第5章雷达信号处理
5.1 雷达信息处理综述
在20世纪70年代初出现的村船用ARPA设备中，将雷达、陀螺罗经、计程仪及其它传感器信息通过若干处理机和专用快速硬件，进行综合处理，从而实现后面将要讨论的船用ARPA的各种功能。可见，雷达信号、数据处理在包括船用ARPA系统等各种雷达应用系统中占有十分重要的地位。雷达信号处理用在目标回波信号检测之前，而数据处理（含数据录取、目标跟踪、识别、计算、危险判断等）则在检测之后。
船用雷达ARPA系统包括传感器（俗称“雷达头”）和雷达信号处理、数据处理及ARPA 终端显示等部分部分，构成的雷达ARPA系统的简化原理框图，如图5－1所示。
图5－1雷达ARPA系统简化原理框图
雷达信号处理内容这里指的是从传感器（雷达头）取得目标的回波视频信号后进入“雷达信号处理器”，处理的内容包括原始视频信号的量化处理，即通过A／D处理和杂波处理。并在此基础上，进行目标信号检测并利用一定的方法来抑制海浪、雨雪、相邻同频段雷达以及机内噪声等各种干扰杂波，处理后的视频信号在和某个检测门限进行比较，若信号招过检测门限，则被判断为“发现”目标，过程是自动的，即目标自动检测，然后将目标信号输送到“数据录取器”，以测量目标的距离、航向、航速等数据以及未来可能应用的其它一些目标特性。数据录取器输出的便是目标观测值的估计，称为目标点迹。数据录取是由ARPA计算机来实现的。由数据录取器输出的目标点迹数据，在“数据处理器”中完成各种相关处理。
雷达数据处理这里指的是雷达从数据录取器取得目标的位置、运动参数（如径向距离、径向速度、方位等）后进行的对目标测量数据进行互联、跟踪、滤波、平滑预测等运算。这些处理可以有效地抑制测量过程中引入的随机误差，精确估计目标位置和有关的运动参数（如航向、航速等），预测目标下一个时刻的位置，并继续进行跟踪，形成稳定的目标航迹。同时，还要进行船舶与船舶间的碰威判断、报警等的各种数据处理，形成船用ARPA系统相应的各种功能，而这些功能均可在终端显示屏上进行操控显示。
观察雷达测量数据进行处理的层次看，倘若将雷达信号处理看成为“第一次处理”，那么雷达数据处理则称为“第二次处理”，而将军用雷达中的拦截判定、拦截指令计算、拦截方式和杀伤概率计算等或港口多雷达站需要进行的多部雷达信息传递、中心站汇总、再处理则可称为“第三次处理”。而从对测量数据进行处理的级别看，上述的分次处理，可依次分别称为“一级处理”、“二级处理”、“三级处理”。要注意的是，不论是按依次或依级，没有前者的处理，就不可能进行后者的处理。亦即，二级处理基于一级处理，三级处理则基于一、二级处理。
本篇将讨论与上述相关的雷达信息处理的一般原理与实现方法，讨论基本是针对船用ARPA系统各项功能进行的。
5.1.1雷达信号、数据的三级处理
至今，船用雷达的信息处理还仅限于时域处理，其主要处理任务是将来自接收机的载有目标信息的回波视频信号进行加工处理，在终端显示屏上显示目标的存在，目标的坐标数据，目标运动数据，目标的运动态势，判断目标有无碰撞危险以及安全航行的避让方案等。
按照任务与内容的不同，船用雷达的信息处理可以分为三个处理等级（三个加工）以及与其相应的不同的三个处理过程。
1.一级处理
一级处理的任务是目标的自动检测和目标数据录取，具体有：
1）在雷达接收机输出的回波视频信号中存在的海浪、雨雪、及接收机内部噪声等杂波干扰背景中，检测出有用的目标回波，判定目标的存在；
2）录取目标的坐标数据和目标的其它参数，如；目标大小、类型，并对目标进行编号。
2.二级处理
一级处理的任务是对目标的自动跟踪、目标参数的自动计算以及目标是否存在碰撞危险，并给出安全的避让方案，具体有：
1）按照一次处理提供的信息，建立运动的航迹，计算并存储运动参数，并对目标进行R-θ/X-Y坐标变换；
2）对目标进行跟踪，并判断每次天线扫描的回波信号是否为同一目标；
3）预测并判断运动目标的未来状态，计算最接近距离（DCPA,由简称最接近点CPA）、到达最接近点CPA的时间（TCPA）, 判断有无碰撞危险，计算安全航行方案等。
3．三级处理
在多站雷达系统中，如港口大型雷达系统，需要将分布在不同地点的多部雷达信息传递并汇总到中心站，虽然各分站雷达信息已经过两次处理，但汇总到中心站后，任然需要进行三级处理，才能正常利用。具体任务是：
1）将目标的坐标数据和运动参数统一于一个坐标系统和及时系统。这是因为一次、二次处理均按各站的坐标系统进行的，而各分站的工作所用坐标在时间时不同步的，需要统一坐标和时间的标准。
2）将各分站的目标点迹数据（含目标的坐标、运动参数以及其它各种特征参数）加以识别，并归入相同的目标航迹数据中去。这是因为各雷达站（主要指在相邻雷达探测覆盖交叠区）的测量精度不同，数据计算和传递过程中所引入的误差也不同，因此，有不同各雷达所送来的目标的目标数据在坐标系统和及时系统被统一后，还要解决同一目标的归并问题，为此，需要规定一种标准，用以区分哪些数据是属于同一个目标，哪些数据是属于另外目标的，并将属于同一个目标的数据归并到一个点迹。
3) 在以上两步处理的基础上，计算目标的运动参数，建立统一的航迹，实施统一的跟踪和其它处理。
5.1.2雷达信息的数字化终端设备
雷达信息的数字化终端设备的一般组成型式如图5－2所示，图中用的“计算机”可能有几个微型机组成。其工作方式和特点如下所述。
图5－2 数字雷达终端的组成
1.目标数据录取方式
目标录取有人工录取和自动录取两种方式。
“人工录取”是在显示器上进行的。操纵员用跟踪球或操纵杆控制一个录取标志，在屏上对准发现的目标时，由于标志本身代表一个坐标点数据，因而也就是被套上的目标的坐标数据，将其输入计算机，便完成目标坐标数据的录取。再通过自动检测设备判断目标有无，如该设备判断有目标，再自动录取该目标的坐标。可见，人工录取实际上只录取目标的最初坐标数据。当计算机对该目标建立起航迹，转入跟踪后，目标坐标录取就进入自动的方式，故这种方式又称为半自动录取。
谈若上述的录取目标最初坐标数据也采用自动的方式进行，则成为“全自动录取”，通常在操纵面板上简称为“自动录取”。
自动检测设备与录取设备的主要组成如图5－3所示。
图5－3 自动检测设备与录取设备的组成
由图可见，视频信号首先经过A/D变换，变成数字视频，然后送入逻辑判定部件，其中设置了发现目标的准则，一旦满足准则，即发出“发现目标”信号，完成了自动检测任务。一方面通知计算机，另一方面读出寄存器中该目标当前的方位、距离数据并送计算机，即完成了自动录取任务。图中的电平控制是为了保持监测设备的虚警率恒定而设定的。电平调得高，则虚警率降低，而发现概率也将随之降低。
2.显示型式实例
现代船用雷达ARPA采用液晶TV显示器，是一种将雷达信息由极坐标转换为直角坐标的电视光栅液晶显示器。具有显示高亮度、高质、低价的特点。一种图例如图5－4所示。
图5－4 液晶TV显示器
从图5－4可见，信息的显示布局的如下几点：
1.所有信息显示及相关控制集中于一屏；
2.按常规的信息显示位置及相关控制的编排之一例为：
屏幕左上方显示为量程及相应固标圈距选择并显示固定距标圈、发射脉宽选择、方位指向显示方式选择、以及相对运动／真运动显示选择；二次回波、SART；
屏幕左下方显示为双电子方位线EBL1/EBL2，可单选，亦可双选；
屏幕右上方显示为图的调整、偏移设定、相对尾迹12、34、30SEC、波段X；
屏幕右下方显示为双可移距标VRM1、VRM2，可单选，也可双选，显示可移距标圈；
屏幕右侧为各种信息栏，其从上到下依次编排为：本船数据有船首向、航速及传感
器型式、相对于本船的光标位置及起航时间、本船数据（GPS）经纬度及航向、计划航线号（由GPS/DGPS制定的有效）水深与水温（若传感器在用）、选用矢量形式（真矢量、相对矢量）及被跟踪目标六数据（距离、方位、航向、航速、CP A/TCP A）、报警及信号丢失（触发／方位角／视频／罗经／计程仪）及操作面板的增益、抗海浪、抗雨雪和亮度设制。5.1.3雷达信号、数据处理的任务、技术指标与组成
1.船用ARPA系统信号、数据处理需要提供的信息
在终端设备中提供下列信息：
1）目标坐标数据：距离，方位（含真方位、相对方位）；
2）目标运动数据：航向，航速（含真运动、相对运动）；
3）目标最小会遇距离：最接近点距离（DCP A，通常简称为CP A）,到达最接近点时间（TCP A）；
4）目标运动形势显示：运动矢量线（含相对运动矢量、真运动矢量），历史航迹；
5）目标运动预测显示：最接近点（CP A），预测碰撞危险点（PPC）；
6）视频地图显示：航道线、岸线、浅滩、礁石、沉船、坐标参考点，军事演习区等；
7）标准电子海图显示：符合IHO S-57；
8）声光报警信息：碰撞危险,脱离航道，目标丢失，设备故障等。
2.船用ARPA系统信号、数据处理的任务
按照上述需要提供的信息，需要完成下列任务：
1）雷达杂波处理：海浪、雨雪、机内噪音、同频干扰等杂波的清除或抑制；
2）雷达信号检测：在处理后任然存在的剩余杂波背景中检出有用目标信号；
3）目标数据录取：距离、方位等目标特征数据
4）目标运动数据运算：动态航向及航速；
⑴目标跟踪：航迹建立，位置平滑预测，跟踪窗孔尺寸选择与自适应调整，真假航迹鉴
别等；
⑵未来数据计算：CP A，TCP A，PPC，预测航迹等；
⑶航行危险判断：碰撞危险，脱离航道；
⑷安全航行方案计算机验证：航向变换，航速变换；
依照上述处理任务，设计雷达的信息处理系统的处理程序，如图5－5示。
图5－5船用雷达的信息处理系统的处理程序基本原理框图
3.船用雷达信号、数据处理系统提出的主要技术指标及当前达到的水平
1）目标录取数：自动100个；人工100个；
2）目标录取时间：0.3～1min；
3）目标跟踪数：与录取数相同；
4）跟踪建立时间：60sec或更少，可选择；
5）跟踪距离：0.1～32NM；
6）建立跟踪条件：天线连续10次扫描中，目标能清楚辨认的次数不低于5次；
7）目标矢量标会时间：1～3min；
8）最大相对速度：43～162 NM；
9）尾迹时间：8～12 min；
10）最大CPA距离：1～9.9 n mial；
11）最大TCPA时间：30～99 min；
12）视频处理距档范围：3～96 n mial分若干档，其中至少应有3或4，12或16 n mial 分两档；
13）录取精度：距离量化单元0.05～0.1μS；方位量化单元0.0220～0.0880；
14）矢量精度：航向±10～30或航速的±5%，取最大者；CP A，TCP A DCP A
15）报警能力：当DCP A ≤ MIN DCP A ；TCP A≤ MIN TCP A；目标距离R≤DCP A；自动录取饱和，跟踪目标丢失；设备发生故障时均应发出声-光兼用报警信号。
4．雷达信号、数据处理的发展趋势
上世纪90年以来，船用雷达信号、数据处理通常采用“专用集成芯片”（ASIC）来实现高速处理，目前也有一些自发研制的产品仍采用微机来实现。“专用集成芯片”具有针对性强，容易达到高速和并行处理的优点。
回波视频处理中的杂波处理、自动检测、坐标录取等环节，要求实时性很高。需要在一个量化单元时间（0.05～0.1μS）内完成。以FURUNO F AR-2827h和F AR-2127雷达天线为例，二者天线的长度L A、水平波束宽θH0分别为3340cm、0.750和270cm、0.950。那么，要求在一个天线波瓣扫描的时间（分别为3.125ms和3.958ms）内完成一个目标的点迹处理。实际上在全程自动检测的情况下，仍然要求在一个量化单元时间内完成，此乃为何多采用专用高速处理芯片区实现的缘由。在自动跟踪的航迹处理中，实时性要求较低，是在天线一次扫描时间（1.5～3sec）内完成。处理速度可以大大降低，但一般运算较为复杂。航迹处理普遍采用通用机和微型机。
在近几年出现的新型ARP A各种信号、数据处理常采用专用CPU和FPGA完成，这种情况将延续，并不断提高应用的效率。专用CPU如MIN CPU、ARP A CPU、DRW CPU和“现场可编程门阵列”FPGA（Field－Programmable Gate Array的缩写），FPGA作为专用集成芯片（ASIC）领域中的一种半定制电路而出现的，既能解决定制电路的不足，又客服了原有可编程器件门电路数有限的缺点。FPGA用于ARP A的信号处理（SPU FPGA）、回波处理（Echo FPGA）以及图形处理（DRW FPGA）等。
1）采用FPGA处理、控制雷达／ARP A信息
采用FPGA具有下列的基本特点：
⑴采用FPGA设计专用集成电路ASI C，用户不需要投片生产，就能快速得到好用的芯片。
⑵FPGA可做其它全定制或半定制ASIC电路的中试样片。
⑶FPGA内部有丰富的触发器和I／O引脚，如图5－6所示。
图5－6 FPGA的引脚分布
⑷FPGA是ASIC电路中设计周期最短、开发费用最低、风险最小的器件之一。
⑸FPGA采用高速CHMOS工艺，功耗低，可以与CMOS、TT L电平兼容。
可见，FPGA芯片是小批量系统提高系统集成度、可靠性的最佳选择之一。
上述由专用CPU和FPGA相结合完成ARP A雷达中各种信息处理任务，具有软硬件紧密结合的特点，一旦成型，采用“软件固化”技术，这将导致设备体积小、速度快，处理速度和效能定将得到不断改进和提高。
2）采用提高天线转速，以采用高亮度彩色TV显示效果
将原先原先天线为20r／min提高到40r／min。
3）利用数字存储技术
以实现信号的时域扩展与压缩，以及增加扫描次数等方法，提高高亮度显示的效果，以不同色调，区分显示信息类别，便于使用。
4）大屏幕液晶LCD终端显示
现已运用，并将延续应用。
5）发挥船舶识别系统AIS的作用
AIS已经普遍在船上装用，将雷达ARPA信息与AIS信息（图像和数据）进行融合处理和应用，既发挥了雷达直观、不分水上目标类别的优点，又运用AIS提供的丰富的信息，极有利于船舶间避碰应用。据悉，到2011年，IMO将发布对300总吨及以上的各类船舶强制安装使用电子海图和信息显示系统，使用规定的电子海图S-57 ENC，逐在不久将来将二者综合显示在电子海图的背景上，必将是发展的方向。也是行业界长期梦寐以求的前景。
因此，雷达ARP A、AIS和电子海图三者将分别存在，谁也替代不了谁，将三者信息融合运用必将是发展的趋势。人们需要进一步做的是不断提高各自的技术性能和融合应用的效果。
从雷达ARPA及其信息处理而言，尚待解决下列问题：
6）尚待解决下列问题
⑴雷达杂波，尤其海浪杂波与消除尚不尽人意；
⑵目标录取，尤其是自动录取尚未完善、可靠；
⑶目标自动跟踪还存在误跟踪和目标丢失现象尚未根除；
⑷运动目标的危险判断和安全航行方案尚未和海上航行规则相联系；
⑸未能实时获取目标已采取或将要采取采取的机动动作信息，有待结合AIS的有效运用，将出现雷达信息与AIS信息的融合处理与应用的新局面；
⑹未能实时显示水下危险信息，有待电子海图与雷达的结合运用；
⑺现用传统的恒载频脉冲信号体制的船用雷达存在测量精度与分辨率难以兼顾的局限性，限制于高精度的电子海图、AIS的精确位置信息的结合的有效应用。在2009’国际海事技术展览会已出现那威SIMRAD厂商产品“BR24”型连续波雷达，期待采用大时宽带宽积信号新体制在船用雷达中运用的研发成功与推广应用。
5.2 雷达杂波模型
船用雷达杂波是指海浪干扰、雨雪干扰、邻近同频雷达等外部干扰以及接收机内部噪音干扰，统称其为雷达杂波。
如何在雷达杂波干扰背景中检测和跟踪目标，若以计算机引入雷达的前、后及现代雷达的新型处理方法等三个阶段进行综合说明。７０年代之前，计算机技术未引入船用雷达，用人工在显示杂波干扰背景的屏上进行目标检测与跟踪，加上灵敏度－时间控制（ＳＴＣ）、快时间常数控制（ＦＴＣ）和自动增益控制（ＡＧＣ）等较简单的处理措施，以满足雷达观测的基本要求；７０年代之后，计算机技术引入船用雷达，推动了雷达自动化进程，但在雷达信号与数据处理中，因雷达杂波引起目标检测、录取和跟踪的误、漏、丢现象十分严重，甚至导致数据处理系统的饱和过载现象，使基于计算机的ARPA的使用效果受到限制；近十几年来，关于雷达杂波处理的理论和实践又有了较大的进展，在船用雷达中逐步引入新技术和新器件，如ARPA处理雷达杂波使用恒虚警处理与解相关处理或二者兼用以及上述的各种信号、数据处理采用专用CPU 和FPGA完成，效果得到明显改善。恒虚警处理（CFAR）具有不必更动常规雷达设备，只要在视频通道中插入一种处理装置，实现虚警恒定。但令人遗憾的是恒虚警处理降低了检测概率，并导致信杂比损失和距离分辨力的降低。解相关处理可以提高信杂比，有利于检测小信号，但单一解相关处理措施的适应性存在局限性（如现用天线扫描周期间解相关处理，只适应于减少海杂波干扰的应用，显示器扫描脉冲重复周期间解相关处理只适用于消除同频雷达间的干扰等），且需要更动雷达设备的有关环节，而综合（多种）解相关处理可以增大适应范围，但又导致设备的复杂性，目前还停在分别单一性解相关处理的状态。总之，雷达杂波处理虽有较大改进，但尚未到达完善地步。采用高速大容量专用CPU和FPGA进行综合处理是今后发展的方向。
船用雷达杂波主要含机内噪声、雨雪干扰杂波、同频雷达干扰杂波及海浪干扰杂波等，下面先从各种雷达杂波的数学模型入手，进而再分别议其处理方法。
5.2.1雷达杂波模型
雷达杂波是随机变量，可以采用概率密度函数这一数学工具来描述随机变量的统计规律以及数字特征：均值、中值和方差等。
1.接收机内部噪声的数学模型
相对于天线较弱的背景辐射噪声而言，主要的噪声干扰源是来自雷达接收机机内电路的热噪声。其噪声幅度随机起伏变化的速度快，频谱分布较均匀，副度统计分布为瑞利分布。 描述内部噪声可以有多种的数学方法。以下从常用的频域法入手，找出其统计特性。 在接收机中的高频或中频噪声可以写成傅里叶级数的展开式，即
()()cos sin m m m m a b ￥?e t ωt ωt m=1=
+ 式（5–1）
式中， ()2-22cos T T m m e t tdt T a w =ò 式（5–2）
()-222sin T T m m e t tdt T b w =ò 式（5–3）
12m T m m w p w == 式（5–4）
T 为观察时间
由于接收机的高、中频噪声的直流分量一般等于0，故式（5–1）中未写入直流分量项。 对于某一次观测记录而言，()e t 波形以及m a 、m b 均为确定的，而对多次观测记录而言，波形以及m a 、m b 均为不确定的随机变量。当观测时间T 足够长，m a 和m b 相互独立，且由中心极限定理可知，()e t 将是服从正态分布的随机变量。
若以0ω代表中放的中心频率，并将()=m m 00-ωωωω+代入式（5–1），将得到
()
()cos =cos cos sin sin m m m m m a a 0000轾犏臌---ωt ωωt ωt ωωt ωt ()
()cos =sin cos cos sin m m m m m b b 0000轾犏臌--ωt ωωt ωt ωωt ωt + 令 ()()()=cos sin m m m m a a b ￥
00轾犏臌?
--t ωωt ωωt m=1+ 式（5–5） ()()()=cos sin m m m m b b a ￥00轾犏臌?---t ωωt ωωt m=1
式（5–6）
则式（5–1）可写成
()()()=cos sin a b e 0
0t t ωt t ωt + 式（5–7） 因为上式中()
e t 式正态分布，故右侧两个正交分量也是式正态分布，并进行进一步改写成 ()=cos ()()E 轾j 犏臌
e -t t ωt t 0 式（5–8）
式中()E t 和()j t 为中频输出噪声的幅度和相位，均为随机变量，不难写出二者和()a t 、()b t 的关系式，此处略去。
由于中放带宽0D =ωω，故尽管输入噪声为正态白噪声，其频带很宽，但经过带同滤波能够留下来的仅仅处于0D ±ωω2
范围内，意外的频率成分一律被滤除。因此，在式（5–5）、式（5–6）的0(-)m w w 只有满足
m 01轾 犏臌-ωωω2
式（5–9） 才能在()a t 和()b t 中表现不出它们的影响。因而，二者的变化要比中频滤波前变得缓慢下来，从而滤波后的()E t 和()j t 也是变化缓慢的。意即，正态白噪声经中频滤波变成为正态色噪声。输出杂波电压()e t 可视为一种经调制后的信号波形，其载频为0w ，振幅随慢变化的随机变量()E t 而 起伏，相位()j t 亦然，由于()j t 在检波后已无意义，只关心杂波振幅()E t 的概率密度函数。
()t a 和()t b 均服从正态分布，且各自独立，又可证明得各自的方差相等，于是可求其联合概率密度为两个正态分布之乘积，为简便而将式中的α、b 替代()t a 和()t b 。
由于α、b 均为正交正太分量，故可仿照前述的由直角坐标到极坐标的变换法，再利用描述直角坐标与极坐标两个不同坐标中同一个概率密度表达式之间的关系式所用到的“雅克比”式，可以得到
()=exp p E E E 22
,j 轾犏犏2s 2ps 犏臌- 00骣E ?÷?÷?÷?÷?2p 砵?÷
桫 式（5–10） 对j 从02p ～进行积分，可得幅度为
幅度：()2p 0=exp d p E
E E 22轾犏j 犏2犏2臌s ps ò-
22exp -2s s E
E 轾犏=犏犏犏臌 式（5–11） 相位：1
()2=p p j 式（5–12）
此式即瑞利分布。式（5–11）中的幅度(t)E 的概率密度为瑞利分布，而式（5–12）中的相位()t j 为均匀分布。
当接收机有信号输入，其窄频带噪声加正弦信号的分布为广义瑞利分布，其概率分布表达式为
022()(),exp 2,I r a r a r p r a 骣÷?÷?÷?÷÷
?桫=+ 式（5–13） 式中，/,/R A r a s s ==。其中，R 为噪声加信号合成信号包络；A 为信号电压包络；s 为噪声的均方差；I 0为零阶贝塞尔函数。信号电压包络大小一定时，随着噪声的均方差
s 不同（图中的0～4）而不同的概率密度分布曲线如图5－7所示。
图5－7 广义瑞利分布曲线
若瑞利分布的噪声或杂波通过对数接收机，则其输出的方差为常量，与输入的干扰或杂波强度无关，此正是对数接收机的压缩特点具有恒虚警特性的缘由。
与前述同理，中频输出杂波分布经线性检波后，只是将s 换以s K ，依然是瑞利分布。 因此，在后续讨论杂波处理中，将以式（5–12）所示的瑞利分布的概率密度函数作为先行检波后视频内部噪声的数学模型。
内部及雨雪杂波和低分辨率的海杂波的数学模型均为瑞利分布，但这只表明杂波幅度的分布特性，且它们在起伏速度、相关时间方面存在较大差异。实测表明，内部噪声的起伏速度最快，在脉间其统计是独立的，因而是非相关的。而雨雪、海浪杂波的起伏速度最慢，在脉间则是强相关的。因此，处理雨雪杂波，尤其是处理海杂波要比内部噪声困难得多。
掌握了杂波幅度的概率密度分布函数后，按下式即可求出瞬间超过检测电平的虚警概率
()()=
d u m m f p p u u u ￥0瞅00 式（5–14）
式中，u 0为检测门限。
瑞利杂波引起的瞬间虚警概率为 0220-2()()exp m m m f m
u p u u du p u s ￥
骣÷?÷?÷?÷?÷÷?桫?ò 22exp -2m m u du s 轾犏犏犏犏臌= 式（5–15）
可见，瑞利杂波引起的虚警概率确定强度标度参量s 和检测电平u 0。s 值越大0u 越小，虚警概率越高。
韦布尔杂波引起的瞬间虚警概率为
()01-0()()exp -()m m m f m u u u p p du u h h h n n n
￥禳镲镲睚镲镲铪?
? 0exp -()u h n 禳镲镲镲睚镲镲镲铪
= 式（5–16） 由此可见，韦布尔杂波引起的虚警概率随着形状标度参量h 的降低和强度标度参量n 的升高而升高，随着检测电平的升高而降低。
2.雨雪杂波的数学模型
雨雪颗粒对雷达波产生的后向散射回波称“雨雪干扰杂波”。雨雪杂波具有幅度统计为 瑞利分布，但幅度随机变化的速度比机内噪声慢，在杂波区域含有宽范围的平缓的“直流”成分等特性。
在雨雪区内，雨雪也是由大量散射单元组成的，但这些散射单元在雨区的一定范围内也 可以看成是均匀分布的。各散射单元相互位置是随机变化的，导致各散射单元的相位滞后也是随机的。于是，雨雪总的回波幅度作随机变化。可以采取与前面分析海杂波同样的方法，得知雨雪杂波的概率密度函数也是依从瑞利分布的。实际上，由于雷达无法分辨相邻雨或雪点之间距，因而不论雷达分辨力高低，在雷达照射单元范围内，雨雪杂波的两个正交分量的幅值总是满足中心极限定理的条件，服从正态分布律，从而导出其合成振幅依从瑞利分布。因此，雨雪杂波的数学模型均可按式式（5–13）所示的瑞利分布的概率密度函数来表示。
如上所述，海杂波和雨雪杂波的数学模型均指接收机输入端的杂波电压振幅的概率密度函数。现有ARPA 雷达的信号与数据处理均在视频范围内进行的。对于信号包络而言，检波
之前各环节均为线性系统，检波器也常用线性渐变，因而渐变输出的杂波电压0m u 与输入杂波电压m u 的关系是
......0=?m m m u u u K ≥0() 式（5–17）
式中k 为比例系数。由此关系，很容易求出视频杂波电压0m u 的概率密度函数，即
()()==m m m m m p p u u u u u ??0010K K
() 式（5–18）
当输入的杂波为瑞利分布时，输出视频杂波的概率密度函数为
()0=exp m m p u u u s 2轾犏犏s 犏臌2
m -200
022K K m u 0≥() 式（5–19）
上式与常规瑞利分布式相比，仅仅是将s 换成s K ，依然是瑞利分布。
当输入的杂波为对数正态分布时，输出视频杂波电压的概率密度函数为
(
)()00022-ln -2ln -K m m p u u m s 轾犏犏=犏犏臌 m u 00≥() 式（5–20）
上式仅仅是将由对数正态分布的均值m 换以()
ln m K +，仍然是对数正态分布。 当输入的杂波为韦布尔分布杂波时，输出视频杂波概率密度函数为
()-0=exp m m m u p u u u h 1轾h 犏犏犏臌m -0000≥K νKνKν
() ()() 式（5–21）
这仅仅是将强度标度参量n 换以K ν，仍然是韦布尔分布。
考虑到船用雷达检波器多工作在线性检波，比例系数K 不影响概率密度的性质，可以归并到有关参数中。
可见，机内杂波及雨雪杂波和待后讨论的低分辨率的海杂波的数学模型均为瑞利分布，但这只表明杂波幅度的分布特性，且它们在起伏速度、相关时间方面存在较大差异。实测表明，内部噪声的起伏速度最快，在脉间其统计是独立的，因而是非相关的。而雨雪、海浪杂波的起伏速度最慢，在脉间则是强相关的。因此，处理雨雪杂波，尤其是处理海杂波要比内
部噪声困难得多。
3.同频雷达干扰的数学模型
进入本船雷达接收机的临近同频异步雷达干扰信号的“同频”是因为干扰雷达与本船雷达的工作频段是相同的，故干扰波能够进入本船雷达天线；“异步”是因为干扰雷达的工作在时轴上与本雷达是不同步的（“异步”二字一般被省略），亦即两个雷达的脉冲重复频率有差异。同频雷达干扰具有两个特殊性：一是有源杂波干扰，因而干扰强度很大；二是干扰信号在数据处理和终端设备中出现的时间或位置（距离和方位）以及是否出现均为随机的。因此，同频雷达干扰信号应视为随机变量，且不论是来自天线主瓣还是旁瓣方向均会导致接收机饱和。
同频雷达干扰杂波幅度的分布可用0～1分布表示，即只取0或1两个值，其概率分布为
()=
=m p u p 1 ()=
=m p u p -01 式（5–22）
显然其虚警概率为 ()===m f p p u p 1 式（5–23）
同频雷达干扰杂波在距离或时间轴上概率密度函数如下式所示
()12121/
-0(){T T T t T P t other <<= 式（5–24）
式中Ｔ2－Ｔ1为同频雷达干扰杂波取0或1的数据分布区间。该区间应取为干扰雷达的脉冲重复频率Ｔ即为Ｔ2－Ｔ1。若本雷达数据处理系统的时间量化单元为τ，则在某特定距离量化单元中，因同频雷达干扰导致的虚警概率为
1()m f p p u p ===
11121-T T T t t t p d t t ===+ò 式（5–25）
由于同频干扰雷达与本雷达系统的脉冲工作周期一般不同步，各自选用的脉冲重复频率也未必相同，故在脉冲与脉冲间，干扰雷达杂波是非相关的。因而同频雷达干扰杂波处理相比于海浪、雨雪容易。
4.海杂波的数学模型
由于海（水）面对雷达发射波产生的后向散射回波称“海杂波”，其幅度变化较缓慢，相关性与雨雪回波相比显得更强，幅度统计分布特性更为复杂。海杂波的特性随海上风力、风向、水流、潮汐、雷达工作频率、天线波束极化以及波束入射余角等诸多因素的变化而改变。
人们对海杂波重要性的认识并进行许多不同条件下的实验，始于雷达出现的初期，如何
找到更符合海杂波特性的规律，以便用一种某种函数来表述，于是出现过瑞利分布、正太分布以及后来被共识成较为合理的的韦布尔分布的数学模型。
然而，正如2003新版“雷达手册”（Radar Handbook ）一书所述，“海杂波理论仍悬而未决”，作者认为“最通用的模型（符合表面模型）实际上是一些以偶然的事实为基础的假设组合，并且模型为何必须如此尚无明确解释。……那些用于定量推算海杂波的表面特征的描述仍是个问题”。尚待下一版分解。
因此，我们现在还只能对曾经做过的研究的结果进行较为简单的讨论。
1) 海杂波截面积的算法
先讨论地、海杂波截面积的算法，海面的雷达照射区可以参考图5－8。这是“同时照射区”的概念，即天线波束扫过地、海面时，对应于一个发射脉冲期间、在天线水平波束触及到地、海面时所截取的面积。
图5－8 地面或海面的雷达照射区的几何关系
如图所示，若雷达发射信号的脉冲宽度为τ，水平波束宽度为θH 0，雷达离照射区的距离为R ，则照射区的面积A 可表示为
012()sec ()H R A c a q t = 式（5–26）
式中，α为雷达俯视角；
c 为雷达波传播速度（光速）。
现引入一个称为海面归一化反射率的σ0，则海杂波的截面积可定义为
0A s s 式（5–27）
将A 的表达式代入，有
0012()sec H R c a q t s s 骣÷?÷?÷?÷?桫
= 式（5–28）
从式（5–24）可以明确0s 的含义，由于海面是非理想导体，对雷达入射波不会全反射，且其平面亦非平坦，因此截面积s 只能是正比于A 的远小于A 数值，而0s 即其比例系数，
常以分贝数表示之。沿着传播方向的范围由脉冲宽度τ决定，横向则取决于0H R q ，适应于船
用雷达宽垂直扇形波束。
2) 海杂波数学模型
对海杂波的建模研究主要是经历了三个阶段：
⑴ 20世纪60年代中期之前，使用瑞利分布描述的分辨率的雷达海杂波。
在雷达照射单元内，海杂波是许多散射点的集合，在雷达接收机输入端的海杂波电压可以表示为
1()()mk k k n i t t con u u j w ==-? 式（5–29）
式中,mk u 为第k 个散射点回波电压的振幅；
ωt 为载频角频率；
k 为第k 个散射点回波电压的相位滞后。
若雷达分辨力较低，即雷达照射单元范围内散射点数量很大，且其中任一个的作用均不显著， 则根据概率论中心的极限定理，电压x y u u 、的概率密度函数接近于正态分布，且二者的联合概率密度可表示为
2222,1
()exp 22x y x y p u u u u p s s 轾+犏=-犏犏犏臌 式（5–30）
式中，s
2为(t)x u 和(t)y u 的方差。
将直角坐标变换为极坐标，以便于确定输入信号振幅m u 的分布律。两种不同坐标中通义概率密度表达式之间应有下列关系
()()()()
(),,,,,,m m m m x y y x D D p u u u u u u u u j j j j 轾=犏臌
式（5–31） 式中，()()
,,m x y D
D u u u j 为雅克比式，表示为 ()(),,m y
y m m x y x
x D D u u u u u u u u u j j
j 抖抖=抖抖 式（5–32） 由于cos ,sin y x m m u u u u j j
== 代入式﹙5–31﹚，可得用正余弦表达的雅克比式，其简化式为
()()=,,m x y m D
D u u u u j 式（5–33）
则 ()22exp -22,2m
m m p u u u p s j
s 轾犏=犏犏臌 式（5–34） 对j 在0～2π范围内求积分，并经简化可得
()222-exp 2m m
m p u u u s s 轾犏=犏犏臌
（0m u 3） 式（5–35）
式（5–35）即众所周知的瑞利（Rayleigh ）分布，式中的s 为检波后高斯噪声的 均方值，用瑞利分布描述海杂波是符合实际的。瑞利分布数字特征表达式为
均值：()m u E = 式（5–36
）
均方值：()()222m m u u s E E == 式（5–37）
方差：()()-()0.43222m m D m u u u s E E 轾==犏臌 式（5–38）
中值： 1.17M e s = 式（5–39）
⑵ 20世纪60年代后期，使用对数正态分布描述高分辨率的雷达海杂波。
此间人们运用瑞利分布，在测试高分辨力雷达海杂波统计数据中发现，概率密度函数偏离瑞利分布，出现一种“长尾”现象即峰值较大的海杂波的概率密度值偏高。这是由于此时
的雷达分辩力得到提高，导致雷达照射单元减小，散射点减少，且其中某些散射点有可能突出，已不再满足导出瑞利分布的正态分布的前提。根据经过实测的得到的数据，发现能够实现比较确切描述高分辨力雷达海杂统计规律的是对数正态（Long —Normal ）分布。对数正态分布的概率密度为
(
)()222ln -m m p u u m s 轾犏犏=
-犏犏臌
式（5–40） 若以W m L nu =进行变换，则随机变量W 符合正态分布s m ,2N()，μ、s 2即分别
为正态分布的均值和方差。对正态分布的海杂波特征值为
均值：=exp m u ()s E m+轾犏犏犏臌
2
2 式（5–41） 方差：()2(-1)22exp m D u e m s s 轾=犏臌+ 式（5–42）
中值：()M m e u e m =
式（5–43）
对数－正态分布是一种较好的杂波模型，在一定的条件下，对数－正态分布杂波模型能更好地描述海浪杂波的变化规律。对海杂波还采用海上实测的办法寻找解决海杂波抑制问题。如图5－9和图5－10所示。
图5－9 实测海杂波截面积数据
图5－10 实验是沿海杂波数据与对数－正态分布模型的比较
⑶20世纪70年代后期，人们又从何大量的实测数据中发现，用用对数正态分布描述 高分辨率的雷达海杂波，在高端会出现拖尾偏高的迹象，于是又用韦布尔（Weibull ）分布与实测数据相吻合得情况最好。韦布尔分布的概率密度函数为
()1()()exp ()m m p u u h h h h n n n
-轾犏=-犏臌 m u 0(? 式（5–44） 式中，h 为形状标度参量；n 为强度标度参量。
其主要数字特征为
均值：()11)(/m u h u E =
+Г 式（5–45）
均方值：2()21)(2/m u h u E =+Г 式（5–46）
方差：2()21)11)]{(2/(/[}m D u h h u =+-+ГГ 式（5–47）
中值：()1/(2)M m L n e u h n = 式（5–48）
注意到，当2h +时，将υ2换以22s ，则式（5–44）便成为式（5–35），亦即韦布尔
分布退化为瑞利分布。由此可见，瑞利分布是韦布尔分布的特例，只是参量h 、υ不同而已。h 取决于雷达的分辨参量亦即海况的恶劣程度，随着二者变得俞恶劣，h 值小于2的趋势俞明显，概率密度函数尾部延长的程度俞严重，通常，计算时可取h 值处于1～2之间。n 取决于雷达发射功率、天线增益、工作频率、极化型式及海浪距离等，且与海杂波系数0s （指没单位面积海面雷达杂波截面积）密切相关。
人们对海杂波的研究不会停止，随着对海杂波的研究更加深入，定会出现比韦布尔分布更加精确、更加符合海杂波统计规律的数学模型，即各种混合分布的实践与探究。
以上讨论的海杂波数学模型都是在海面雷达杂波截面积以及其中的雷达照射单元内，海杂波是许多散射点的集合等概念下进行的。而对雷达观测距离范围内海杂波的反射功率强度则根据海上实验证明，由海浪反射的干扰功率随距离增大呈指数律衰减，具体情况待后再作
说明。
5.3 雷达杂波处理
5.2.1接收机内部噪声的处理
一种采用延时线的机内噪声抑制处理原理框图如图（5－9）所示。
图（5－9） 内部噪声抑制处理原理图
由图可见，机内噪声抑制处理是在时钟脉冲控制下将接收信号输入到16级延时单元电路直至延时线终端，所有延时单元的输出都送到相加器，相加器输出再经过平均处理电路输出。通过平均处理输出的强信号变弱，而机内噪声弱信号电平也被减小。
例如，当选用长脉冲时，接收的回波脉冲宽度为12.s m ，延时电路的位移为40/25sec Z MH n 。由于延时电路由16级构成，其延时时间为0.41625sec s n m ?。于是，因1.2s m 脉宽的一个回波输入到延时电路，有1.2s m 脉冲0.4s m +的延时，直至回波完全输出，形成回波的一些展宽。当选用短和中脉冲时，位移频率锁定在80Z MH ，因脉冲宽度更短些。例如，脉宽为1S ，脉宽为0.07s m 。
5.2.2雨雪干扰抑制（AUTO RIAN ）处理
1.FTC 人工雨雪干扰抑制处理 （FTC-Fast Time Constant ）
用微分电路来抑制雨雪干扰是一种传统的的措施。由于雷达难以分辨相邻雨点或雪片的间距，因此，雨、雪反射产生的回波视频在屏上均形成无明显边缘的疏松的棉絮状连续亮斑区（雨、雪区），如图5－10所示。降雨量越大，雨点（或雪片）越粗，雷达工作波长越短，天线波束越宽以及所用脉冲越宽，则雨、雪反射越强，处在雨、雪亮斑区中的小目标回波，将被淹没掉。反之，则雨、雪反射越弱。雨点或雪片形成的宽干扰视频脉冲含有很宽范围的平缓的直流成分，微分即可滤除平缓的直流成分，而至保留少量的边沿成分，可见，微分电路即为一个高通滤波器。使用中可选用双雷达系统中的S 波段雷达，选用窄脉冲宽度或圆极
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
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
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
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。
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
[ ] ?? ∞∞ -= = 202 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：
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