信號檢測及分析雷達基礎課第一章

信號檢測及分析雷達基礎課第一章第一頁，共37頁。1.1課程簡介1.1.1課程的性質(zhì)和目的課程性質(zhì)：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(lǐng)域：通信，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(shù)研究與應用的關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)字技術(shù)（計算機/微處理器、DSP、FPGA、存儲器、A/D轉(zhuǎn)換器，其他各種數(shù)字集成電路）傳感器技術(shù)第二頁，共37頁。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(shù)。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分；實驗10分；考試50分。第三頁，共37頁。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(shù)理統(tǒng)計信號與系統(tǒng)聯(lián)系方式：

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第四頁，共37頁。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(shù)■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(nóng)（Shanon）信息傳輸模型：信道變換編碼調(diào)制信息源信號源信號處理信息接收干擾信號消息第五頁，共37頁。在加性干擾條件下，接收的輸入矢量或觀測矢量為例：第六頁，共37頁。取樣信號：則有：i(t)為正交（基）函數(shù)集：信號處理的輸出矢量y：需要什么樣的函數(shù)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xy第七頁，共37頁。信號處理完成輸入空間到輸出空間的變換（映射）：定義S、N、X、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(xiàn)信號，并提取信號中所攜帶的信息。輸入空間SNf(x)XDY信號空間干擾空間判決空間輸出空間第八頁，共37頁。1.3信號處理的基本任務和技術(shù)發(fā)展趨勢改善信號質(zhì)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(shù)字化（軟件化）和智能化。第九頁，共37頁?！隼走_信息處理基本任務和技術(shù)發(fā)展趨勢例：船用雷達（marineradar）圖象顯示介面第十頁，共37頁。(引自文獻：Useofseacluttermodelsinradardesignanddevelopment)例：雷達原始回波圖象第十一頁，共37頁。02004006008001000120014001600-0.100.10.20.302004006008001000120014001600-0.100.10.20.302004006008001000120014001600-0.200.202004006008001000120014001600-0.200.20.40.6ttttN……脈沖數(shù)幅值u(t)213■脈沖雷達實測信號設天線轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/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(shù)為6個。雷達照射目標第十二頁，共37頁。提高目標探測能力。自動檢測與目標跟蹤。增強雷達的功能和性能。雷達的數(shù)字化（軟件化）和智能化。雷達自動化智能化終端—船用雷達自動標繪儀ARPA——AutomaticRadarplottingAidVTS雷達信息處理系統(tǒng)（數(shù)據(jù)終端）雷達信息處理基本任務和技術(shù)發(fā)展趨勢第十三頁，共37頁。在量程0.75nm/脈寬0.07s/重復頻率3000Hz下的雷達圖像在量程3nm/脈寬0.15s重復頻率3000Hz下雷達圖像第十四頁，共37頁。第十五頁，共37頁。第十六頁，共37頁。第十七頁，共37頁。第十八頁，共37頁。浮標第十九頁，共37頁。第二十頁，共37頁。多徑反射假回波第二十一頁，共37頁。雷達信息：給定空域內(nèi)有無目標，目標狀態(tài)參數(shù)（坐標位置和運動參數(shù)），目標特性。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：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：船舶自動避碰，船舶無人駕駛，船舶交通管理。第二十二頁，共37頁?！鲂盘栕詣訖z測：在噪聲和雜波干擾背景中判別（提取）目標。建立自適應檢測門限。如利用恒虛警率處理（CFAR）等方法建立隨回波強度變化的自適應門限。第二十三頁，共37頁。門限1時間t幅度u目標門限2門限低，發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率高；門限高，發(fā)現(xiàn)概率和虛警概率低。第二十四頁，共37頁。例：仿真分析

matched-filteredoutputclutter-suppressedoutput（引自文獻：ASUBSPACE-BASEDAPPROACHTOSEACLUTTERSUPPRESSIONFORIMPROVEDTARGETDETECTION）最大似然估計（maximum-likelihoodestimate）第二十五頁，共37頁?！瞿繕烁櫍╰racking）——目標運動參數(shù)估計跟蹤濾波（動態(tài)濾波）卡爾曼濾波—濾波波門相關(guān)（距離測度）完成目標的相關(guān)判別和目標數(shù)據(jù)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(shù)。1、根據(jù)錄取的目標數(shù)據(jù)，對運動目標建立軌跡，計算目標運動參數(shù)；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；第二十六頁，共37頁。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(quán)組合預測值包含了過去的測量數(shù)據(jù)。預測：按假設的目標運動數(shù)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。第二十七頁，共37頁?！鑫ｋU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。第二十八頁，共37頁。雷達信息處理系統(tǒng)（雷達數(shù)據(jù)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(jīng)GPSAIS數(shù)字化終端：計算機+數(shù)據(jù)采集卡第二十九頁，共37頁。高速DSPSDRAM模擬通道2模擬通道1A/DA/DDIO接口控制FPGASDRAMBUS驅(qū)動高速采集緩存PCI數(shù)據(jù)采集卡第三十頁，共37頁。第三十一頁，共37頁。雷達天線的方位碼盤（軸角編碼器）波導隙縫天線（輻射器）第三十二頁，共37頁。雷達的TVA信號（觸發(fā)、視頻和方位混合信號）第三十三頁，共37頁。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SRAMDSP自動檢測PCIBus第三十四頁，共37頁。數(shù)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(shù)基礎雷達、導航、通信技術(shù)的相互促進和融合第三十五頁，共37頁。1.4本課程的主要內(nèi)容核心——信號的統(tǒng)計處理理論和方法