雷達(dá)信號處理過程說明文檔

1、運動目標(biāo)回波信號和固定目標(biāo)（包括地波）回波信號的主要區(qū)別是運動回波信號帶有多普勒頻移。假設(shè)雷達(dá)發(fā)射信號的頻率為，初相為的全相參脈沖信號，那么發(fā)射信號序列可以用下圖1表示。圖一可以表示為：如果只關(guān)注正弦波部分，則發(fā)射信號脈沖部分為：那么在照射到距離為R處的目標(biāo)時回波為：其中K為衰減系數(shù)，為反射時間。如果當(dāng)目標(biāo)以速度為朝向雷達(dá)運動的時候：所以：那么目標(biāo)回波和發(fā)射信號的相位差是時變的：當(dāng)目標(biāo)是運動的時候，發(fā)射與接收的信號之間有一個頻率差，用表示：假設(shè)基頻為雷達(dá)信號經(jīng)過反射之后變?yōu)椋邮罩髮π盘栠M(jìn)行數(shù)字下變頻（DDC）將原有的信號的載頻去除，獲得只含有頻移的信號。圖二所以在全相參雷達(dá)中，可以使用正交

2、相位檢波器來獲得中頻信號的基帶信號，有時也稱為中頻信號的復(fù)包絡(luò)。即：上式中：通過低通濾波器之后，輸出的雙正交通道信號分別為：脈沖壓縮：此時正交兩路信號為經(jīng)過調(diào)制（線性調(diào)制，非線性調(diào)制或相位編碼）的大時寬帶寬信號。而從本質(zhì)上來說，雷達(dá)的距離分辨率取決于信號的帶寬，脈沖越窄，其帶寬越寬，分辨能力就越高。但是大時寬帶寬的信號只是具有高分辨力的潛質(zhì)，但是真正體現(xiàn)其高分辨力還是需要通過脈沖壓縮濾波器之后實現(xiàn)。而脈沖壓縮濾波器是和發(fā)射信號的調(diào)制方式所匹配的。而脈沖壓縮分為時域和頻域兩種方法，由于時域的方法占用資源過多，而且算法的實時性不高，所以只考慮頻域的匹配濾波方法。首先將信號以實部虛部相間的方式存放在

3、一個數(shù)組中并進(jìn)行FFT變換，這也是DSP中FFT變換的要求。同時，匹配濾波的脈壓系數(shù)是發(fā)射信號調(diào)制系數(shù)的反轉(zhuǎn)共軛即：調(diào)頻的脈壓系數(shù)的數(shù)量直接由脈沖時寬和采樣頻率決定，同時對信號和系數(shù)進(jìn)行相同點數(shù)N的FFT變換，然后兩者相乘。如果考慮加窗，那么則需要在系數(shù)h(n)進(jìn)行FFT的N點變換之前先乘以窗函數(shù)w(n)。流程框圖為：圖三脈沖對消：處理過的信號則是一個個脈沖的形式，可以認(rèn)為這是一組串行數(shù)據(jù)，將其按脈沖周期劃分為N*M的矩陣，其中N為脈沖數(shù)，M為一個脈沖周期內(nèi)采樣點數(shù)，它和脈沖重復(fù)周期采樣頻率有關(guān)?？梢詫⒚總€采樣點的間隔認(rèn)為是一個距離門，也就是可以將這個的一維數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為按脈沖序號排列的的二位矩陣

4、。每個單元內(nèi)存放的均是表示信號的復(fù)數(shù)，也就是，如下所示：圖四如果，任取一個單元內(nèi)的對其取模，即，那么在此時橫坐標(biāo)是時間單元，也就同時代表著距離單元。當(dāng)有目標(biāo)產(chǎn)生回波的時候，在這個矩陣的單元中就會出現(xiàn)峰值，即會變的很大。每一個單個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的回波都會包含這些目標(biāo)的回波，當(dāng)然其中不僅包括目標(biāo)的回波，自然也會包含地雜波和低速運動的物體產(chǎn)生的回波，這些都是雷達(dá)追蹤的干擾。假設(shè)在雷達(dá)可探測的半徑中存在高速運動的目標(biāo)A，靜止目標(biāo)B以及低速運動的雜物C，那么在一個脈沖重復(fù)周期內(nèi)的回波就會有三個峰值。如下圖所示：圖五那么表現(xiàn)在N*M的矩陣中，則如下圖所示：圖六橙色所示的列是峰值所在的距離（時間）單元出現(xiàn)了

5、峰值，三維圖如下所示：圖七雖然上圖中顯示一列的峰值接近相似，但是由于這是每個單元內(nèi)存放的信號的模長，實際信號還包含有相位信息，由此步之后進(jìn)行脈沖對消，也就是將2號脈沖減去1號脈沖，3號脈沖減去2號脈沖以此類推。峰值A(chǔ)因為是靜止物體回波，相位也基本相同，所以對應(yīng)相減之后可以基本消除。而峰值B,C由于有速度，雖然其模長基本相同，但是相位卻差別很大。一般來說，經(jīng)過兩次對消之后，基本可以將靜態(tài)目標(biāo)的回波消除。而峰值B,C由于有速度，雖然其模長基本相同，但是相位卻差別很大。因此對消之后不會消除他們反而可能會增大其信號峰值。圖八這里可以發(fā)現(xiàn)沒有被對消掉的脈沖的峰值反而變大了，由80變成了150。此時的信號

6、是在時域上表示的，也就是如下圖所示：圖九可以發(fā)現(xiàn)，橫軸是代表著時間的離散的采樣序列。它代表著時間點同時也代表著距離，也就是說一列的數(shù)據(jù)都是表示距離雷達(dá)同一距離的物體（目標(biāo)）所產(chǎn)生的回波信息而這個距離則是由橫軸的坐標(biāo)表示。所以，MTI是為了消除靜態(tài)目標(biāo)，但是無法區(qū)分目標(biāo)的移動速度，那么，接著就需要對目標(biāo)加以區(qū)分，由前敘述可知。由前分析可知，對消器大大消弱了固定目標(biāo)的回波信號的幅值，而固定目標(biāo)的多普勒頻移為零。所以可知對消器的頻譜特性是在零頻以及處出現(xiàn)凹口（為脈沖的重復(fù)頻率）。而如果對同一列的采樣點進(jìn)行FFT變換，也就是對距離為同一個點的N次采樣進(jìn)行快速傅里葉變換也就可以得到這個點的頻譜，那么就可以得到這一點引起的頻移。如果將這種方法的FFT用濾波器表現(xiàn)，那么就是一組帶有N個中心頻率平均分布在0-所以，MTI是為了消除靜態(tài)目標(biāo)，但是無法區(qū)分目標(biāo)的移動速度，那么，接著就需要對目標(biāo)加以區(qū)分，由前敘述可知，如下圖是在有8脈沖的情況下的設(shè)計的濾波器：圖十而當(dāng)經(jīng)過有16個濾波器組成的濾波組處理之后，所得到的圖如下所示：圖十一可以發(fā)現(xiàn)在原來每個固定距離點的列都出現(xiàn)了一個峰值。總體來看把圖九中的各個數(shù)據(jù)處理成了下圖所示： 而這些