信號檢測及分析雷達(dá)基礎(chǔ)課第一章

信號檢測及分析雷達(dá)基礎(chǔ)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(chǔ)課程、專業(yè)課程。原課程：雷達(dá)信息處理與ARPA目的：掌握信號統(tǒng)計(jì)檢測與處理的基本理論和基本方法。

應(yīng)用領(lǐng)域：通信，雷達(dá)，導(dǎo)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(yīng)用的關(guān)鍵技術(shù)：數(shù)字技術(shù)（計(jì)算機(jī)/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(xué)方式為主，輔助以課外自學(xué)，查閱文獻(xiàn)，獨(dú)立完成作業(yè)。通過計(jì)算機(jī)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(xiàn)1篇（例如：IEEE），撰寫分析報(bào)告，10分；作業(yè)，10分；MATLAB仿真，10分；提出問題和分析問題（5個(gè)），至少交流一次，10分；實(shí)驗(yàn)10分；考試50分。第三頁，共37頁。1.1.3課程的參考書沈風(fēng)麟，信號統(tǒng)計(jì)分析與處理，中國科技大學(xué)出版社陸光華等，隨機(jī)信號處理，西安電子科技大學(xué)出版社趙樹杰，信號檢測與估計(jì)理論，西安電子科技大學(xué)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(jì)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(jī)性的干擾■信號檢測的基本任務(wù)判斷某種信號是否存在估計(jì)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(yīng)）卷積性干擾（如多徑效應(yīng)）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(jìn)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(wù)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_(dá)信息處理基本任務(wù)和技術(shù)發(fā)展趨勢例：船用雷達(dá)（marineradar）圖象顯示介面第十頁，共37頁。(引自文獻(xiàn)：Useofseacluttermodelsinradardesignanddevelopment)例：雷達(dá)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(dá)實(shí)測信號設(shè)天線轉(zhuǎn)速20轉(zhuǎn)/分，波束寬度0.8°，脈沖重復(fù)周期1ms，目標(biāo)照射時(shí)間6.7ms，則回波數(shù)為6個(gè)。雷達(dá)照射目標(biāo)第十二頁，共37頁。提高目標(biāo)探測能力。自動檢測與目標(biāo)跟蹤。增強(qiáng)雷達(dá)的功能和性能。雷達(dá)的數(shù)字化（軟件化）和智能化。雷達(dá)自動化智能化終端—船用雷達(dá)自動標(biāo)繪儀ARPA——AutomaticRadarplottingAidVTS雷達(dá)信息處理系統(tǒng)（數(shù)據(jù)終端）雷達(dá)信息處理基本任務(wù)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(fù)頻率3000Hz下的雷達(dá)圖像在量程3nm/脈寬0.15s重復(fù)頻率3000Hz下雷達(dá)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(biāo)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(dá)信息：給定空域內(nèi)有無目標(biāo)，目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)（坐標(biāo)位置和運(yùn)動參數(shù)），目標(biāo)特性。任務(wù)：自動檢測目標(biāo)，自動跟蹤目標(biāo)，對船舶與周圍目標(biāo)的安全態(tài)勢自動判斷和報(bào)警。功能：目標(biāo)監(jiān)測，目標(biāo)錄取，目標(biāo)跟蹤，危險(xiǎn)判斷，信息顯示，人機(jī)交互。應(yīng)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。■信號自動檢測：在噪聲和雜波干擾背景中判別（提?。┠繕?biāo)。建立自適應(yīng)檢測門限。如利用恒虛警率處理（CFAR）等方法建立隨回波強(qiáng)度變化的自適應(yīng)門限。第二十三頁，共37頁。門限1時(shí)間t幅度u目標(biāo)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(xiàn)：ASUBSPACE-BASEDAPPROACHTOSEACLUTTERSUPPRESSIONFORIMPROVEDTARGETDETECTION）最大似然估計(jì)（maximum-likelihoodestimate）第二十五頁，共37頁。■目標(biāo)跟蹤（tracking）——目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)估計(jì)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(biāo)的相關(guān)判別和目標(biāo)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(zhǔn)確可靠的目標(biāo)狀態(tài)參數(shù)。1、根據(jù)錄取的目標(biāo)數(shù)據(jù)，對運(yùn)動目標(biāo)建立軌跡，計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動參數(shù)；2、對目標(biāo)進(jìn)行跟蹤，判斷每次掃描的回波信號是否是同一個(gè)目標(biāo)；第二十六頁，共37頁。真值濾波估值測量值預(yù)測值動態(tài)濾波（跟蹤濾波）示意遞歸濾波：測量值與預(yù)測值的加權(quán)組合預(yù)測值包含了過去的測量數(shù)據(jù)。預(yù)測：按假設(shè)的目標(biāo)運(yùn)動數(shù)學(xué)模型推算目標(biāo)未來的狀態(tài)。由濾波估值計(jì)算目標(biāo)運(yùn)動矢量，比由測量值計(jì)算的運(yùn)動矢量更準(zhǔn)確更穩(wěn)定。第二十七頁，共37頁?！鑫ｋU(xiǎn)判斷相對運(yùn)動矢量由最接近點(diǎn)距離和到最接近點(diǎn)的時(shí)間確定的安全區(qū)相對運(yùn)動情況下的安全態(tài)勢的判別：最接近點(diǎn)距離DCPA到最接近點(diǎn)的時(shí)間TCPA目標(biāo)本船預(yù)測并判斷運(yùn)動目標(biāo)的未來狀況，計(jì)算最接近點(diǎn)距離（DCPA或簡稱CPA）、到達(dá)最接近點(diǎn)時(shí)間（TCPA），判斷有無碰撞、擱淺、脫離航道等危險(xiǎn)。計(jì)算安全航行方案等。第二十八頁，共37頁。雷達(dá)信息處理系統(tǒng)（雷達(dá)數(shù)據(jù)終端）雷達(dá)信號檢測與錄取雷達(dá)接收機(jī)接口單元顯示器跟蹤計(jì)算機(jī)人機(jī)交互界面計(jì)程儀羅經(jīng)GPSAIS數(shù)字化終端：計(jì)算機(jī)+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(dá)天線的方位碼盤（軸角編碼器）波導(dǎo)隙縫天線（輻射器）第三十二頁，共37頁。雷達(dá)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(dá)收發(fā)機(jī)信號變換A/D變換FPGA時(shí)序控制與預(yù)處理SRAMDSP自動檢測PCIBus第三十四頁，共37頁。數(shù)字雷達(dá)：智能化，信息集成和融合處理的公共平臺軟件雷達(dá)軟件無線電雷達(dá)、導(dǎo)航、通信的技術(shù)基礎(chǔ)雷達(dá)、導(dǎo)航、通信技術(shù)的相互促進(jìn)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(jì)處理理論和方法