提供高质量数据的任务。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，直接中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的应用。脉冲压缩雷达既能保持窄脉冲雷达的高距离分辨力，又能获得脉冲雷达的高检测力，并且抗干扰能力强。现在，脉冲压缩雷达使用的波形正在从单一的线性调频发展到时间、频率、编码混合调制，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，通过设计合理的滤波器（组），就可以把目标号和杂波分开。
附录一——MATLAB信号处理程序 %% 1、准备工作 %%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%% %% 开始 clc; clear; close all; clear vars; %% 雷达波形参数定义及说明 f1=1e3; % 最低频率 f2=11e3; % 最高频率 B=f2-f1; % 信号带宽 T=1e-2; % 信号扫频时宽(10ms) c=3e8; % 电磁波空间传播速度 f0=(f1+f2)/2; % 雷达工作频率（中心频率）(3kHz) fs=1e5; % 采样率(100kHz) N_signal_T=round(fs*T); % 单周期信号的数据点数 number_of_signal_period=400; % 脉冲信号的周期个数 duty_ratio=0.5; % 信号占空比 T_signal=T/duty_ratio; % 脉冲信号周期 %% 导入AD数据时频分析 [FileName,PathName] = uigetfile('C:\Users\XYB\Desktop\课程设计之雷达信号分析处理\AD数据\USB (3).dat','Select the USB.dat file'); f = fullfile(PathName,filesep,FileName); fid = fopen(f,'r'); data = fscanf(fid,'%x'); fclose(fid); data = data(1:2:end)*256 + data(2:2:end); %将16进制转换为10进制 datsgn = data./1000; %单位换算（mV->V） %转化为有符号数（去直流） datsgn=datsgn-mean(datsgn); %时域波形 figure; plot([0:1/fs:(length(datsgn)-1)/fs],datsgn); xlabel('时间/s') ylabel('振幅/V') title('LFMCW时域波形') %频谱图 N=1024; datfft = (2/N)*fftshift(fft(datsgn(1:N))); nordat = abs(datfft)/max(abs(datfft)); %对信号做FFT并归一化 figure; plot([-length(datfft)/2:(length(datfft)/2- 1)].*(fs/N),20*log10(abs(nordat)));
雷达信号处理和数据处理技术 定价: ￥89.00元金桥价: ￥84.55元节省: ￥4.45元 内容简介 雷达信号处理和数据处理技术是雷达的神经中枢。信号处理通过对雷达回波信号的处理来发现目标和测定目标的坐标和速度等，形成目标点迹，数据处理通过对目标点迹的处理形成目标的航迹供指挥决策使用。 本书的主要内容包括雷达信号的形式、雷达杂波抑制、雷达脉冲压缩、雷达信号检测、雷达抗干扰、雷达目标识别、雷达点迹处理和雷达航迹处理等。 全书共14章，第1章为概论，第2章到第10章为雷达信号处理技术，第11章到第14章为雷达数据处理技术。全部内容既包含处理理论，也包含设计技术。 本书可以帮助雷达工程技术人员和雷达使用人员掌握有关雷达信号处理和数据处理技术，解决有关应用问题；同时还可以作为高等学校电子工程相关专业高年级本科生和研究生的参考用书。 雷达信号处理基础 定价: ￥55.00元金桥价: ￥52.25元节省: ￥2.75元
内容简介 本书译自国际著名雷达信号处理专家Mark A. Richards教授编写的教科书。该书介绍了雷达系统与信号处理的基本理论和方法，主要内容包括：雷达系统导论、雷达信号模型、脉冲雷达信号的采样和量化、雷达波形、多普勒处理、检测基础原理、恒虚警率检测、合成孔径雷达成像技术、波束形成和空-时二维自适应处理导论。书中包含了大量反映雷达信号处理最新研究成果和当前研究热点的补充内容，提供了大量有助于读者深入的示例。该书对基础理论和方法进行了详尽的介绍与深入严谨的论述，是一本雷达信号处理领域中高水平的教科书。 本书适合于从事雷达成像、检测、数据处理及相关信号处理的研究生作为教材使用，也是相关专业研究人员不可多得的一本参考书。Mark A.Richards。博士，佐治亚理工学院（Georgia Institute of Technology）的首席研发工程师和兼职教授。他具有20余年在学术界、工业界及政府部门从事雷达信号处理和嵌入式计算方面研究的经历。他曾被聘为美国国防高级研究计划署项目经理、IEEE 2001年雷达会议的总主席，以及IEEE图像处理和IEEE信号处理期刊的副编辑。Eichards博士长期从事关于雷达信号处理、雷达图像处理及相关学科的研究生教育和职业教育。这本严谨的著作源自于一位该领域令人尊敬的领导者，它提供了其他文献中所没有的关于雷达DSP基础及其应用的详细内容。对于那些不只想从普通雷达系统的书籍中粗略学习信号处理，还想学到更多关于信号模型、波形、干扰抑制、探测，以及诸如SAR和SFAP等高级雷达信号处理主题的人而言，本书是非常合适的。经过多年研究生和职业教育的完善与检验，这本深入介绍雷达DSP技术的书籍，以现有的先进雷达技术为基础，全面讨论了以下几方面的问题，并提供了详尽的例子：多域信号获取和采样、目标和干扰模型、常见雷达波形、干扰抑制技术、检测算法和工具、合成孔径成像和自适应阵列处理基础。 信息传输与正交函数 定价: ￥28.00元金桥价: ￥26.60元节省: ￥1.40元 内容简介 本书叙述了非正弦正交函数理论和以之为基础的信息传输系统，主要内容包括正交函数系、信息传输的基本思想和方法，移动通信与正交函数之间的关系，沃尔什函数的复制生成理论，一般复制生成理论及桥函数的概念，沃尔什函数及桥函数的相关函数的定义及其特性，序率分割制多路传输系统，信息传输系统的统一模型等。 本书可供从事通信、遥控、遥测和雷达工作的技术人员、科研人员以及高等院校师生参考。 DSP开发应用技术
雷达信号处理若干关键技术的研究 针对气象雷达存在的距离模糊现象,本文提出了批次处理和相位编码两种解决方案；对航管一次雷达所面临的干扰,实现了干扰频谱分析和发射频率选择功能；对S模式二次雷达的编解码用不同方式进行了仿真,提出了一种改进的位和置信度判定算法。本文所做的工作和创新点如下：1)提出了一种改进的批次处理解距离模糊方法。 为减少模糊区域,设置噪声功率门限值,对于一次和二次回波功率都小于噪声门限值的情况不进行距离模糊的求解,使回波数据保留了更多的信息量。实现了解模糊的特殊时序,以及解模糊的指令分析,用EPLD和DSP相结合的方式实现了解模糊算法。 改进后的算法应用在某气象雷达上,采集的数据表明该方法具有较好的解距离模糊效果。2)对S模式二次雷达解码纠错提出了一种位和置信度判定方法,对基线多样点法进行改进,一是对采样数据采用移动平均法,二是通过增加两个参量以避免逻辑判断错误。 通过Matlab仿真,验证了算法的正确性。对编码过程,用长除法和查表法两种方法进行了VHDL的设计与仿真,并进行了比较。 对S模式二次雷达的编解码系统给出了硬件设计框图。3)设计了以TigerSHARC系列DSP芯片为主的信号处理器,大大增强了运算性能。 优化了数据处理流程,将数据分段,2片DSP实现并行计算,节约了处理时间。对SZ(8／64)相位码的特性进行了验证,采用模拟数据进行解模糊功能的仿真, 并与π／4相位编码进行了比较。 该信号处理器通用性好,而且可以实现相位编码功能,已应用在多部气象雷
达上。4)给出了一种自适应选频的频率捷变方法,通过发射的长周期的休止期对航管一次雷达的所有工作频率点进行采样,求平均后作为这些频率点的幅度,再对这些频率点的幅度进行分析和判断。 在固定频率和频率分集两种工作模式下,通过分析给出合适的频率选择。上述功能均在FPGA中加以实现。 在将各频率点幅值送往监控时,用VxWorks操作系统编写了通信程序。该模块已经在某航管一次雷达上得到应用,提高了该雷达的抗干扰性能。