激光雷达回波信号及处理方法分析
摘要：本文研究的主要内容是用数字信号处理的方法来处理和分析用于大气探测的激光雷达的信号。激光雷达的回波信号有很多种，例如：大气扰动噪声、电噪声以及背景噪声等，本文就是通过对这些大气探测的激光信号进行分析研究，并提出了一定的降噪方案，用来在一定程度上抑制部分噪声。利用距离校正的方法来获得探测距离。消除物理噪声采用的是mti的方法。设计合适的滤波器，选择适当的截止频率，从而去除接收系统的各器件导致的高频的电噪声。
关键词：激光雷达；回波信号；处理
中图分类号：tn958.98 文献标识码：a 文章编号：1674-7712 （2013） 08-0000-01
随着雷达技术的不断提升，用于提供气象服务的雷达激光系统需要在可靠性、灵活性以及稳定性等方面做大幅度的提升。为了满足气象服务的需求，激光雷达系统的时效性、精确性以及监测范围等都需要提出更严格的规范和要求。因此，需要根据测风激光雷达的工作原理和工作特征，并且结合气象服务对于激光雷达系统的需求，比拟多普勒微波天气雷达系统的运行模式，对比传统激光雷达的测量手段，进一步制定用于气象服务的测风雷达系统的运行规范。
一、回波信号
测风激光雷达系统包括四部分：发射激光部分、接受信号部分、
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：
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）
衰落速率的计算 计算多普勒频率是求衰减落速率（Fading rate ）最容易的方法。为了在一个特定的多普勒频移范围内计算回波信号的幅度，必须将所有具有这些频移的信号相加。这就需要了解散射面上的多普勒频移等值线（等值多普勒频移）。对于每一种特殊形状的几何体都必须建立起这种多普勒频移等值线。下面用一个沿地球表面水平运动的简单例子来说明。它是普通巡航飞行飞机的一个典型实例。 假定飞机沿y 方向飞行，z 代表垂直方向，高度（固定）z = h 。于是有 v =1v v h y x z y x 111R -+= 式中，1x ,1y ,1z 为单位矢量。因而 h y x vy R v r 222++==?R v 式中，v r 是相对速度。等相对速度曲线也就是等多普勒频移曲线。该曲线的方程为 0222222=+--h v v v y x r r 这是双曲线方程。零相对速度的极限曲线是一条垂直于速度矢量的直线。图12.7示出这样一组等多普勒频移曲线。 只要把雷达式（12.1）略加整理就可用来计算衰落回波的频谱。这样，如果W r (f d )是频率f d 和f d +d f d 之间接收到的功率，则雷达方程变为 ? π=积分区R A A G P f f W r t t d d r 402d )4(1d )(σ ????? ??-π=d r t t d f A R A G P f d d )4(d 402σ （12.12） 图12.7 在地球平面做水平运动时的多普勒频移等值线图12.8 计算复数衰落的几何关系图 （引自Ulaby,Moore 和Fung [21]） 上式的积分区是频率f d 和f d +d f d 间被雷达照射到的区域。在此积分式中，f d 和f d +d f d 之间的面
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
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
激光雷达回波信号仿真模拟研究 摘要 关键字 第一章绪论 第一节引言 激光雷达（Lidar：Li ght D etection A nd R anging），是一种用激光器作为辐射源的雷达，是激光技术与雷达技术完美结合的产物。激光雷达的最基本的工作原理与我们常见的普通雷达基本一致，即由发射系统发射一个信号，信号到达作用目标后会产生一个回波信号，我们将回波信号经过收集处理后，就可以获得所需要的信息。与普通雷达不同的是，激光雷达的发射信号是激光而普通雷达发射的信号是无线电波，两者在波长上相比，激光信号要短的多。由于激光的高频单色光的特性，激光雷达具有了许多普通雷达无法比拟的特点，比如分辨率高，测量、追踪精度高，抗电子干扰能力强，能够获得目标的多种图像，等等。因此，利用激光雷达对大气进行监测，收集、分析数据，建立一个大气环境预测理论模型，这将会成为研究气候变化和寻求解决对策的一项重要武器。 第二节本文的选题意义 由于投入巨大，在研制激光雷达实物之前，我们需要进行模拟与仿真研究，预测即将研制的激光雷达的各性能指标，评价总体方案的可行性。激光雷达回拨信号仿真模拟就是利用现代仿真技术，逼真的复现雷达回波信号的动态过程，它是现代计算机技术、数字模拟技术和激光雷达技术相结合的产物。仿真模拟的对象是激光雷达的探测没标以及它所处的环境，模拟的手段是利用计算机和相关设备以及相关程序，模拟的方式是复现包含着激光雷达目标和目标环境信息的雷达信号。通过激光雷达回波信号的仿真模拟，进而产生回波信号，我们可以在实际雷达系统前端不具备条件的情况下，对激光雷达系统的后级设备进行调试。 第三节本文的研究思路和结构安排 本文主要研究面向气象服务应用的大气激光雷达。笔者在熟悉激光雷达的基本工作原理的前提下，学习和熟悉各种参数对大气回波能量的影响，进而学习和掌握matlab编程语言，并且根据给定的激光雷达系统参数、大气参数和光学参数，以激光雷达方程为基础，通过仿真模拟得到理想状态下的大气回波信号。但是，在实际测量工作中，由于大气中的各种干扰，我们获得的回波信号并不和理想状态下的大气回波信号一致，因此，在本文的后期工作中，笔者根据已有的大量激光雷达实测信号与模拟信号对比，既能验证仿真模拟结果的准确性，又能应用于激光雷达的性能指标等方面的分析上，具有比较高的实际应用价值。 第二章激光雷达的原理 第一节激光雷达系统 一个标准的激光雷达系统应该包含以下部件：激光器、发射系统、接收系统、光学系统、信号处理系统以及显示系统。它的工作原理图我们可以用下图表示：
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
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。
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
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)));
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 (3) 2.3 回波积累模块 (3) 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()()c o s (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()()cos2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.3) 则 00()()cos2()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 =e xp(?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: 1 1 000 {()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 1 1 0(){()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 π π --==-----∑∑ (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。 （4） I 、Q 两路信号通过低通滤波器，滤除高频分量，以获得最终的检波结果。Matlab
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
雷达信号处理技术与系统 设计
脉冲多普勒雷达信号处理仿真 一、雷达概述 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。 收发转换开关天线发射的电磁波 目标 雷达发射机 接收的电磁波 雷达接收机 信号处理机 数据处理机 终端显示 图1 雷达系统框图 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。 二、雷达信号 雷达发射信号可以分为连续信号和脉冲信号，常规雷达信号包括非相参脉冲信号、相参脉冲信号、参差变周期脉冲信号、步进频率脉冲信号、线性调频信号、非线性调频信号、相位编码信号等，这里主要介绍常用的线性调频信号，非线性调频信号，相位编码信号等。 1.线性调频信号 为了实现雷达发射能量与分辨率之间的矛盾，线性调频脉冲压缩体制的发
射信号其载频在脉冲宽度内按线性规律变化即用对载频进行调制(线性调频)的方法展宽发射信号的频谱，使其相位具有色散。 LFM （Linear Frequency Modulation ）信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为： ) 2(22)( )(t K t f j c e T t rect t s +=π 式中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号，即 11()0,t t rect T T elsewise ? , ≤?=?? ? B K T = ，是调频斜率。于是，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，根 据K 的正负可以分为两种典型的chirp 信号，如图2所示。 图2 典型的chirp 信号 （a ）up-chirp(K>0)（b ）down-chirp(K<0) 2. 非线性调频信号 非线性调频脉冲信号是指脉内频率调制函数是非线性函数的一类信号。可以表示为： ))(exp()()(t j t u t x ?= )(t x 的调频函数：∑+∞ =-+= =1 1 2sin )()()(n nt n K B Bt f T t f τ πτ )(t x 的相位函数：∑ ?+∞ =∞ -+= =1 2 2sin )(2)(2)(n t nt n n K B t B dv v f t τ πττ π π?
第八章雷达产品实际应用个例分析 8.1 1992年4月28日Oklahoma州中西部个例 在下午和晚上，在Oklahoma的中部和北部出现了强风暴。刚过17时30分（局地时间），在Dewey 县的最北端（Oklahoma市西北150km），一个风暴发展成为强风暴。在风暴内部30000英尺的高度，最大的反射率因子超过50dBZ。同时，在其入流区之上，存在一个较强的中层悬垂回波，说明有较大的冰雹存在。基于这些雷达特征，于17时45分发布了Dewey 县将出现一次强雷暴过程的警报。该警报于28分钟后得到证实，出现了2cm 直径的冰雹。在接下来的2小时内，基于由WSR-88D观测的三维风暴结构，又发布了Dewey 县下游的风暴警报。 摘自文献1 图11 图8-1 位于Comanche县中部的一个非龙卷的旋转风暴相对速度的4幅图显示。时间为1992年4月28日20点19分。强风暴的警报没有升级为龙卷警报，基于低层的弱旋转特征。在风暴的中层，较强的旋转很明显。 当风暴继续向着东南方向的Lawton地区（Comanche县境内），WSR-88D探测到位于风暴中层的弱的旋转。19点55分，又发布强风暴警报。一个飞行员于大约20点10分在Lawton 地区的北部观测到漏斗云。然而，风暴中层相对速度数据（图8-1）继续表明一个宽阔的旋转特征只局限于风暴的中层。因此，预报员决定不把强风暴警报升级为龙卷警报，主要基于WSR-88D的三维速度和反射率因子数据。20点20分，高尔夫球大小的冰雹降落在Lawton 地区，证实了强风暴的警报，其提前时间（lead time）为25分钟。 从以上可知，WSR-88D不仅在发布警告方面有较好的准确率，而且在决定不发布警报或不升级警报方面也有相当的技巧。预报员经常面对是否应发布或升级一个强天气警报。位
雷达信号分析Radar Signal Analysis 张劲东 南京航空航天大学电子信息工程学院 信息与通信工程系雷达探测与信号处理实验室Email: zhangjd@https://www.doczj.com/doc/9d17651345.html,
第1章引言 ?什么是雷达信号，雷达信号的特点，与通信信号的区别 ?雷达信号理论的地位和作用 ?课程的目标和内容 ?课程的要求 ?进一步学习的途径
9雷达信号： 雷达发射机所发出的信号，它不包含任何信息。当雷达发射的信号碰到目标后，目标就对这个信号进行调制，并反射（这个反射信号通常称为回波），此时目标的全部信息就蕴藏在这个回波中，对它进行处理就可以提取目标的信息。可提取的信息和信息的质量除与处理系统有关外就与雷达发射信号的形式有直接关系。因此，研究和分析雷达信号是很重要的。
9雷达信号的特点： ?电磁频段：L、S、C、X和Ku ?功能：目的、天线、提取目标信息、二次散射信号、检测前信噪比 ?功率：辐射功率变化范围大 ?信号波形：脉冲、连续波、准连续波?信号带宽：范围很大
9通信信号的特点 ?电磁频段：HF、VHF和UHF ?功能：目的、全向天线、不失真传输、一次散射信号、所携带信息 ?功率：功率较小 ?信号波形：连续波、间断连续波 ?信号带宽：较窄
Information from Radar Signal： ?分辨力（Resolution） ?精度（Accuracy/error@ SNR/SIR/SCR）?抗杂波/干扰能力（Anti-clutter/jamming）?信号（信息）处理方法（SP Method） 雷达性能的理论分析（Performance Analysis）
信号检测与估计理论在雷达系统方面的应用 摘要：随着互联网应用的普及及发展，信号的检测与估计技术的应用也越来越受到人们的 关注。雷达中的信号检测是一个综合性问题，涉及多个学科，多领域知识，所以它是科学领域最为关注的问题。近年来已经开展了大量雷达系统信号实现方法相关的研究课题，其中回波信号的检测和估计是最为重要的方面。本论文就是针对雷达信号检测和估计的精确性问题加以展开的。 关键词：雷达系统，信号估计，信号检测 第一章雷达系统 1.1起源和发展 早期雷达用接收机、显示器并靠人眼观察来完成信号检测和信息提取的工作。接收机对目标的回波信号进行放大、变频和检波等，使之变成能显示的视频信号，送到显示器。人们在显示器的荧光屏上寻找类似于发射波形的信号，以确定有无目标存在和目标的位置。随着雷达探测距离的延伸,回波变弱,放大倍数需要增加。于是，接收机前端产生的噪声和机外各种干扰也随着信号一起被放大，而成为影响检测和估计性能的重要因素。这时,除了降低噪声强度之外,还要研究接收系统频带宽度对发现回波和测量距离精度的影响。这是对雷达检测理论的初期研究。后来，人们开始在各种干扰背景中对各种信号进行检测和估计的理论研究，其中有些结论，如匹配滤波理论，关于滤波、积累、相关之间等效的理论，测量精度极限的理论，雷达模糊理论等，已在实际工作中得到应用. 1.2雷达的概述 雷达的英文名字是radar,是“无线电探测与定位”的英文缩写。雷达的基本任务是探测感兴趣的目标，测定有关目标的距离、方问、速度等状态参数。雷达主要由天线、发射机、接收机（包括信号处理机）和显示器等部分组成。 雷达发射机产生足够的电磁能量，经过收发转换开关传送给天线。天线将这些电磁能量辐射至大气中，集中在某一个很窄的方向上形成波束，向前传播。电磁波遇到波束内的目标后，将沿着各个方向产生反射，其中的一部分电磁能量反射回雷达的方向，被雷达天线获取。天线获取的能量经过收发转换开关送到接收机，形成雷达的回波信号。由于在传播过程中电磁波会随着传播距离而衰减，雷达回波信号非常微弱，几乎被噪声所淹没。接收机放大微弱的回波信号，经过信号处理机处理，提取出包含在回波中的信息，送到显示器，显示出目标的距离、方向、速度等。 为了测定目标的距离，雷达准确测量从电磁波发射时刻到接收到回波时刻的延迟时间，这个延迟时间是电磁波从发射机到目标，再由目标返回雷达接收机的传播时间。根据电磁波的传播速度，可以确定目标的距离为：S=CT/2 其中S：目标距离；T：电磁波从雷达到目标的往返传播时间；C：光速
多普勒天气雷达回波识别和分析之降水回波 1.层状云降水雷达回波特征——片状回波 层状云是水平尺度远远大于垂直尺度云团，由这种云团所产生的降水称之为稳定性层状云降水。降水区具有水平范围较大、持续时间较长、强度比较均匀和持续时间较长等特点。 ⑴回波强度特征：①在PPI上，层状云降水回波表现出范围比较大、呈片状、边缘零散不 规则、强度不大但分布均匀、无明显的强中心等特点。回波强度一般在20-30dBz，最强的为45dBz。②在RHI上，层状云降水回波顶部比较平整，没有明显的对流单体突起，底部及地，强度分布比较均匀，因此色彩差异比较小。一个明显的特征是经常可以看到在其内部有一条与地面大致平行的相对强的回波带。进一步的观测还发现这条亮带位于大气温度层结0度层以下几百米处。由于使用早起的模拟天气雷达探测时，回波较强则显示越亮，因此称之为零度层亮带。回波高度一般在8公里以下，当然会随着纬度，季节的不同有所变化。 ⑵回波径向速度特征：由于层状云降水范围较大，强度与气流相对比较均匀，因此相应其 径向速度分布范围也较大，径向速度等值线分布比较稀疏，切向梯度不大。在零径向速度型两侧常分布着范围不大的正、负径向速度中心，另外还常存在着流场辐合或辐散区。 ⑶零度层亮带：如前所述，在PPI仰角较高或者RHI扫面时，总能在零度层以下几百米处 看到一圈亮环或者亮带回波，亮带内的回波比上下两个层面都强。由于亮带回波总是伴随层状云降水出现，因此是层状云降水的一个重要特征。（零度层亮带形成的原因：冰晶、雪花下落的过程中，通过零度层时，表明开始融化，一方面介电常数增大，另一方面出现碰并聚合作用，使粒子尺寸增大，散射能力增强，所以回波强度增大。当冰晶雪花完全融化后，迅速变成球形雨滴，受雨滴破裂和降落速度的影响，回波强度减小。这样就存在一个强回波带，说明层状云降水中存在明显的冰水转换区，也表明层状云降水中气流稳定，无明显的对流活动。） 2.对流云降水雷达回波特征——块状回波 对流云往往对应着阵雨、雷雨、冰雹、大风、暴雨等天气。 ⑴回波强度特征：①在PPI上，对流云阵性降水回波通常由许多分散的回波单体所组成。 这些回波单体随着不同的天气过程排列成带状、条状、离散状或其它形状。回波单体结构