雷达信号处理基本流程要点

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Task1f0=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01000200030004000500060007000-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8101000200030004000500060007000-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81012345678910x107020406080100120S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).^2);%发射信号（参考信号）00.511.522.533.544.5x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.8100.511.522.533.544.5x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81012345678910x107020406080100120So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S)));%脉压figure(7);plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)))%归一化dBgridon01000200030004000500060007000-400-350-300-250-200-150-100-500二、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：输入信号频谱分析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;clearall;closeall;B=10e6;%带宽10MHztp=10e-6;%脉宽10usk=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);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%参考信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Sref=exp(2i*pi*f0*t).*exp(1i*pi*k*t.^2);00.511.522.533.5x10-5-101仿真时间/t幅度参考信号实部00.511.522.533.5x10-5-101仿真时间/t幅度参考信号虚部-2.5-2-1.5-1-0.500.511.522.5x107050100频率f/Hz幅度参考信号频谱%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%回波信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Sb0=exp(1j*pi*k*(t-2*R0/c).^2).*exp(2j*pi*f0*(t-2*R0/c));Sb1=exp(1j*pi*k*(t-2*R1/c).^2).*exp(2j*pi*f0*(t-2*R1/c));Sb2=exp(1j*pi*k*(t-2*R2/c).^2).*exp(2j*pi*f0*(t-2*R2/c));Sb=Sb0+Sb1+Sb2;00.511.522.533.5x10-5-101仿真时间t/s幅度回波信号1实部00.511.522.533.5x10-5-101仿真时间t/s幅度回波信号2实部00.511.522.533.5x10-5-101仿真时间t/s幅度回波信号3实部00.511.522.533.5x10-5-3-2-10123时间t/s幅度三个目标组成的回波信号的实部%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%混频信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%SSb=Sref.*conj(Sb);%去斜后时域信号spectrum=fft(SSb,fft_N);%去斜后频域信号f=fs*(0:fft_N-1)/fft_N-fs/2;%从-fs/2到fs/2f=f*c*tp/2/B;%瞬时频率对应的距离sf=exp(-j*pi/k*f.^2);%滤波器传输函数SSb=spectrum.*sf;%从频域去距离扭曲，实现了压缩和去RVPfigure;SSb=fftshift(SSb);SSb1=ifft(SSb);%消除了距离扭曲和RVP的时域信号subplot(211);plot(f,db(abs(SSb)/max(SSb)))xlabel('距离/m');gridonsubplot(212);plot(f,abs(SSb))xlabel('距离/m');gridon-4000-3000-2000-100001000200030004000-80-60-40-200距离/m-4000-3000-2000-1000010002000300040000500100015002000距离/m三、加窗信号的截取产生了能量泄漏，而用FFT算法计算频谱又产生了栅栏效应，在FFT分析中为了减少或消除频谱能量泄漏及栅栏效应可采用不同的截取函数对信号进行截短，截短函数称为窗函数，简称窗。%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%窄带加窗处理%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%clc;clearall;closeall;f0=10e9;%载频B=10e6;%信号带宽tp=10e-6;%脉冲宽度fs=100e6;%采样频率k=B/tp;%LFM系数，线性调频率R0=3000;%初始距离c=3e8;%光速R=6000;tau=2*R0/c;N=round(2*R/c*fs);fft_N=2^nextpow2(N);t=(0:fft_N-1)/fs;s=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(j*pi*k*(t-tp/2).^2);%%发射信号spectrum_s=fft(s,fft_N);%参考信号频谱spectrum_s=fftshift(spectrum_s);sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*k*(t-tp/2-tau).^2).*exp(-2j*pi*f0*tau);%%回波信号%%时域加窗sm=hamming(round(tp*fs))'.*s(1:round(tp*fs));%参考信号加窗%%频域加窗%找频谱的-4dB压缩点，窗函数严格与该压缩点之间的频谱对应hamming1=[zeros(1855,1)',hamming(387)',zeros(1854,1)'];spectrum_sm=hamming1.*spectrum_s;%%脉压fft_ssb=ifft(fft(sb).*conj(fft(s)));fft_smsb=ifft(fft(sb).*conj(fft(sm,length(sb))));fft_spsb=ifft(fft(sb).*conj(fftshift(spectrum_sm)));012345678910x107-90-80-70-60-50-40-30-20-100频率f/Hz幅度/dB归一化发射信号频谱01002003004005006007008009001000050100150时域加窗后的参考信号频谱图幅度012345678910x107050100150频率f/Hz幅度时域加窗前的参考信号频谱图012345678910x107050100150频率f/Hz幅度频域加窗后的参考信号频谱图012345678910x107050100150频率f/Hz幅度频域加窗前的参考信号频谱图01000200030004000500060007000-400-350-300-250-200-150-100-500距离/m幅度/db窄带加窗与否对比图未加窗加窗01000200030004000500060007000-400-350-300-250-200-150-100-500距离/m幅度/db窄带频域加窗与否对比图未加窗加窗%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%去斜加窗处理%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%B=10e6;%带宽10MHztp=10e-6;%脉宽10usu=B/tp;%LFM系数fs=50e6;%fs=2*B/tp*tauR0=3000;%初始距离R=4500;%距离波门c=3e8;f0=60e6;%载频N=round(2*R/c*fs);fft_N=2^nextpow2(N);t=linspace(0,2*R/c,N);f=fs*(0:fft_N-1)/fft_N-fs/2;%从-fs/2到fs/2%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%参考信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Sref=exp(1i*pi*u*t.^2);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%回波信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%Sb=rectpuls(t-2*R0/c,tp).*exp(1j*pi*u*(t-2*R0/c).^2);%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%混频信号%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%%ssb=Sref.*conj(Sb);%%加窗%w=hamming(502)';%hamming=[zeros(749,1)',w-min(w),zeros(249,1)'];%hamming=abs(hamming)/max(hamming);hamming=[zeros(749,1)',hamming(502)',zeros(249,1)'];ssb0=hamming.*ssb;spectrum_ssb0=fft(ssb0,fft_N);%一维距离像spectrum_ssb=fft(ssb,fft_N);f=f*c*tp/2/B;%瞬时频率对应的距离figure;%%图6plot(f,db(abs(fftshift(spectrum_ssb))/max(fftshift(spectrum_ssb))))holdonplot(f,db(abs(fftshift(spectrum_ssb0))/max(fftshift(spectrum_ssb0))),'r')holdoff-4000-3000-2000-1000010002000300