气象雷达原理与系统
电子工程学院
大气探测学院
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第六章气象雷达信号处理基础（一）
——气象目标特征
1.气象目标散射现象及散射特性
2.后向散射截面
3.单个小球形粒子的散射——瑞利散射
4.单个球形粒子的散射——米散射（Mie散射）
5.粒子群的散射
6.球形水滴和冰粒的散射
7.晴空回波的散射和反射机制
8.雷达电磁波及其传播环境
9.衰减
2
3
4
一、气象目标散射现象及散射特性
气象目标对电磁波的散射
粒子产生散射的原因
?散射波：粒子在入射电磁波极化下作强迫的多极振荡，从而发出次波
?粒子对入射电磁波的散射，只改变电磁波的传播方向，没有使电磁形式的能量转化为别的形式的能量?粒子散射电磁波的能力，和粒子的大小、形状、以及它的电学特性有关
散射波
入射波
5
散射求解
?由于数学处理上比较困难，目前只能对圆球形、圆柱形、椭球形等少数几种几何形状比较简单的粒子的散射能做出精确的解析解?气象上云滴、雨滴等粒子一般可以近似地看作是圆球形或椭球形
?
6
7
?设有一理想的散射体，其截面为：?它能全部接收射到其上的电磁波能量，并全
部均匀地向四周散射，若该理想散射体返回雷达天线处的电磁波能流密度，恰好等于同距离上实际散射体返回雷达天线的电磁波能流密度，则该理想散射体的截面就称为实际散射体的后向散射截面。
二、后向散射截面-衡量散射能量
8
2
2)
4()(r G P S t s πσ
π=
9
22()()44:.:.:i S S i i S S S S r r S S S r σππσππ=?=则有:到达降水粒子的入射波能流密度粒子后向散射到雷达天线的能流密度粒子到雷达的距离
由于实际粒子不是理想的散射体，所以粒子的
后向散射截面积不等于它的几何截面积。通常小于几何截面积。
后向散射截面与几何截面的比值称为标准化的后向散射截面，用表示b σ1
b σ≤
?后向散射截面常用来表示雷达观测中向后方的散射能量，或回波强度。
?说明：
1.假想面积
2.描述目标在一定入射功率下后向散射功率能力的量。
3.该量以面积单位来描述。面积越大，后向散射能力越强，
产生的回波功率也就越大。
10
11
'
σσ
雷达
目标1
目标2
雷达发射功率及天线增益相同，如果目标的等效散射截面积不同，则后向散射强度不同，即目标2的回波强度大于目标1的回波强度
?当雷达波长λ确定后，球形粒子的散射情况
主要取决于粒子直径d和入射波长λ之比。
?对于d<<λ的小球形粒子的散射，称为瑞利
散射。
?d≈λ的大球形质点的散射，称为米散射
12
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?是复折射指数；n是普通的折射指数，K是
吸收系数
λ
πr
a 2=
iK n m -=可见，Rayleigh散射时，散射截面的大小与
粒子的物理性质、粒子半径r、波长有关。
2
2
56
2
2
2
6422
1281213232i r m m a m m πλσλπ
--==++瑞利散射是对于d<<λ的小球形粒子的散射。当满足瑞利散射条件时，散射截面积可由下式表示：
对于瑞利散射而言，a<0.13
三、瑞利散射
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以3mm（直径）雨滴为例，不同波段的散射特性判断
2,0.13r
a πλ
=
作为判据
0.3 3.14
0.314030.3 3.14
0.188450.3 3.14
0.094210c m c m
c m c m
c m c m
ααα?=
=?=
=?=
=X 波段C 波段S 波段
四、米散射
?当a>0.13时，用瑞利公式计算会产生误差，a
越大，瑞利散射误差就越大。
?Mie散射建立了包括大、小粒子在内的普遍的
球形粒子散射理论。
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?（1）粒子是球形的，粒子内外都不含自由电荷，散射粒子不是导电体；
?（2）粒子内、外介质是均匀各向同性的，粒子外介质一般是空气或真空；
?（3）入射电磁波随时间作简谐变化。
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（1）散射波是以粒子为中心的球面发散波；
（2）散射波是横波，且是椭圆偏振波；
（3）散射波和入射波同频率；
（4）散射波能流密度是各向异性的；大部分能量集中在0度附近的方向上，a越大，向前散射的能量占全部散射能量的比重越大。
（5）散射波性质与入射波波长λ、散射粒子
半径r、粒子及环境的物理特性等有关。
a a=1（）
（）
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b a=3
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小球形粒子的散射方向性图
10cm 雷达测小于4mm 的雨滴；3cm 雷达测小于1.2mm 的雨滴
Mie散射理论参阅：
?大气辐射导论(第2版)丛书：
?作者：(美)廖国男郭彩丽周诗健
?出版时间：2004-10-1
?ISBN：7502938648
?气象出版社
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五、粒子群的散射
粒子群散射造成的回波功率的脉动
?表现特征：
?在PPI显示器上，表现为这种涨落使降水回波边缘显得
模糊。
?雷达波长越小，波动性越大。
?原因：
?由于散射能量同时到天线处的许多降水粒子之间相对
位置不断变化，从而使各降水粒子产生的回波到达天
线的行程差也发生不规则的变化。
?探测云时也有同类情况，但回波的脉动要弱。
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1、雷达的任务：测量目标的距离、方位、仰角、速度、形状、表面粗糙度、介电特性。 雷达是利用目标对电磁波的反射现象来发现目标并测定其位置。 当目标尺寸小于雷达分辨单元时，则可将其视为“点”目标，可对目标的距离和空间位置角度定位。目标不是一个点，可视为由多个散射点组成的，从而获得目标的尺寸和形状。采用不同的极化可以测定目标的对称性。 任一目标P所在的位置在球坐标系中可用三个目标确定：目标斜距R，方位角，仰角 在圆柱坐标系中表示为：水平距离D，方位角，高度H 目标斜距的测量：测距的精度和分辨力力与发射信号的带宽有关，脉冲越窄，性能越好。目标角位置的测量：天线尺寸增加，波束变窄，测角精度和角分辨力会提高。 相对速度的测量:观测时间越长，速度测量精度越高。 目标尺寸和形状：比较目标对不同极化波的散射场，就可以提供目标形状不对称性的量度。 2、雷达的基本组成：发射机、天线、接收机、信号处理机、终端设备 3、雷达的工作频率：220MHZ-35GHZ。L波段代表以22cm为中心，1-2GHZ;S波段代表10cm，2-4GHZ；C波段代表5cm，4-8GHZ；X波段代表3cm，8-12GHZ；Ku代表，12-18GHZ；Ka代表8mm，18-27GHZ。 第二章雷达发射机 1、雷达发射机的认为是为雷达系统提供一种满足特定要求的大功率发射信号，经过馈线和收发开关并由天线辐射到空间。 雷达发射机可分为脉冲调制发射机：单级振荡发射机、主振放大式发射机；连续波发射机。 2、单级振荡式发射机组成：大功率射频振荡器、脉冲调制器、电源 触发脉冲 脉冲调制器大功率射频振荡器收发开关 电源高压电源接收机 主要优点：结构简单，比较轻便，效率较高，成本低；缺点：频率稳定性差，难以产生复杂的波形，脉冲信号之间的相位不相等 3、主振放大式发射机：射频放大链、脉冲调制器、固态频率源、高压电源。射频放大链是发射机的核心，主要有前级放大器、中间射频功率放大器、输出射频功率放大器 射频输入前级放大器中间射频放大器输出射级放大器射频输出固态频率源脉冲调制器脉冲调制器 高压电源高压电源电源 脉冲调制器：软性开关调制器、刚性开关调制器、浮动板调制器 4、现代雷达对发射机的主要要求：发射全相参信号；具有很高的频域稳定度；能够产生复杂信号波形；适用于宽带的频率捷变雷达；全固态有源相控阵发射机 5、发射机的主要性能指标： 工作频率和瞬时带宽：雷达发射机的频率是按照雷达的用途确定的。瞬时带宽是指输出功率变化小于1bB的工作频带宽度。 输出功率：雷达发射机的输出功率直接影响雷达的威力范围以及抗干扰的能力。雷达发
雷达目标识别发展趋势 雷达具备目标识别功能是智能化的表现，不妨参照人的认知过程，预测雷达目标识别技术的发展趋势： (1)综合目标识别 用于目标识别的雷达必将具备测量多种目标特征的手段，综合多种特征进行目标识别。我们人类认知某一事物时，可以通过观察、触摸、听、闻、尝，甚至做实验的方法认知，手段可谓丰富，确保了认知的正确性。 目标特征测量的每种手段会越来越精确，就如同弱视的人看东西，肯定没有正常人看得清楚，也就不能认知目标。 识别结果反馈给目标特征测量，使目标特征测量成为具有先验信息的测量，特征测量精度会有所提高，识别的准确程度也会相应提高。 雷达具备同时识别目标和背景的功能。人类在观察事物的时候，不仅看到了事物的本身，也看到了事物所处的环境。现有的雷达大多通过杂波抑制、干扰抑制等方法剔除了干扰和杂波，未来的雷达系统需要具备识别目标所处背景的能力，这些背景信息在战时也是有用的信息。 雷达具备自适应多层次综合目标识别能力。用于目标识别的雷达虽然需要具备测量多种目标特征的手段，但识别目标时不一定需要综合所有的特征，这一方面是因为雷达系统资源不允许，另一方面也是因为没有必要精确识别所有的目标。比如司机在开车时，视野中有很多目标，首先要评价哪几个目标有威胁，再粗分类一下，是行人还是汽车，最后再重点关注一下靠得太近、速度太快的是行人中的小孩子还是汽车中的大卡车。 (2)自学习功能 雷达在设计、实现、装备的过程中，即具备了设计师的基因，但除了优秀的基因之外，雷达还需要具有学习功能，才能在实战应用中逐渐成熟。 首先，要具有正确的学习方法，这是设计师赋予的。对于实际环境，雷达目标识别系统应该知道如何更新目标特征库、如何调整目标识别算法、如何发挥更好的识别性能。 其次，要人工辅助雷达目标识别系统进行学习，这就如同老师和学生的关系。在目标识别系统学习时，雷达观测已知类型的合作目标，雷达操作员为目标识别系统指出目标的类型，目标识别系统进行学习。同时还可以人为的创造复杂的电磁环境，使目标识别系统能更好地适应环境。 (3)多传感器融合识别 多传感器的融合识别必定会提高识别性能，这是毋容置疑的。这就好比大家坐下来一起讨论问题，总能讨论出一个好的结果，至少比一个人说的话更可信。但又不能是通过投票的方式，专家的话肯定比门外汉更有说服力。多传感器融合识别需要具备双向作用的能力。 并不是给出融合识别的结果就结束了，而是要利用融合识别的结果反过来提高各个传感器的识别性能，这才是融合识别的根本目的所在。反向作用在一定程度上降低了人工辅助来训练目标识别系统的必要性，也减少了分别进行目标识别试验的总成本。
科研报告 课程名称：信号检测与估值 题目：匹配滤波器在雷达信号中的应用院（系）：信息与控制工程学院 专业方向：信号与信息处理 姓名：许娟 学号：1508210675 任课教师：毛力 2015 年1月14日
匹配滤波器在雷达信号中的应用 摘要 本文介绍了雷达系统及有关匹配滤波器的主要内容，着重介绍与分析了雷达系统信号处理的脉冲压缩(匹配滤波)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，最后实现对雷达目标的检测。关键词:雷达系统脉冲压缩
Abstract This paper introduces the radar system and the main content of the matched filter, this paper introduces and analyses emphatically the signal processing of the pulse compression radar system (matched filtering) of modern radar technology, by pulse compression radar system to solve the contradiction between the radar range and distance resolution,finally the realization of the radar target detection. Keywords:pulse compression radar system
雷达原理复习要点第一章（重点） 1、雷达的基本概念 雷达概念(Radar)： radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。无线电探测和测距，无线电定位。 雷达的任务： 利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。 从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？ 斜距R : 雷达到目标的直线距离OP 方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。 仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。 2、目标距离的测量 测量原理 式中，R为目标到雷达的单程距离，为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c为电磁波的传播速率(=3×108米/秒) 距离测量分辨率 两个目标在距离方向上的最小可区分距离 最大不模糊距离 3、目标角度的测量 方位分辨率取决于哪些因素 4、雷达的基本组成 雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么 同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。 发射机：产生大功率射频脉冲。 收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。 天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。 显示器：显示目标回波，指示目标位置。 天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。 电源第二章 1、雷达发射机的任务 为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去 2、雷达发射机的主要质量指标 工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度 3、雷达发射机的分类 单级振荡式、主振放大式 4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点 单级振荡式： 脉冲调制器：在触发脉冲信号激励下产生脉宽为τ的脉冲信号。 优点：简单、廉价、高效； 缺点：难以产生复杂调制，频率稳定性差，脉冲间不相干；主振放大式： 固体微波源：是高稳定度的连续波振荡器。 优点：复杂波形，稳定度高，相干处理 缺点：系统复杂、昂贵 第三章（重点） 1、接收机的基本概念 接收机的任务 通过适当的滤波将天线接收到的微弱高频信号从伴随的噪声和干扰中选择出来，并经过放大和检波后，送至显示器、信号处理器或由计算机控制的雷达终端设备中。 超外差接收机概念 将接收信号与本机振荡电路的振荡频率，经混频后得到一个中频信号，这称为外差式接收。得到的中频信号再经中频放大器放大的，称为超外差式。中频信号经检波后得到视频信号。 接收机主要组成部分 接收机主要质量指标 灵敏度S i min、接收机的工作频带宽度、动态范围、中频的选择和滤波特性、工作稳定度和频率稳定度、抗干扰能力、微电子化和模块化结构 2、接收机的噪声系数（重点） 噪声系数、噪声温度的定义 噪声系数：接收机输入端信号噪声比和输出端信号噪声比的比值。实际接收机输出的额定噪声功率与“理想接收机”输出的额定噪声功率之比。 噪声温度：温度Te称为“等效噪声温度”或简称“噪声温度”, 此时接收机就变成没有内部噪声的“理想接收机”级联电路的噪声系数
目标识别技术 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高
目标特性测量雷达平台建设构想 0 引言雷达目标电磁散射特性测量是雷达系统共性基础技术，主要研究雷达观测目标在入射电磁波照射激励下，目标在频率域、角度域、极化域的电磁散射机理与特性，包括窄带特性、宽带特性、极化特性等。要多维度精细认识目标，需要获取丰富的信息资源暨特征数据作为支撑，但是目前对目标的认识是通过既有的雷达提供的数据，传统雷达使命任务往往非常单一，同一雷达平台很难提供多种信息，要充分认识目标，需要多部雷达平台协作，成本高昂，而且数据协同上存在较大技术难度。 1目标特性的种类与作用 雷达目标特征隐含于雷达回波中，通过特定的波形设计和对回波幅度、相位、频谱等处理、分析及变换，得到表征雷达目标固有特征的参量。雷达目标电磁散射特性研究对雷达系统设计、成像与目标识别、目标隐身与反隐身探测等都具有极其重要的意义。 雷达目标特性的认识从宏观上包括两个方面：雷达目标尺度信息、雷达目标特征信息，研究内容有理论研究、仿真试验、静态测试和靶场动态测量等。当前对目标的认识主要通过静、动态测量来实现，大部分设备研制厂商更关注动态测量的效果[1] 。 静态测量：室外场测量系统主要包括发射与接收设备、目标 支架与转台、定标体、数据采集与记录、控制系统等。 动态测量：与静态测量相比，利用目标处于动态（飞行）等实际工
作状态时，测量获取目标的电磁散射特性数据是最真实、最可信、最有效的，动态测量平台雷达可分布于靶场等测量试验区域，包括地面固定平台和为车载、舰载、机载等移动平台。 2目标特性测量平台设计 在目标特性测量方面，国内相关单位已研制并装备频率覆盖多个波段、多种型号的目标特性测量雷达，满足动态目标特性测量的需求。但外场测量设备功能及数量有限，难以满足多平台、全频段、双站散射、多极化的测量需求。当前目标各种特征信息分析已经取得了很大的成绩，同时如何获取更为全面、精细的目标多维特征愈显重要，需要一种综合平台，实时完成目标特性信息的采集、处理、结果输出、存储及比对。 2.1信息采集系统（雷达）一般来说，由于发射波形、接收线性动态范围、变极化、幅度与相位标定等要求不同，特征测量与精密跟踪互相矛盾，对于一部雷达其功能只能进行设计侧重。采用模块化、集成化雷达设计思想，建立通用系统平台，其频段、波形、极化通道等模块化设计选择配装，后端数字接收、信号处理、数据处理平台公用，这样可以用一个平台完成多部雷达功能。 2.2信息采集系统（标校） 测量平台作为标尺，其本身的精度与稳定性要求非常高，因此需要完备的标校系统来校正设备，主要完成测量平台雷达距离、角度零位标定；进行雷达发射、接收、跟踪通道的检查及配合校准等；完成雷达测量通道的一致性检查校准；数据录取、存储、导入导出功能无线指
雷达信号处理及目标识别分系统方案 西安电子科技大学 雷达信号处理国家重点实验室 二○一○年八月
一 信号处理及目标识别分系统任务和组成 根据雷达系统总体要求，信号处理系统由测高通道目标识别通道组成。它应该在雷达操控台遥控指令和定时信号的操控下完成对接收机送来的中频信号的信号采集，目标检测和识别功能，并输出按距离门重排后的信号检测及识别结果到雷达数据处理系统，系统组成见图1-1。 220v 定时信号 目标指示数据 目标检测结果输出目标识别结果输出 图1-1 信号处理组成框图 二 测高通道信号处理 测高信号处理功能框图见图2-1。 s 图2-1 测高通道信号处理功能框图
接收机通道送来中频回波信号先经A/D 变换器转换成数字信号，再通过正交变换电路使其成为I 和Q 双通道信号，此信号经过脉冲压缩处理，根据不同的工作模式及杂波区所在的距离单元位置进行杂波抑制和反盲速处理，最后经过MTD 和CFAR 处理输出检测结果。 三 识别通道信号处理 识别通道信号处理首先根据雷达目标的运动特征进行初分类，然后再根据目标的回波特性做进一步识别处理。目标识别通道处理功能框图见图3-1所示。 图3-1 识别通道处理功能框图 四 数字正交变换 数字正交变换将模拟中频信号转换为互为正交的I 和Q 两路基带信号，A/D 变换器直接对中频模拟信号采样，通过数字的方法进行移频、滤波和抽取处理获得基带复信号，和模拟的正交变换方法相比，消除了两路A/D 不一致和移频、滤波等模拟电路引起的幅度相对误差和相位正交误差，减少了由于模拟滤波器精度低，稳定性差，两路难以完全一致所引起的镜频分量。 目标识别结果输出
目标识别技术 2009-11-27 20:56:41| 分类：我的学习笔记| 标签：|字号大中小订阅 摘要： 针对雷达自动目标识别技术进行了简要回顾。讨论了目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法：基于目标运动的回波起伏和调制谱特性的目标识别方法、基于极点分布的目标识别方法、基于高分辨雷达成像的目标识别方法和基于极化特征的目标识别方法，同时讨论了应用于雷达目标识别中的几种模式识别技术：统计模式识别方法、模糊模式识别方法、基于模型和基于知识的模式识别方法以及神经网络 模式识别方法。最后分析了问题的可能解决思路。 引言： 雷达目标识别技术回顾及发展现状 雷达目标识别的研究始于"20世纪50年代，早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究达目标的有效散射截面积。但是，对形状不同、性质各异的各类目标，笼统用一个有效散射面积来描述，就显得过于粗糙，也难以实现有效识别。几十年来，随着电磁散射理论的不断发展以及雷达技术的不断提高，在先进的现代信号处理技术条件下，许多可资识别的雷达目标特征信号相继被发现，从而建立起了相应的目标 识别理论和技术。 随着科学技术的飞速发展，一场以信息技术为基础、以获取信息优势为核心、以高技术武器为先导的军事领域的变革正在世界范围内兴起，夺取信息优势已成为夺取战争主动权的关键。电子信息装备作为夺取信息优势的物质基础，是推进武器装备信息化进程的重要动力，其总体水平和规模将在很大程度上反 映一个国家的军事实力和作战能力。 雷达作为重要的电子信息装备，自诞生起就在战争中发挥了极其重要的作用。但随着进攻武器装备的发展，只具有探测和跟踪功能的雷达也已经不能满足信息化战争的需要，迫切要求雷达不仅要具有探测和跟踪功能，而且还要具有目标识别功能，雷达目标分类与识别已成为现代雷达的重要发展方向，也是未来雷达的基本功能之一。目标识别技术是指：利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认的技术。目标识别的基本原理是利用雷达回波中的幅度、相位、频谱和极化等目标特征信息，通过数学上的各种多维空间变换来估算目标的大小、形状、重量和表面层的物理特性参数，最后根据大量训练样本所确定的鉴别函数，在分类器中进行识别判决。目标识别还可利用再入大气层后的大团过滤技术。当目标群进入大气层时，在大气阻力的作用下，目标群中的真假目标由于轻重和阻力的不同而分开，轻目标、外形不规则的目标开始减 速，落在真弹头的后面，从而可以区别目标。 所谓雷达目标识别，是指利用雷达获得的目标信息，通过综合处理，得到目标的详细信息（包括物理尺寸、散射特征等），最终进行分类和描述。随着科学技术的发展，武器性能的提高，对雷达目标识别 提出了越来越高的要求。 目前，目标识别作为雷达新的功能之一，已在诸如海情监控系统、弹道导弹防御系统、防空系统及地球物理、射电天文、气象预报、埋地物探测等技术领域发挥出很大威力。为了提高我国的军事实力，适应未来反导弹、反卫、空间攻防、国土防空与对海军事斗争的需要，急需加大雷达目标识别技术研究的力度雷达目标识别策略主要基于中段、再入段过程中弹道导弹目标群的不同特性。从结构特性看，飞行中段
雷达目标识别技术述评 孙文峰 （空军雷达学院重点实验室，湖北武汉430010） 摘要：首先对雷达目标识别研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，然后结合对空警戒雷达，阐明低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 关键词：雷达目标识别；低分辨雷达 Review on Radar Target Recognition SUN Wen-feng （Key laboratory, Wuhan Radar Academy, Wuhan 430010, China）Abstract: The acquired productions and existent problems of radar target recognition are reviewed simply, then the specific considerations of target recognition with low resolution radar are illustrated connect integrating with air defense warning radar in active service. Key words: radar target recognition; low resolution radar 1．引言 雷达目标识别（RTR—Radar Target Recognition）是指利用雷达对单个目标或目标群进行探测，对所获取的信息进行分析，从而确定目标的种类、型号等属性的技术。1958年，D.K.Barton（美国）通过精密跟踪雷达回波信号分析出前苏联人造卫星的外形和简单结构，如果将它作为RTR研究的起点，RTR至今已走过了四十多年的历程。目前，经过国内外同行的不懈努力，应该说RTR已经在目标特征信号的分析和测量、雷达目标成像与特征抽取、特征空间变换、目标模式分类、目标识别算法的实现技术等众多领域都取得了不同程度的突破，这些成果的取得使人们有理由相信RTR是未来新体制雷达的一项必备功能。目前，RTR技术已成功应用于星载或机载合成孔径雷达（SAR—Synthetic Aperture Radar）地面侦察、毫米波雷达精确制导等方面。但是，RTR还远未形成完整的理论体系，现有的R TR 系统在功能上都存在一定的局限性，其主要原因是由于目标类型和雷达体制的多样化以及所处环境的极端复杂性。本文首先对RTR研究领域已经取得的成果和存在的问题进行简单的回顾，最后结合对空警戒雷达，阐明了低分辨雷达目标识别研究的具体思路。 2．雷达目标识别技术的回顾与展望 雷达目标识别研究的主体有三个，即雷达、目标及其所处的电磁环境。其中任何一个主体发生改变都会影响RTR系统的性能，甚至可能使系统完全失效，即RTR研究实际上是要找到一种无穷维空间与有限类目标属性之间的映射。一个成功的RTR系统必定是考虑到了目标、雷达及其所处电磁环境的主要可变因素。就目标而言主要有目标的物理结构、目标相对于雷达的姿态及运动参数、目标内部的运动（如螺旋桨等）、目标的编队形式、战术使用特点等等；就雷达而言主要有工作频率、带宽、脉冲重复频率（PRF）、天线方向图、天线的扫描周期等等；环境因素主要有各种噪声（如内部噪声和环境噪声）、杂波（如地杂波、海杂波和气象杂波）和人为干扰等。在研制RTR系统时必须综合考虑这些因素，抽取与目标属性有关的特征，努力消除与目标属性无关的各种不确定因素的影响。
雷达目标识别技术综述 1引言 目标识别是现代雷达技术发展的一个重要组成部分。对雷达目标识别的研究，在国内外已经形成热点，但由于问题本身的复杂性，以及多干扰信号，特别是多噪声干扰源存在的复杂电磁环境，雷达目标识别问题至今还没有满意的答案，尚无成熟的技术和方法。因此，对雷达目标识别技术的研究具有极其重要的军事应用价值。 本文将对雷达自动目标识别技术进行简要回顾，讨论目前理论研究和应用比较成功的几类目标识别方法，以及应用于雷达目标识别中的模式识别技术，分析和讨论问题的可能解决思路。 2雷达目标识别模型 雷达目标识别需要从目标的雷达回波中提取目标的有关信息标志和稳定特征并判明其属性。它根据目标的后向电磁散射来鉴别目标，是电磁散射的逆问题。利用目标在雷达远区所产生的散射场的特征，可以获得用于目标识别的信息，回波信号的幅值、相位、频率和极化等均可被利用。对获取的目标信息进行计算机处理，与已知目标的特性进行比较，从而达到自动识别目标的目的。识别过程分成三个步骤：目标的数据获取、特征提取和分类判决。相应模型如图"所示。 整个识别过程可以分为两个阶段：训练（或设计）阶段和识别阶段。前者用一定数量的训练样本进行分类器的设计或训练，后者用所设计或训练的分类器对待识别的样本进行分类决策。 训练数据获取是对各已知目标进行测量，取得目标的训练数据。测试数据获取是获得未知种类目标的测量数据；测量数据的获得可采用目标的靶场动态测量、外场静态测量、微波暗室缩比模型等。特征提取模块从目标回波数据中提取出对分类识别有用的目标特征信息。特征空间压缩与变换模块对特征信息进行特征空间维数压缩与变换，得到具有高同类聚合性的训练样本进行分类器的设计。类间可分离性的特征。分类器设计模块根据已知类别目标分类模块完成对未知目标的分类判决。 3雷达目标识别技术回顾 雷达目标识别的研究始于"#世纪$#年代。早期雷达目标特征信号的研究工作主要是研究雷达
第4章仿真软件设计方案 4.1总体设计方案 警戒雷达接收机仿真平台总体方案的思路是不设计硬件电路，只利用计算机软件仿真雷达所有的工作过程。该平台主要用于验证建立的信号模型、回波模型、噪声模型、雷达信号的发生和接收过程、数据处理算法等的正确性，不追求实时性，为便于开发与维护，采用MATLAB语言编程，利用MATLAB丰富的数字信号处理函数迅速建立起系统模型，在设计的任何阶段都能够很方便的对其进行修改。仿真平台外部环境模拟、雷达信号处理与数据处理进程尽可能与实际雷达的工作环境相匹配，接收机仿真平台工作流程，见图4.1。 图4.1接收机仿真流程图 当用户输入仿真参数后，雷达接收机仿真平台开始启动，各模块间可以实现数据、信息的传递及共享，其功能与雷达接收机各系统分机完成功能基本相同，同时仿真平台能够模拟外部环境参数，信号处理与数据处理进程尽可能与实际雷达的工作环境相匹配。 接收机系统的软件设计需要充分考虑系统的可维护性和可移植性，基于模块化方法，建立仿真平台的软件设计规范和约定，把仿真平台要完成的功能分解细化，变成相对独立的子程序模块的开发，降低系统的复杂性，使得系统容易修改，为后期继续研究提供良好的实验平台。 4.2各模块设计方案 4.2.1回波信号产生模块 在雷达信号模拟中，一项很重要的工作就是为雷达目标和雷达工作环境建立
数学模型。模拟回波与实际雷达回波的相似程度主要取决于目标和环境模型的选择。由于一种模型一般只适用于某些特定情况，因此对不同体制的雷达，应具体研究目标和环境模型的设置方法。根据仿真系统功能要求和总体方案，回波信号产生模块需要具备的功能模块有回波信号发生器、杂波发生器、噪声发生器。 回波信号产生模块连接关系，如图4.2所示。 图4.2回杂波模块关系图 雷达回波模型主要包括目标模型、噪声模型、杂波模型。 雷达回波的目标模型包括信号类型，目标距离、回波幅度、幅度起伏、多普勒频率。信号类型主要包括线性调频信号和相位编码信号。目标距离的模拟要根据目标运动的速度和方向以及雷达工作时间的变化计算产生。回波幅度的模拟要根据距离方程和目标散射截面的变化计算产生。幅度起伏通常采用斯威林的4种模型，与目标RCS起伏的统计分布和相关特性紧密相关，以及雷达系统参数有关[3]。 雷达系统的噪声通常是高斯分布的白噪声，因此可以采用蒙特卡洛方法模拟产生。但为了更广泛的适用于各种场合，本文同样也建立了其他噪声模型。 雷达系统的杂波变化复杂，一般来说，描述杂波变化规律的参数是概率密度函数和功率谱。雷达系统的杂波概率密度函数还与雷达系统的体制、参数有关，因此普通分辨率雷达和高分辨率雷达的杂波模型也不相同。杂波的功率谱取决于雷达与杂波的相对运动和雷达系统的参数。 回波信号模块模型汇总，如表4.1所示。
雷达原理复习总结-标准化文件发布号：（9556-EUATWK-MWUB-WUNN-INNUL-DDQTY-KII
雷达原理复习要点 第一章（重点） 1、雷达的基本概念 雷达概念(Radar)： radar的音译，Radio Detection and Ranging 的缩写。无线电探测和测距，无线电定位。 雷达的任务： 利用目标对电磁波的反射来发现目标并对目标进行定位，是一种电磁波的传感器、探测工具，能主动、实时、远距离、全天候、全天时获取目标信息。 从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息？ 斜距R : 雷达到目标的直线距离OP 方位α: 目标斜距R在水平面上的投影OB与某一起始方向(正北、正南或其它参考方向)在水平面上的夹角。 仰角β：斜距R与它在水平面上的投影OB在铅垂面上的夹角，有时也称为倾角或高低角。 2、目标距离的测量 测量原理 式中，R 为目标到雷达的单程距离， 为电磁波往返于目标与雷达之间的时间间隔，c 为电磁波的传播速率(=3×108米/秒) 距离测量分辨率 两个目标在距离方向上的最小可区分距离 最大不模糊距离 3、目标角度的测量方位分辨率取决于哪些因素 4、雷达的基本组成 雷达由哪几个主要部分，各部分的功能是什么 同步设备：雷达整机工作的频率和时间标准。 发射机：产生大功率射频脉冲。 收发转换开关: 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。 天线：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。 接收机：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。 显示器：显示目标回波，指示目标位置。 天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。 电源 第二章 1、雷达发射机的任务 为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去 2、雷达发射机的主要质量指标 工作频率或波段、输出功率、总效率、信号形式、信号稳定度 3、雷达发射机的分类 单级振荡式、主振放大式 4、单级振荡式和主振放大式发射机产生信号的原理，以及各自的优缺点 单级振荡式：
信号/数据处理 单脉冲雷达目标RCS特性测量技术研究3 陈大庆1,钱 丽2,张永福1 (1.太原卫星发射中心试验技术部, 太原030027) (2.南京电子技术研究所, 南京210013) 【摘要】 目前,雷达目标特性测量作为航天测控领域的一项新技术在雷达设计过程中得到广泛的应用。文中以一种单脉冲雷达散射截面(RCS)测量系统设计为背景,介绍了RCS概念及测量原理,重点从硬件设计方面阐述了RCS测量的关键技术及相关理论。从实际测量数据结果分析证明该系统具有较高的可靠性和数据获取能力,可在类似的产品设计中推广应用。 【关键词】 雷达;目标特性;雷达散射截面;接收机 中图分类号:T N957.5;T N958.4 文献标识码:A Study on M ea surem en t of M onopulse Radar Target RCS CHE N Da2qing1,Q I A N L i2,Z HANG Yong2fu1 (1.Test Technol ogy Depart m ent of Taiyuan Satellite Launch Center, Taiyuan030027,China) (2.Nanjing Research I nstitute of Electr onics Technol ogy, Nanjing210013,China) 【Abstract】 Radar target characteristics measure ment is currently a ne w technique that has been widely app lied t o radar syste m design in aer os pace measure ment and contr ol field.A ne w monopulse radar with powerful target RCS measure ment capabili2 ty is a key device of aer os pace measure ment and contr ol net w ork.I n this paper,using the design of this monopulse radar RCS measure ment syste m as backgr ou md,the basic p rinci p les and measure ment theory are intr oduced,and the key techniques and cor2 res ponding theories are described in detail fr om the vie wpoint of hard ware i m p le mentati on.The collected measure ment data analysis result show that the measure ment syste m is highly reliable and well suited f or inf or mati on extracti on,has significant generalizati on p r os pect f or si m ilar design work. 【Key words】radar;target characteristics;RCS;receiver 0 引 言 雷达目标特性测量作为航天测控领域的一项先进技术在新型雷达设计过程中得到广泛的应用,它是通过在重要的各姿态角位置RCS的测量,确定目标形状、尺寸[1]。这是一项具有前沿性的研究工作,已引起国内外专家高度重视。 高精度测量雷达一般通过测量目标的运动特性、雷达反射特性、多普勒特性获取目标信息,雷达RCS 特性测量即是测量目标的反射特性。作为目标RCS 特性测量过程大致分为[2]:对基本散射现象的理解、系统性能验证、获取诊断数据、建立数据库以及目标识别分类。 本文以一种脉冲雷达目标RCS测量通道为背景,详细论述了目标信息获取过程设计的关键技术。1 目标有效散射面积[2-3] 雷达目标回波的强度通常用雷达有效散射面积来表征,目标的有效散射面积有时也称为有效反射面积,常用字母σ来表示。所谓有效反射面积就是把目标看成一个假想的,垂直与天线波束方向的无损耗的各方向均匀的反射体,它在雷达处产生的功率密度和实际目标相同,这个假想的反射体的面积就是实际目标的有效散射面积σ。其表达式为 σ=4πR2E2 E1 2 (1) 式中:E 1 为入射电场强度;E 2 为反射电场强度。 从式(1)可以看出,目标的有效散射面积是用目标散射电磁波的能力来描述的,是目标对雷达入射能量进行散射能力的测量。其大小主要取决于目标的参 82 第30卷 第12期 2008年12月 现代雷达 Modern Radar Vol.30 No.12 Dece mber2008 3收稿日期:2008208211 修订日期:2008211207
第一章 绪论（重点） 1、雷达的基本概念 雷达概念(Radar)，雷达的任务是什么，从雷达回波中可以提取目标的哪些有用信息,通过什么方式获取这些信息 雷达概念：Radio Detection and Ranging 的缩写。无线电探测和测距，无线电定位。 雷达的任务：雷达检测，目标定位，目标跟踪，目标成像，目标识别。 从雷达回波中可以提取目标的有用信息,获取方式： 目标信息 雷达提取 空间位置 距离 R=Ct/2 回波延时 方位 天线扫描 仰角 速度 多普勒频移 尺寸和形状 回波延时、多普勒频移 2、目标距离的测量 测量原理、距离测量分辨率、最大不模糊距离 测量原理:通过接收信号的时间延迟进行测距 R=Ct/2 (t:滞后时间) 距离测量分辨率 最大不模糊距离 3、目标角度的测量 角度分辨率 角度分辨率：位于同一距离上的两个目标在方位角平面或仰角平面上可被区分的最小角度4、雷达的基本组成 哪几个主要部分，各部分的功能是什么 同步设备(Synchronizer)：雷达整机工作的频率和时间标准。 发射机(Transmitter)：产生大功率射频脉冲。 收发转换开关(Duplexer): 收发共用一副天线必需，完成天线与发射机和接收机连通之间的切换。 天线(Antenna)：将发射信号向空间定向辐射，并接收目标回波。 接收机(Receiver)：把回波信号放大，检波后用于目标检测、显示或其它雷达信号处理。 显示器(Scope)：显示目标回波，指示目标位置。 天线控制(伺服)装置：控制天线波束在空间扫描。 电源 第二章 雷达发射机 1、雷达发射机的任务 雷达发射机的任务：为雷达提供一个载波受到调制的大功率射频信号，经馈线和收发开关由天线辐射出去。 2、雷达发射机的主要质量指标 雷达发射机的主要质量指标：工作频率或波段，输出功率，总效率，信号形式，信号稳定度 3、雷达发射机的分类 雷达发射机的分类： 1、按调制方式： ①连续波发射机 ②脉冲发射机