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雷达信号分析与处理第三章

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《雷达信号分析》课件

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系统测试与性能评估
总结词
测试、性能
详细描述
该部分主要介绍了系统的测试方法和性能评估，包括测试环境、测试内容、测试结果等，并对系统的 性能进行了全面的评估，为后续的系统优化和改进提供了依据。
THANKS
[ 感谢观看 ]
总结词
军事侦查与目标识别是雷达信号处理的重要 应用领域之一，通过处理雷达回波信号，提 取目标特征，实现目标的快速、准确识别。
详细描述
雷达系统通过发射电磁波，遇到目标后反射 回来被接收，经过信号处理提取出目标的距 离、速度、方位等参数，以及目标的形状、 尺寸等特征。这些信息对于军事侦查和目标 识别具有重要意义，可以帮助指挥官做出快
CHAPTER 06
案例分析：某型雷达信号处理系统 设计
系统概述与需求分析
总结词
概述、需求
详细描述
该部分主要介绍了某型雷达信号处理系统的基本情况，包括系统功能、应用场 景等，并对系统的需求进行了详细的分析，为后续的系统设计提供了依据。
系统架构与模块设计
总结词
架构、模块
详细描述
该部分主要介绍了系统的整体架构和 各个模块的设计，包括信号输入、处 理、输出等模块，以及各模块之间的 连接和交互方式，为后续的系统实现 提供了基础。
小波变换
总结词
多尺度分析
详细描述
小波变换是一种多尺度、多分辨率的信号处理方法，适合分析非平稳信号。它能够同时 在时域和频域对信号进行分析，揭示信号在不同尺度上的特征，广泛应用于雷达信号的
降噪、目标识别和运动目标跟踪等领域。
神经网络算法
总结词
自适应算法
详细描述
神经网络算法是一种模拟人脑神经元工作方 式的自适应算法，能够通过学习自动提取输 入数据的内在规律和模式。在雷达信号处理 中，神经网络可以用于自动目标识别、干扰 抑制、高分辨成像等方面。

《雷达信号分析》课件

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contents
目录
• 雷达信号概述 • 雷达信号处理基础 • 雷达信号处理算法 • 雷达信号处理系统设计 • 雷达信号处理技术前沿
01
雷达信号概述
雷达信号的定义
01
02
03
雷达信号
由雷达设备发射的电磁波 信号，用于探测、跟踪和 识别目标。
雷达信号的特性
具有特定的频率、波形和 发射方式，能够穿透不同 的介质和环境条件。
监视等操作。
雷达信号处理系统的性能评估
性能评估指标
包括系统稳定性、实时性、精度和可靠性等。
测试与验证
通过实际测试和模拟实验，对雷达信号处理系统的各项性能指标进行评估和验 证。
05
雷达信号处理技术前沿
雷达信号处理的智能化技术
总结词
雷达信号处理的智能化技术是当前研究的热点，通过人工智能和机器学习等方法，实现对雷达信号的自动分析和 处理，提高雷达的探测性能和目标识别能力。
详细描述
雷达信号处理的抗干扰技术包括频域滤波、时域滤波、极化滤波等多种方法。这些技术能够有效地滤 除干扰信号，提取出有用的目标信息，提高雷达的探测精度和可靠性。同时，抗干扰技术还能够降低 雷达系统的复杂性和成本，具有广泛的应用前景。
雷达信号处理的实时处理技术
总结词
实时处理技术是雷达信号处理的另一个 重要方向，通过高效的算法和硬件实现 ，实现对雷达信号的快速处理和分析。
中值滤波算法
将信号按大小排序，用中值代替异常值，适用于去除脉冲噪声。
卡尔曼滤波算法
利用状态方程和观测方程对信号进行最优估计，适用于跟踪和预 测。
雷达信号的压缩算法
离散余弦变换（DCT）
将信号从时域转换到频域，去除冗余信息，减小数据量。

信号分析与处理第3章习题答案[山东大学]

信号分析与处理第3章习题答案[山东大学]

j 2 n
j 2 n
n
j 2 = X (e )
1
j 3-3 已知 X(e ) =
| ω | < ω0
0
j 求 X(e ) 的傅里叶反变换
ω0≤ | ω | ≤π
1 解：x(n) = 2
= =
X (e


j
)e jn d
1 2
e

0
0
jn
d
1 0 e jn | 0 2jn
n 0
3
3
nk ne j 2N
2
∴ X (0) cos
n 0 3
ne j 0 1 0 1 0 0
2
X (1) cos
n 0 3
n ne j 2 1 0 1 0 2
2
X (2) cos
n 0
ne j n 1 0 1 0 0
n 0 3
j n 2

1 (2 j ) 1 3 j 2 j
X (2) x(n)e j n 1 (2) (1) (3) 5
n 0 3
X (3) x(n)e
n 0
j
3 n 2
1 2 j 1 (3 j ) 2 j
n
x(2n)e

m 2n
m
x(m)e


jm

2
jm jm 1 2 2 m取整数 [ x(m)e (1) m x(m)e ] 2 m jm j 1 1 2 2 m x ( m ) e x ( m ) ( e ) = + 2 m 2 m

第三章雷达信号模型及信号处理

第三章雷达信号模型及信号处理
Suppose that we want to measure the position and speed of an object -- for example a car going through a radar speed trap. Naively, we assume that (at a particular moment in time) the car has a definite position and speed, and how accurately t l we can measure these th values l d depends d on the th quality lit of f our measuring i equipment i t -- if we improve i th the precision of our measuring equipment, we will get a result that is closer to the true value. In particular, we would assume that how precisely we measure the speed of the car does not affect its position, and vice versa. In 1927, 1927 German physicist Werner Heisenberg proved that these assumptions are not correct. correct Quantum mechanics shows that certain pairs of physical properties, like position and speed, cannot both be known to arbitrary precision. That is, the more precisely one property is known, the less precisely the other can be known. This statement is known as the uncertainty principle (or Heisenberg's uncertainty principle). The uncertainty principle isn't a statement about the accuracy of our measuring equipment, equipment but about the nature of the system itself -- our naive assumption that the car had a definite position and speed was incorrect. On a scale of cars and people, these uncertainties are too small to notice, but when dealing with atoms and electrons they become critical. yp principle p shows mathematically y that the p product of the uncertainty y in the p position and momentum of The uncertainty a particle (momentum is velocity multiplied by mass) could never be less than a certain value, and that this value was related to Planck's constant.

雷达信号分析与处理.共45页PPT

雷达信号分析与处理.共45页PPT

66、节制使快乐增加并使享受加强。 ——德 谟克利 特 67、今天应做的事没有做，明天再早也 是耽误 了。——裴斯 泰洛齐 68、决定一个人的一生，以及整个命运 的，只 是一瞬 之间。 ——歌 德 69、懒人无法享受休息之乐。——拉布 克 70、浪费时间是一桩大罪过。——卢梭
Байду номын сангаас
雷达信号分析与处理.
51、没有哪个社会可以制订一部永远 适用的 宪法， 甚至一 条永远 适用的 法律。 ——杰 斐逊 52、法律源于人的自卫本能。——英 格索尔
53、人们通常会发现，法律就是这样 一种的 网，触 犯法律 的人， 小的可 以穿网 而过， 大的可 以破网 而出， 只有中 等的才 会坠入 网中。 ——申 斯通 54、法律就是法律它是一座雄伟的大 夏，庇 护着我 们大家 ；它的 每一块 砖石都 垒在另 一块砖 石上。 ——高 尔斯华 绥 55、今天的法律未必明天仍是法律。 ——罗·伯顿

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。
ERP PJ GJ LJ

《雷达信号分析》PPT课件


2
t 2 dt
三、单载频矩形脉冲信号： 2 2 T 2
3
26
§3.4 信号的非线性相位特性
对测量精度的影响
(t) 0，具有非线性相位。
时间相位常数： 2 t ' (t)a2 (t)dt 2 t ' (t) u(t) 2 dt
2
[a(t)] dt
u(t) 2 dt
2
2 0
2E N0
1 [1
(
0
)2 ]
2
2 0
1
2E [1 (
N0
0
)2 ]
结论：① ②
27
例1： u(t) rect( t )e jkt2
T
t T
(t ) k t 2 ' (t ) 2k t
2
t ' (t)a 2 (t)dt
2
T /2
t(2kt)dt
T / 2
2kT2
2
[a(t)] dt
20
经过推导有：
Sr (t)
[t
2v t
]e
j
2f0 [t
2vt C
]
C
[t ]e j 2f0 e j 2 ( f0 fd )t
1
2v , C
fd
2v C
f0
2v
运动目标的影响：① 压缩/展宽；②多普勒偏差。
考虑到 1, f0 f有d ：
S r (t) [t ]e j 2 ( f0 fd )(t )
4
7 相干脉冲串信号
7.1相干脉冲串信号 7.2 均匀脉冲串信号的频谱 7.3 均匀脉冲串信号的模糊函数 *7.4 均匀脉冲串信号的性能 *7.5 均匀脉冲串信号的处理方法 *7.6 其它形式脉冲串信号简介

信号检测与估计理论(3)第三章 克拉美-罗下限


假设信号是正弦信号，s[n; f0 ] = Acos(2π f0n + φ)
0<
f0
<
1 2
其幅值和相位已知，估计 f 0 的CRLB。根据式（3-14）有
var( fˆ0 ) ≥ N −1
σ2
∑ A2 [2π n sin(2π f0 + φ )]2
n=0
（3-15）
图3-3给出了CRLB与频率的关系，这里信噪比SN为 A2 σ 2 = 1，
Aˆ = x[0] 是一个无偏估计，且方差为 σ 2，因此，随 着 σ 2的减少，估计的准确性得到提高。
3.1 估计的准确性
对于2个不同方差的PDF，它们是给定x[0]下的关 于A的函数。
pi ( x[0]; A) =
1
2πσ
2 i
exp ⎡⎢− ⎣
1
2σ
2 i
(x[0] −
A)
2
⎤ ⎥
⎦
i=(1 2) (3-1)
3-1（a）范围宽。
3.1 估计的准确性
对于给定的x，PDF看作未知参量的函数时，PDF称为似然函 数。图3-1中可以看出似然函数的锐度（sharpness）决定着估 计的精度。
为了证明这一点，用峰值处的2阶导数的负数来有效地测量这 个锐度。这就是似然函数的曲率。我们考虑图3-1中的PDF的自 然对数
var(θˆ) ≥
1
−
E
⎡ ⎢⎣
∂
2
ln p(x;θ ∂θ 2
)
⎤ ⎥⎦
(3-6)
3.2 克拉美-罗下界（CRLB）
这里导数值是真值 θ 下的值。对所有可能
的 θ ，对于某个函数g和I，当且仅当

第三章 SAR基本原理


Fp(%) 0.0 1.5 6.0 13.4 23.4 35.7 50.0 65.8 82.6 100.0
雷达图像的透视收缩，实际上是电磁波能量集中的表现，前坡的收缩比后坡严 重，所以前坡的图像要比后坡“亮”，当整个坡度收缩成一点，图像最“亮”。
顶底位移（Layover)
• 顶底位移是透视收缩的一种极端情况，它发生在入射角小于局部地形 倾斜角时。
• In imagery, radar shadows occur in the down-range direction behind tall objects. They are a good indicator of radar illumination direction if annotation is missing or incomplete.
阴影（shadow)
• Radar shadows in imagery indicate those areas on the ground surface not illuminated by the radar. Since no return signal is received, radar shadows appear very dark in tone on the imagery.
2007,12
Radarsat-2,
C Qud Pol
10
工作频段的选择
• Application factors: – Radar wavelength should be matched to the size of the surface features that
we wish to discriminate • – e.g. Ice discrimination, small features, use X-band • – e.g. Geology mapping, large features, use L-band • – e.g. Foliage penetration, better at low frequencies,use P-band In general, C-band is a good compromise • System factors: – Low frequencies: • More difficult processing • Need larger antennas and feeds • Simpler electronics – High frequencies: • Need more power • More difficult electronics • Good component availability at X-band Note that many research SARs have multiple frequency bands
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12
第三章 雷达测量精度和分辨力
3.3 雷达测速精度
一、分析条件和方法 条件：①距离已知；②存在噪声；③相位为零；④视频情况； ⑤忽略其它因 素。 方法：均方差 B 2 2 二、分析结果 0 s f r ( f ) df

测速精度的均方根值

1 2E N0

（3.29）
回波信号
r (t ) a(t )e j (t ) j 2 t
为了找出测距精度， 使 Re Rr ( , ) Rn ( ) 最大

（1）假设目标的多普勒固定在一个比较小的 值，对 微分并令其等于 1 零，求得的时间位置为 1 （3.33） Re R ( 1 , 1 ) Rn ( 1 ) 0
j 2 f ( t ) 延迟时间 的发射波形 s(t ) (t )e 0
回波加噪声的混合波形 r (t ) sr (t ) na (t )
sr (t ) r (t )e j 2 f0t
na (t ) n(t )e j 2 f0t
7
第三章 雷达测量精度和分辨力
[ t ]e j 2 f0 e j 2 ( f0 fd )t
1
2v 2v 2v , fd f0 C C
运动目标的影响：① 压缩/展宽；②多普勒偏差。 说明： 1, f d f o , v c, BT c (声纳等除外)
2v
Sr (t ) [t ]e j 2 ( f0 fd )(t )
1、精度：测量单个目标参数的准确程度； 分辨力：区分两个或两个以上目标的能力。 （发射波形决定的最大理论精度和固有分辨力）

2、分析的前提：最佳处理系统、窄带信号、点目标
3、目的：用波形参量度量精度和分辨力 （ 均方根带宽， 均方根时宽，时间相位常数，有效相 关带宽，有效相关时宽 ）
3
第三章 雷达测量精度和分辨力

2.非线性相位特性需要对测量精度进行修正，此时的测量精度除了与均方 根带宽（时宽）有关外，还与均方根带宽时宽之积、时间相位常数有关； 3. 无非线性相位项时，测量精度不存在耦合，最大理论精度由均方根带宽 （时宽）决定。

18
第三章 雷达测量精度和分辨力
2 t u (t ) rect ( )e jkt 例3.3：求 T 解： 2
(t )

2 Ro c
R0
sr (t ) [t (t )]e j 2 f0 [t (t )]
2 R(t ) 2vt c c
点目标 vt
R(t)
4
第三章 雷达测量精度和分辨力
经过推导有：
vt 2vt j 2 f0 [t 2C ] S r (t ) [t ]e C [ t ]e j 2 ( f0 f d )(t )
第三章 雷达测量精度和分辨力
第三章
雷达测量精度和分辨力
3.1 “点目标”回波的数学模型 3.2 雷达测距精度 3.3 雷达测速精度 3.4 信号的非线性相位特性对测量精度的影响 3.5 雷达不定原理 3.6 距离分辨力 3.7 速度分辨力
2
第三章 雷达测量精度和分辨力

为研究分析各种复杂信号的性能提供了理论基 础，也是优化雷达波形设计的基础。
与信号特性有关
与噪声特性有关
8
第三章 雷达测量精度和分辨力
1.由于互相关函数中载频引起的多值性，考虑其包络最大，即
式
Re[ Rr (1 ) Rn (1 )] 取最大值，此时 Re[ R ' ( 1 ) R 'n ( 1 )] 0
r
2.将 Re[ Rur u ( )]
三、具体分析结果
s(t ) r (t ) dt
2 2 0
T
s(t ) dt r (t ) dt [s* (t )r (t ) s(t )r * (t )]dt
2 2 0 0 0
T
T
T
2E Wr 2Re[ s* (t )r (t )dt ]
5
第三章 雷达测量精度和分辨力

3.2 雷达测距精度
0
无噪声时回波波形
回波 回波+噪声
0
t
t
噪声对回波波形的扰动
6
第三章 雷达测量精度和分辨力
一、概念：延迟时间测量准确度。 二、分析条件和方法 条件：①速度已知；②存在噪声；③相位为零；④视频情况； ⑤忽略其它因素。 方法：均方差准则（延迟时间 的发射波形与回波加噪声的混合 波形之间构成均方差）

16


第三章 雷达测量精度和分辨力
（5）因为 a(t )的能谱是频率的偶函数，因此
Re Rr (0, 1 ) 21 t (t )a 2 (t )dt



（6） 1
Re Rn ( 1 ) 1 (2 ) t (t )a 2 (t )dt Rr (0, 0)
2 2

2
df
2

2 T 2 f 2 ft
2

df
T
0
2
2
2
2 B 2
B
f
2
sin ft df ft
2

Hale Waihona Puke 2 B 2Bsin ft df ft
1 BT sin BT 2[ T SiBT cos BT 1
X 0
]
3.1 复习：“点目标”回波的数学模型 点目标：目标尺寸远小于雷达分辨单元。 分析条件：①传播无衰减；②不考虑天线方向性（回波强度
不变）；③径向速度为正。 1、静止点目标 s(t ) (t )e j 2f 0t 发射信号： j 2f 0 ( t ) 回波信号： s r (t ) (t )e 2、运动点目标
BT
Si( x)
sin u du u
11
第三章 雷达测量精度和分辨力
矩形信号频谱
( f )
14
( 0T )2与BT的关系
0T
2
12 10 8 6
B 2
0
B 2
f
4 2 0 1
2
2
3
4
5
6
7
0T
2 BT
BT
02
2B T
信号的均方根带宽和信号的频谱带宽是不等的
测量精度的修正： 1 1 2 2 2E 2 2E 2 （3.50） 02 [1 ( ) ] （3.49） 02 [1 ( ) ] N 0 N0 0 结论： 0 1.信号 (t ) 0 且具有非线性相位，此时测距精度与测速精度之间有耦合， 其耦合程度由时间相位常数 决定，其取值与信号的时域特性有直接关系。
'
' '' 在 0 展开成泰勒级数：Re[ Ru u ( )] R ( 0 )( 0 )
r r
3.代入可得
(1 0 )
Re Rn (1 ) Rr ( 0 )
( 1 0 ) rms
' {Re[ Rnu ( 1 )]}rms R '' r ( 0 )
均方根时宽
2 t 2 t 2 dt 2 2 t dt
2
（3.30）
13
第三章 雷达测量精度和分辨力
例3.2 求单载频矩形脉冲信号的均方根时宽 T T t 解： t rect t
T
2 2
2( )

t T的时间相位常数
(t ) k t
2
' (t ) 2k t
t (2 kt )dt dt 4 2 kt 3
T /2 T /2 T /2

2 t ' (t )a 2 (t )dt





2
T /2
T /2 T /2

[a(t )] dt


2 kT 2

r


（2）将互相关函数 Rr ( 1 , 1 )在 0 点展成泰勒级数，
Re Rr ( , 1 ) Re Rr (0, 1) R r (0, 1)
（3.35）
15
第三章 雷达测量精度和分辨力

（3）（3.35）式代入（3.33）式，并对求解可得
3
T /2
3t T /2
1/ 2
9
第三章 雷达测量精度和分辨力

均方根带宽：
0
2
2 2 f 2 f 2 df

（3. 25）




f df
2
1

测距的均方根误差：
0
2E N0
2
（3. 26）

四、结论： ① 与均方根带宽成反比，与信噪比成反比； ②信噪比一定，不同发射信号具有不同 ，不同 0 ； ③ 与频域特性有关，与其时域特性无直接关系； ④ 是比较各种信号形式能给出最大理论精度的依据； ⑤ 0 与信号带宽、有效相关带宽不同。
1
Re Rr (0, 1 ) Rn (1) Rr (0, 0)

（4）求Re R (0, 1) 的表达式
r
Rr ( , )
a(t )a(t) j (t )a(t