信號檢測與分析雷達基礎課第一章

1、信號檢測與處理 第1章 緒論 檢測？ 信號統(tǒng)計分布特性： 門 限 信號 時間t 幅度u 噪聲 概率密度p(u) 幅度u 噪聲 信號 門限 統(tǒng)計檢測即門限檢測，因為依據信號參數的幅度的統(tǒng)計分布特性。 貝葉斯貝葉斯（bayesianbayesian）檢測檢測即似然比檢測似然比檢測(likelihood ratio test/detection) 檢測的依據？ 信號特性？ 信號與噪聲特性差異？ 概率分布密度和相關函數。 1.1 課程簡介 1.1.1 課程的性質和目的 課程性質：專業(yè)基礎課程、專業(yè)課程。 原課程：雷達信息處理與ARPA 目的：掌握信號統(tǒng)計檢測與處理的基本理論和基本方法。 應用領域： 通

2、信，雷達，導航，語音處理，圖像處理，模式識別， 生物工程，氣象信號處理，天文信號處理， 推動信號處理技術研究與應用的關鍵技術： 數字技術數字技術（計算機/微處理器、DSP、FPGA、存儲器、A/D轉換器， 其他各種數字集成電路） 傳感器技術傳感器技術 1.1.2 課程基本要求與考核 以課堂理論教學方式為主，輔助以課外自學，查閱文獻， 獨立完成作業(yè)。 通過計算機模擬仿真（MATLAB）了解信號檢測與處理的 基本原理和技術。 成績考核：成績考核： 查閱英文文獻1篇（例如：IEEE），撰寫分析報告，10分； 作業(yè)，10分； MATLAB 仿真，10分； 提出問題和分析問題（5個），至少交流一次，10

3、分； 實驗10分； 考試50分。 1.1.3 課程的參考書 沈風麟，信號統(tǒng)計分析與處理，中國科技大學出版社 陸光華等，隨機信號處理，西安電子科技大學出版社 趙樹杰，信號檢測與估計理論，西安電子科技大學出版社 1.1.4 本課程的前續(xù)課程 概率論與數理統(tǒng)計 信號與系統(tǒng) 聯(lián)系方式： 電話:84729202 1.2 信號檢測與處理的基本概念 信號信息傳輸和交換的載體 信號總是伴有各種隨機性的干擾 信號檢測的基本任務 判斷某種信號是否存在 估計攜帶信息的信號參數 信號檢測與處理的基本模型 加性干擾 乘性干擾（如衰落效應） 卷積性干擾（如多徑效應） 香農（Shanon）信息傳輸模型： 信道 變換 編碼

4、調制 信息源 信號源 信號處理信息接收 干擾 信號消息 在加性干擾條件下，接收的輸入矢量或觀測矢量為 nsx c c ( )Asin+ ( )0tT Asin+ ( )0tT x tt n t x ttn t 例： T ni x,x,xx 21 x txtx i ii tit t tit t sin t tit csint i 取樣信號： 則有： i(t)為正交（基）函數集： 信號處理的輸出矢量y： xfy 需要什么樣的函數變換？對變換后的信號進行檢測！ 輸入信號 信號處理信號檢測輸出信號 門限 x y 信號處理完成輸入空間到輸出空間的變換（映射）： XfY NnSsYyXx, 定義S、N、X

5、、Y分別為信號空間、干擾空間、輸入空間和輸出空 間，有 以便最佳地從干擾背景中發(fā)現信號，并提取信號中所攜帶的信息。 輸入空間 S N f (x)XDY 信號空間 干擾空間 判決空間輸出空間 1.3 信號處理的基本任務和技術發(fā)展趨勢 改善信號質量 提高信噪比 檢測 識別 智能 在更大程度上決定系統(tǒng)的功能和性能。 系統(tǒng)的數字化（軟件化）和智能化。 雷達信息處理基本任務和技術發(fā)展趨勢雷達信息處理基本任務和技術發(fā)展趨勢 例：船用雷達（marine radar）圖象顯示介面 (引自文獻：Use of sea clutter models in radar design and development)

6、例：雷達原始回波圖象 02004006008001000120014001600 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 02004006008001000120014001600 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 02004006008001000120014001600 -0.2 0 0.2 02004006008001000120014001600 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 t t t t N 脈沖數脈沖數 幅值u(t) 2 1 3 脈沖雷達實測信號 設天線轉 速20轉/ 分，波束 寬度 0.8， 脈沖重復 周期1ms， 目標照射 時間 6.7ms， 則回波數 為6個。 雷

7、達照射目標 提高目標探測能力。提高目標探測能力。 自動檢測與目標跟蹤。自動檢測與目標跟蹤。 增強雷達的功能和性能。增強雷達的功能和性能。 雷達的數字化（軟件化）和智能化。雷達的數字化（軟件化）和智能化。 雷達自動化智能化終端雷達自動化智能化終端 船用雷達自動標繪儀船用雷達自動標繪儀 ARPAAutomatic Radar plotting Aid VTS雷達信息處理系統(tǒng)雷達信息處理系統(tǒng)（數據終端數據終端） 雷達信息處理基本任務和技術發(fā)展趨勢雷達信息處理基本任務和技術發(fā)展趨勢 在量程在量程0.75nm/0.75nm/脈寬脈寬0.070.07 s/s/重復頻率重復頻率 3000Hz3000Hz下的

8、雷達圖像下的雷達圖像 在量程在量程3nm/3nm/脈寬脈寬0.150.15 s s重復頻重復頻 率率3000Hz3000Hz下雷達圖像下雷達圖像 浮標浮標 多徑反射假回波多徑反射假回波 雷達信息：雷達信息：給定空域內有無目標，目標狀態(tài)參數（坐標位 置和運動參數），目標特性。 任務：任務：自動檢測目標，自動跟蹤目標，對船舶與周圍目標 的安全態(tài)勢自動判斷和報警。 功能：功能：目標監(jiān)測，目標錄取，目標跟蹤，危險判斷，信息 顯示，人機交互。 應用：應用：船舶自動避碰，船舶無人駕駛，船舶交通管理。 信號自動檢測信號自動檢測：在噪聲和雜波干擾背景中判別（提?。┠繕?。 建立自適應檢測門限。 如利用恒虛警率處

9、理（如利用恒虛警率處理（CFARCFAR）等方法建立隨回波）等方法建立隨回波 強度變化的自適應門限。強度變化的自適應門限。 門限1 時間t 幅度u 目標 門限2 門限低門限低，發(fā)現概率和虛警概率高；門限高門限高，發(fā)現概率和虛警概率低。 例：仿真分析 matched-filtered output clutter-suppressed output （引自文獻：A SUBSPACE-BASED APPROACH TO SEA CLUTTER SUPPRESSION FOR IMPROVED TARGET DETECTION） 最大似然估計 （maximum- likelihood estimat

10、e） 目標跟蹤目標跟蹤 （tracking ）目標運動參數估計 跟蹤濾波（動態(tài)濾波） 卡爾曼濾波 濾波 波門相關（距離測度） 完成目標的相關判別和目標數據的動態(tài)濾波，降低測量誤差和動態(tài) 擾動的影響，給出更加準確可靠的目標狀態(tài)參數。 1、根據錄取的目標數據，對運動目標建立軌跡，計算目標運動參 數； 2、對目標進行跟蹤，判斷每次掃描的回波信號是否是同一個目標； 真值濾波估值測量值預測值 動態(tài)濾波（跟蹤濾波）示意 遞歸濾波：測量值與預測值的加權組合 預測值包含了過去的測量數據。 預測：按假設的目標運動數學模型推算目標未來的狀態(tài)。 由濾波估值計算目標運動矢量，比由測量值計算的運動矢量更準 確更穩(wěn)定。

11、危險判斷危險判斷 相對運動矢量 由最接近點距離和 到最接近點的時間 確定的安全區(qū) 相對運動情況下的安全態(tài)勢的判別： 最接近點距離DCPA 到最接近點的時間TCPA 目標 本船 預測并判斷運動目標的未來狀況，計算最接近點距離（DCPA或簡 稱CPA）、到達最接近點時間（TCPA），判斷有無碰撞、擱淺、脫 離航道等危險。計算安全航行方案等。 雷達信息處理系統(tǒng)（雷達數據終端） 雷達信號 檢測與錄取 雷達接收機 接口單元 顯示器 跟蹤 計算機 人機交 互界面 計 程 儀 羅 經 G P S A I S 數字化終端：計算機+數據采集卡 高速DSP SDRAM 模擬通道2 模擬通道1 A/D A/D DI

12、O接 口控制 FPGA SDRAM BUS驅動 高 速 采 集 緩 存 PCI 數據采集卡 雷達天線的方位碼盤（軸角編碼器） 波導隙縫天線（輻射器） 雷達的TVA信號（觸發(fā)、視頻和方位混合信號） 跟 蹤 處 理 雷 達 收 發(fā) 機 信 號 變 換 A/D 變換 FPGA 時序控 制與預 處理 SRAM DSP 自動 檢測 PCI Bus 數字雷達：智能化，信息集成和融合處理的公共平臺 軟件雷達 軟件無線電 雷達、導航、通信的技術基礎 雷達、導航、通信技術的相互促進和融合 1.4 本課程的主要內容 核心信號的統(tǒng)計處理理論和方法 統(tǒng)計信號檢測的理論基礎統(tǒng)計信號檢測的理論基礎 雙擇檢測及其最佳準則。多元信號檢測及其最佳準則。隨機參量 信號的檢測。 統(tǒng)計信號估計的理論基礎統(tǒng)計信號估計的理論基礎 貝葉斯估計。極大極小估計。最大似然估計。 信號檢測技術信號檢測技術 高斯白噪聲下確知信號的檢測。匹配濾波器。隨機參量信號的檢 測。信號的多脈沖檢測。高斯色噪聲下的信號檢測。非參量檢 測。序列檢測。 信號參量