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。
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
一、绪论 雷达：无线电探测与测距。利用电磁波对目标检测、定位、跟踪、成像和识别。 雷达利用目标对电磁波的反射或散射现象来发现目标并测定其位置的。 组成框图 雷达测量原理 雷达发射信号： 雷达接收信号： 雷达利用收发信号之间的相关性获取目标信息 雷达组成： 天线：向确定的方向发射和接收特定频段的电磁波 收发开关： 发射状态将发射机输出功率接到天线，保护接收机输入端 接收状态将天线接收信号接到接收机，防止发射机旁路信号 发射机：在特定的时间、以特定的频率和相位产生大功率电磁波 接收机：放大微弱的回波信号，解调目标信息 雷达的工作频率： 工作频率范围：22mhz--35ghz 扩展范围：2mhz--94ghz 绝大部分雷达工作在：200mhz--10000ghz 雷达的威力范围：最大作用距离、最小作用距离、最大仰角、最小仰角、方位角范围 分辨力：区分点目标在位置上靠近的能力 距离分辨力：同一方向上两个目标之间最小可区别的距离 角度分辨力：在同一距离上的两个不同方向的点目标之间最小能区别的角度 数据率：雷达对整个威力范围内完成一次搜索所需要的时间倒数，也就是单位时间内雷达所能提供对一个目标数据的次数。 跟踪速度：自动跟踪雷达连续跟踪运动目标的最大可能速度 发射功率的和调制波形： 发射功率的大小直接影响雷达的作用距离
发射信号的调制波形： 早期简单脉冲波形，近代采用复杂波形 脉冲宽度：脉冲雷达发射信号所占的时间。影响探测能力和距离分辨力 重复频率：发射机每秒发射的脉冲个数，其倒数是重复周期。决定单值测距的范围，影响不模糊速区域大小 天线波束形状天线：一般用水平面和垂直面内的波束宽度来表示 天线的扫描方式：搜索和跟踪目标时，天线的主瓣按照一定规律在空间所作的反复运动。机械性扫描和电扫描 接收机的灵敏度：通常规定在保证50%、90%的发现概率条件下，接收机输入端回波信号的功率作为接收机的最小可检测信号功率。这个功率越小接收机的灵敏度越高，雷达的作用距离越远。 显示器的形式和数量：雷达显示器是向操纵人员提供雷达信息的一种终端设备，是人际联系的一个环节。 电子战对抗中的雷达： 电子战（EW ）:敌我双方利用无线电电子装备或器材所进行的电磁信息斗争，包括电子对抗和电子反对抗。 电子对抗（ECM ）：为了探测敌方无线电电子装备的电磁信息（电磁侦察），削弱或破坏其使用效能所采取的一切战术、技术措施（电子干扰、伪装、隐身和摧毁） 电子反对抗（ECCM ）：在敌方实施电子对抗的条件下，保证我方有效采用电磁信息所采取的一切战术、技术措施（反侦察、抗干扰、反伪装、反隐身、反摧毁） 雷达反干扰 天线抗干扰：低旁瓣、旁瓣对消、波束控制、随机扫描 发射机抗干扰：提高有效辐射功率、频率捷变、频率编码、频率分集、脉冲压缩、波形隐蔽、窄脉冲、重频时变 接收机、信号处理机抗干扰：接收机抗饱和、重频、脉宽鉴别、MTI 、MTD 、积累检测 二、发射机 发射机任务：产生大功率高频振荡发射信号。脉冲雷达要求发射机产生一定宽度、一定重复频率、一定波形的大功率射频脉冲列 基本类型：连续波发射机、脉冲调制发射机（单极振荡式发射机、主振荡式发射机） 输出功率：发射机送到天线输入端的功率 峰值功率：脉冲期间发射机输出功率的平均值（不要过分增大法设计的峰值功率） 平均功率：脉冲重复周期内输出功率的平均值： 工作比D: 常规脉冲雷达工作比0.001 脉冲多普勒雷达工作比10-2 ~10-1量级 连续波雷达工作比100% 总功率：发射机输出功率与输入功率之比 主振放大式发射机特别注意改善输出级效率 信号形式： 信号形式由雷达体制决定 常规脉冲雷达为简单脉冲波形，特殊体制雷达为复杂调制波形 t r av P T P τ=r r T F D ττ= =
龙源期刊网 https://www.doczj.com/doc/944005065.html, LFMCW雷达系统的设计与仿真 作者：杨宜禥李小兵 来源：《信息技术时代·中旬刊》2019年第01期 摘要：阐述了LFMCW雷达的基本理论；从波形选择、调频带宽选择、调频周期选择和恒虚警检测参数选择等方面详细介绍了LFMCW雷达系统的设计，并对设计的系统进行了仿真，仿真结果验证了设计要求。关键词：LFMCW雷达系统；恒虚警检测；仿真 1.概述本文主要介绍LFMCW雷达系统设计与仿真。首先，介绍LFMCW雷达信号处理算法的基本理论，主要 从理论的角度解释常用的测距、测速、测角算法以及恒虚警检测算法。然后，详细地阐述了LFMCW雷达系统的设计过程，研究了波形选择、波形参数以及恒虚警检测参数对LFMCW雷达系统性能的影响。最后，通过MATLAB对LFMCW雷达系统进行仿真，以验证雷达系统设计的正确性。2.LFMCW雷达的基本理论 2.1 测距测速算法锯齿波LFMCW发射信号的包络不随时间变化，在每个时间周期内线性变化，故其信号特征为锯齿波，如图 2-1 所示，设LFMCW发射信号的载频为f0，调频带宽为B，调频周期为TF。其中，TR=2R/c，表示雷达 发射信号经过距离R的回波延时，其中R表示点目标与雷达之间的距离，c则在式中表示电磁波传播的速度，其值为光速，通常来说，TF远大于tR。当目标处于静止状态时，由于不存在多普勒效应，故LFMCW雷达的发射信号与接收信号之间的频率之差是一个常数fΔ，且与雷达和目标之间的距离呈现正向关系，其相关关系如式（2-1）所示。式（2-1）中各个参数的物理含义同前所述。以上对于频差fΔ虽然是在静止目标的基础上进行分析的，但是经过分析可知，发射信号与接收信号之间的频率之差fΔ同时包含着目标的距离信息与频率信息，只要通过测量频差fΔ，就可以得到距离等目标参量。现实情况下，被探测目标与雷达之间往往存在 着相对运动，此时雷达和目标之间存在着相对径向速度，故存在多普勒效应，差拍信号的频率值fΔ一直处于变化之中。当目标与雷达之间的距离不断改变时，其变化的快慢会在多普勒频率中得以体现。当背景噪声、杂波干扰与目标同时存在于雷达的同一空间分辨单元内时，雷达可利用它们彼此不甚相同的多普勒频率作为分辨因素，摒除干扰，从而专注于对目标的追踪。因此在变化的频差中存在着目标的距离和速度等有用信息。在工程实现中常用的锯齿波调制LFMCW信号处理方法是对差拍信号按重复周期采样，设每个周期采样N点，并且连续采集 M个重复周期，将每个重复周期内的N点采样数据进行一次N点FFT（距离维FFT），即可将距离维上不同的距离单元区分开；再对距离维FFT结果中的属于同一距离单元的M点采样数据进行一次M点FFT（速度维FFT），即可区分同一距离单元内不同多普勒单元，其过程如图2-3所示。 2.2 测角算法 LFMCW雷达的相位法测角是利用多个天线接收的回波差拍信号之间的相位差进行测角。根据图2-4，我们可以展开分析，设在θ方向有远区目标，电磁波到达接收点的目标后被反射，其之后的传播可被视为平面波。由于两天线并不重合，导致它们接收到的信号存在波程差ΔR，进而产生相应的相位差φ，由图2-4可知：式（2-2）中，λ为雷达波长。通过测量相位差φ即可反向推导出目标方向θ。3.LFMCW雷达系统的设计本文设计的LFMCW雷达系统相关指标如下：载波频率在24GHz频段，测距精度ΔR≤0.6m，测速精度Δv≤0.4m/s，测角精度Δθ≤0.3o，最大可测距离Rmax≥50m，最大可检测目标数≥16。3.1 波形选择在LFMCW雷达系统设计时，常用到锯齿波调制和三角波调制这两种线性调频方式。选用
1总体技术方案 1.1总体设计概述 雷达信号环境模拟器能够产生各种类型的雷达辐射信号，为XX电子侦察设备的鉴定试验，产生所要求的各种类型的雷达辐射信号，构建既定的复杂雷达信号的电磁环境，以便准确评估雷达侦察设备的技术战术指标和效能。 雷达信号环境模拟器在系统中的地位和作用如下图所示： 图4.1-1 设备在系统中的地位和作用 测评系统主要由被试的雷达侦察设备、雷达信号环境模拟器(5个频段构成)、评测系统软件等设备组成。 1.2总体设计方案 雷达信号环境模拟器的总体组成框图如下图所示：
辐射源数据库用于存储各种雷达和平台的参数(包括真实雷达和虚拟雷达)，通过主控计算机进行读取，辐射源数据可以进行添加、修改和删除等操作。 主控计算机是人机交互的平台，主要完成试验场景描述、试验过程的管理和试验工作状态和参数记录等。试验场景描述首先进行需要模拟的雷达的数量、位置的设定，然后从雷达辐射源库中选取雷达参数，对每部雷达的类型、天线扫描方式、扫描周期、扫描速度、雷达信号的射频频率、脉冲宽度、脉冲重复周期PRI 变化类型等进行配置。主控计算机根据设置的每部雷达的参数，将需要模拟的雷达动态分配给1~5个雷达信号模拟器中的一个，再利用通信接口将相应的雷达参数发送到对应频段的雷达信号模拟器。 各频段的雷达信号模拟器内置的控制DSP ，根据主控计算机传送的雷达信号数量和雷达信号参数数据，按照每部雷达各自的脉冲时序，生成对应的时序控制信号，分配给每个雷达中频信号产生器，产生所需要的雷达中频信号波形数据和中频信号。控制DSP 根据雷达工作频段，控制信号各波段射频模块进行变频和放大，通过天线辐射出去。 各频段的雷达信号模拟器配置有位置和授时接口，用于接收载车提供的GPS/北斗位置和授时信息。在试验过程中记录各频段雷达信号模拟器的当前位置信息，并且以授时时间作为时间基准，按照场景设定的时间要求模拟产生雷达
24GHz雷达传感器的运用电路图 本产品可广泛应用于类似自动门控制开关、安全防范系统、ATM自动提款机的自动录像控制系统、火车自动信号机等，需要自动感应控制的场所。这是一种标准的24GHz雷达传感器，这种探测方式与其它探测方式相比具有如下的优点：１、非接触探测；２、不受温度、湿度、噪声、气流、尘埃、光线等影响，适合恶劣环境；3、抗射频干扰能力强；４、输出功率仅有10mW，对人体构不成危害；５、远距离：探测范围超过20米。 多普勒原理简介：多普勒理论是以时间为基础的，当无线电波在行进过程中碰到物体时，该电波会被反射，反射波的频率会随碰到物体的移动状态而改变。如果无线电波碰到的物体的位置是固定的，那么反射波的频率和发射波的频率应该相等。如果物体朝着发射的方向移动，则反射回来的波会被压缩，就是说反射波的频率会增加；反之，当物体朝着远离发射的方向移动时，反射回来的波的频率会随之减小，这就是多普勒效应。这种现象在日常生活中会经常遇到，比如一辆鸣笛的警车从你身边高速通过时，你听到的声音的频率是变化的：当警车高速接近你的时候，（与静止声源相比）声音传输的时间缩短，频率升高。当警车远离你的时候，声音的传输时间拉长，频率降低。 应用实例一：自动门控制、ATM提款机自动录像控制
本电路作用距离4－15米连续可调，和热释电红外探测器相比，具有抗强光干扰，探测距离远，不受温、湿度影响等优点。 电路原理简述：图中U1是微波感应探测器模块，通过K202,K203,R202,R219向模块提供2kHz 的脉动电源（能产生频率为2khz 高电平宽度为20uS的电路很多，如使用反向器CD4069、lm555 等），K201在U1起作用期间导通，把U1输出的反应物体移动的低频信号选通输出，C202为采样保持电路，保证信号的连续和完整。由LM358组成的两极低通放大电路把U1的输出放大，在LM358的1脚输出。可调电阻R213 用于调整一级放大器的增益，调整R213的大小可以调整探测距离。 应用实例二：火车自动信号机开关电路 作用距离：1－9米连续可调。这种电路的抗干扰能力更强，调整范围更大，可以应用于野外和条件较为恶劣的场所使用。
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）
摘要 雷达通过对回波信号进行接收检测处理来识别复杂回波中的有用信息．其中，雷达信号波形的选择与设计有着相当重要的作用，它直接影响到雷达发射机形式的选择、信号处理方式、雷达的作用距离及抗于扰、抗截获等很多重要问题。所以，为了选择或者设计出适合特定用途的雷达信号形式，在对雷达系统设计之前有必要研究各种雷达信号的性能。雷达信号模糊函数全面地反映了雷达所发射的信号在距离和速度二维上的测量精度和分辨率，因此，雷达信号模糊函数理论对于雷达最优波形设计具有非常重要的意义。 现代信息技术的发展对现代雷达系统在有效作用距离、分辨率、测量精度以及电子对抗诸多方面提出了越来越高的要求。针对现代雷达的特殊用途，模糊函数理论为系统研究最优波形提供了基本的研究平台。模糊函数把雷达接收机输出信号的复包络描述为雷达目标距离和径向速度的函数，它可以提供分辨力、测量精度和杂波抑制等重要信息。模糊函数可以作为单一目标距离和速度的精度与分辨率评估尺度参数，根据这些参数还可以可靠区分多个目标．采用仿真的方法对雷达信号及其性能进行研究具有许多优越性。首先，通过仿真可以在不更改主要的硬件和软件的情况下，灵活地选择和改变参数值。第二，仿真可使雷达信号的设计人员通过改变参数，评价不同作战环境下各种参数对雷达系统性能的影响。第三，对关键技术及参数在仿真中加以研究，可节省大量的人力、物力和财力，并且具有很高的灵活性和可重复性，从而达到节省研制费用、缩短研制周期的目的。 本文基于雷达信号波形设计，从几类雷达发射信号出发，推导出不同雷达信号的模糊函数的数学模型，并绘制出模糊函数图，根据模糊函数图分析各类信号特点。在此基础上，根据雷达系统的要求（如分辨力、精度、抗干扰等），对线性调频信号雷达进行了仿真实验，评估所设计雷达信号的实用的价值。本文在波形设计过程中主要采用Ｍａｔｌａｂ对各模块进行功能建模和仿真，取得了较好的仿真效果。仿真研究表明，模糊函数全面反映了雷达所发射的信号在距离和速度上的测量精度和分辨能力。在给定目标环境的条件下，模糊函数可以作为设计和选择合适的雷达信号的重要方法。 关键词：雷达信号，波形设计，模糊函数。模糊函数图 第１章引言 随着我国科学事业的迅速发展，雷达研制已进入一个崭新的阶段。人造地球卫星、飞船、火箭、导弹的发射成功，都离不开高精度的雷达设备，目标分辨已成为雷达设计中突出的实际问题。模糊函数是对雷达信号进行分析研究和波形设计的有效工具，是雷达信号理论中极为重要的一个概念。模糊函数最初是在研究雷达目标分辨力问题时提出的，并从衡量两个不同距离和不同径向速度目标的分辨度出发提出了模糊函数的定义。但模糊函数不仅可以说明分辨力，还可以说明测量精度，测量模糊度以及抗干扰状况等问题。 １．１雷达信号模糊函数研究的重要意义
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
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
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
沈阳理工大学 雷达成像实验（论文）简单雷达实信号仿真实验 年级: 2011届 学号: 1103060425 姓名: 专业: 通信工程 指导老师: 二零一四年十月
院系信息科学与工程学院专业通信工程 年级 2011届姓名 题目简单雷达实信号仿真实验 指导教师： 评语 指导教师 (签章) 成绩 年月日
摘要 运用数字信号处理理论和Matlab 软件研究的脉冲压缩多普勒雷达的信号处理仿真问题,提出了一个仿真模型,该模型能够仿真雷达信号、系统噪声与杂波的产生和脉冲压缩多普勒雷达系统中信号的动态处理过程,最后结合MIMO雷达信号特点 ,显示了使用Matlab 仿真雷达信号处理系统方便快捷的特点。 关键词: MIMO 模糊图脉冲压缩
Abstract The use of digital signal processing theory and Matlab software research Dop pler radar pulse compression signal processing simulation, a simulation model to simulation of radar signals, the system noise and clutter of the generation and p ulse compression Doppler radar system Dynamic signal processing, the final com bination of the characteristics of MIMO radar signal, indicating the use of Matlab simulation of the radar signal processing system characterized by convenient an d efficient. Key words: MIMO. Fuzzy Graph .pulse compression
U4A 74ALS04U4B 74ALS04 U4C 74ALS04 U4D 74ALS04 U4E 74ALS04 LS1 TX(F) R8 1K R9 1K VCC P10 图3-1 超声波发射电路 图3-2 集成电路CX20106A内部结构图 CX20106A的引脚注释： （1）l 脚：超声波信号输入端，该脚的输入阻抗约为40kΩ。 （2）2脚：该脚与GND之间连接RC串联网络，它们是负反馈串联网络的一个组成部分，改变它们的数值能改变前置放大器的增益和频率特性。增大电阻R或减小C，将使负反馈量增大，放大倍数下降，反之则放大倍数增大。 但C的改变会影响到频率特性，一般在实际使用中不必改动，推荐选用参数为R=4.7Ω，C=3.3μF。 （3）3脚：该脚与GND之间连接检波电容，电容量大为平均值检波，瞬间相应灵敏度低；若容量小，则为峰值检波，瞬间相应灵敏度高，但检波输出的脉冲宽度变动大，易造成误动作，推荐参数为3.3μF。 （4）4脚：接地端。 （5）5脚：该脚与电源端VCC接入一个电阻，用以设置带通滤波器的中心频率f0，阻值越大，中心频率越低。例如，取R=200kΩ时，fn≈42kHz，若取R=220kΩ，则中心频率f0≈38KHz。 （6）6脚：该脚与GND之间接入一个积分电容，标准值为330pF，如果该
电容取得太大，会使探测距离变短。 （7） 7脚：遥控命令输出端，它是集电极开路的输出方式，因此该引脚必须 接上一个上拉电阻到电源端，该电阻推荐阻值为22k Ω，没有接收信号时该端输出为高电平，有信号时则会下降。 （8） 8脚： 电源正极，4.5V ～5V 。 LS3 4 图3-3 超声波检测接收电路图
电子科技大学 雷达信号产生与处理实验课程设计 课程名称:雷达信号产生与处理的设计与验证 指导老师：姒强 小组成员： 学院：信息与通信工程学院 一、实验项目名称：雷达信号产生与处理的设计与验证课程设计 二、实验目的： 1.熟悉QuartusII的开发、调试、测试 2.LFM中频信号产生与接收的实现 3.LFM脉冲压缩处理的实现
三、实验内容： 1.输出一路中频LFM信号：T=24us，B=5MHz，f0=30MHz 2.构造中频数字接收机（DDC）对上述信号接收 3.输出接收机的基带LFM信号，采样率7.5MHz 4.输出脉冲压缩结果 四、实验要求： 1.波形产生DAC时钟自行确定 2.接收机ADC采样时钟自行确定 3.波形产生方案及相应参数自行确定 4.接收机方案及相应参数自行确定 五、实验环境、工具： MATLAB软件、QuartusII软件、软件仿真、计算机 六、实验原理： 方案总框图：
（1）matlab产生LFM信号 LFM信号要求为T=24us，B=5MHz，f0 =30MHz。选择采样率为45MHz。 产生LFM的matlab代码如下： MHz=1e+6; us=1e-6; %-------------------------波形参数----------------------------- fs=45*MHz; f0=30*MHz; B=5*MHz; T=24*us; Tb=72*us; SupN=fs/7.5/MHz; %-------------------------波形计算----------------------------- K=B/T; Ts=1/fs; tsam=0:Ts:T; LFM=sin((2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .^2)); LFM=[zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(1,Tb/Ts)]; N=length(LFM); Fig=figure; x_axis=(1:N)*Ts/us; plot(x_axis,real(LFM),'r'); title('LFM原始波形');xlabel('时间(us)'); ylabel('归一化幅度'); zoom xon; grid on; axis([min(x_axis) max(x_axis) -1.1 1.1]); 编写matlab程序将中频LFM信号画出来