电子对抗原理-4-雷达信号处理

1雷达探测基本理论和基本定位技术2频综发射机收发开关或环行器接收机数据处理显示终端天线扫描控制装置天线信号处理机监控终端3主要内容模糊函数目标雷达特性匹配滤波脉冲压缩技术检测准则恒虚警处理技术雷达距离方程基本参数测量技术基本定位方法44.2非线性调频信号脉冲压缩起源特点：不损失SNR，同时具有低的距离副瓣产生器件：SAW、DDS、存储器＋DA波形产生原理：相位驻留原理脉压：SAW、FPGA、DSP5S型非线性调频信号调频率曲线脉压输出波形6S型非线性调频信号AF7S型非线性调频信号AF的零频切面S型非线性调频信号AF的非零频切面8S型非线性调频信号AF的非零频切面94.3相位编码信号脉冲压缩相位编码信号是通过信号的时域非线性调相达到扩展等效带宽的目的是相位调制函数，对二相编码信号tfjtjtfjeetaetuts002)(2)()()(()t()(0,)t10相位编码信号二相编码信号的复包络可写成为子脉冲函数13位巴克码：＋＋＋＋＋－－＋＋－＋－＋幅度时间1kc10()()0NkckutCvtkt()vt11二相编码信号的时宽（即信号持续期）为码长乘以子脉冲宽度：其等效带宽近似为子脉冲带宽其时宽带宽积或脉冲压缩比为采用长的二进制序列，就能得到大的时宽带宽积cN1/cBDBN12巴克码信号1313位巴克码信号的自相关函数幅度归一化时延14M序列的产生i1i-12i-2ni-nx=axaxax12n-1a,a,,ana系数取值为0或者1，系数总为1C1C2Cn-1Cna1a2anan-1+++++xiXi-1Xi-2Xi-n+2Xi-n+1Xi-nm序列输出移位脉冲置初始状态15M序列反馈联接形式16M序列基带波形17M序列的特点m序列的周期长度是，n为本原多项式的次数m序列一个周期段中，1出现次数比0多一个m序列编码通常有周期和非周期两种使用方式利用m序列能组合成Gold码，一组Gold码不是严格正交，是准正交码CDMA用的64个walsh码（长64）是正交的12n18二相编码信号的频谱形状主要取决于子脉冲频谱，在等幅情况下，其为函数，频谱细节取决于所具体采用的码制；1()UfSinc1931位m序列脉压（周期自相关）结果31位m序列脉压（非周期自相关）结果20相位编码信号脉冲压缩一般采用时域脉压还是频域脉压？m序列脉压输出副瓣有何特点？如何抑制其副瓣？若m序列前一部分被截掉，只对后一部分进行脉冲压缩，输出信号幅度和副瓣会有什么变化？21多相编码信号二相编码除了巴克码外,其它几种码的非周期自相关函数都不太理想,多相编码采用M个可能的相位状态来对长的、幅度恒定的脉冲进行编码,能得到良好的自相关特性Frank码是线性调频波形的不连续的近似,在有多普勒频移出现时,弗兰克码的自相关函数将会比二相编码减少得慢22相数为3Frank码相位序列23P1、P2、P3、P4码P3码和P4码是对线性调频信号(LFM)按采样定律采样相位得到的多相码式中i=1,2,⋯,BT,BT为脉压比245信号检测准则基本概念二元假设无目标有目标::01HH后验概率比准则似然比准则贝叶斯（Bayes）准则：适用于通信系统奈曼－皮尔逊准则：适用于雷达系统255.1基本概念没有目标信号存在时误判为有目标信号，即为‘虚警’，虚警概率为vdHvpPHF1)/(0有目标信号存在而误判为无信号目标，称为“漏检”，漏检概率为0)/(1HMdvHvpP265.2贝叶斯准则最小错误概率准则在衡量两种错误的危害时，不能同等对待，而应当以不同的“代价系数”加权，使总的危害最小，这种把错误的危害减至最小的检测准则称为贝叶斯（Bayes）准则27111011001000110110010001))(())(())(())(()()()(HccHPccHPHccHPccHPypypyl判为判为＝贝叶斯准则的基本思想是：使因各种错误判断而付出的平均代价最小，所以它也叫最小平均风险准则5.2贝叶斯准则2816QAM信号的星座图QPSK信号的星座图295.3奈曼－皮尔逊准则通常把雷达的最佳检测定义为在虚警概率为一定值的条件下，使发现概率最大，这就是奈曼－皮尔逊（Neyman－Pearson）准则fPDP0101)()()(HHypypyl选择选择门限越高，虚警概率越小，二者不是线性关系fP30瑞利分布316恒虚警率检测恒虚警率检测基本原理噪声门限恒虚警检测器临近单元平均恒虚警检测器杂波图恒虚警检测器326.1恒虚警率检测基本原理恒虚警（CFAR）检测的目的是保持信号检测时的虚警率恒定，使数据处理计算机不会因虚警太多而过载，同时兼顾检测概率的要求。原因：虚警率太低，会影响检测概率；虚警率变高，检测概率增大，易造成数据处理计算机的饱和。33几种常用分布34222/2)(xexxp瑞利分布Weibull分布0,,0)(/1xexxpx0]23exp[29)(202403xAxAxxpT莱斯型（Rice）分布35)2()()(2)(11AuvKAuvAvApvvK分布对数正态分布36恒虚警基本原理噪声干扰的幅度分布是瑞利分布222/2)(xexxp虚警概率为式中为检测因子T221)(TTfedxxpP373种常用的恒虚警处理方法噪声门限恒虚警处理：适用于噪声环境邻近单元恒虚警处理：适用于快变、均匀分布干扰环境杂波图恒虚警处理：适用于慢变杂波区内的目标检测386.2噪声门限恒虚警检测器消隐区采样、平均乘以检测因子信号输入输出门限比较检测门限396.3邻近单元平均恒虚警检测器单元平均恒虚警（CA-CFAR）检测器被检测单元左右各留1或2个保护单元，为什么？N/2N/2平均比较器输出Z1Z2乘以检测因子检波…………40检测门限示意图410fP41杂波边缘示意图42N/2N/2选大比较器输出Z1Z2乘以检测因子检波…………单元平均选大CFAR（GO-CFAR），适用于什么环境？43对非瑞利分布干扰环境，CFAR如何做？N/2N/2检测门限检测门限选大比较器输出Z1Z2检波…………44参考单元中有目标或强干扰怎么办？N/2N/2排序筛选排序筛选选大比较器输出Z1Z2乘以检测因子检波…………45两维CFAR示意图频率保护单元频率保护单元被测单元距离维频率维共K个频率单元共L个频率单元M个距离单元N个距离单元46滑窗处理示意图CA-CFAR、GO-CFAR的实现123191817161514131211109876540...123191817161514131211109876540...123191817161514131211109876540...01234567891011121314151617181921222324252627282930...20如何节省运算量？47快速算法示意图CA-CFAR、GO-CFAR的实现123...181716151413121110987654123...18171615141312111098765400数组temp待检测数据…………123...1817161514131211109876540选大判决×T大于检测门限小于检测门限有目标无目标利用流水线方式连续求窗口和并将值存于数组Temp中待检测数据48距离最近、最远处若干距离单元怎么办？CA-CFAR、GO-CFAR的实现496.4杂波图恒虚警检测器适用于时间慢变杂波区内的目标检测杂波图单元：将空间按距离和方位分割成许多空间单元，每个空间单元的距离长度相当于多个脉冲宽度，方位宽度约等于0.5~1个波束主瓣宽带。分辨单元杂波图单元50对各单元采用“时间单元”平均恒虚警处理，若干扰幅度符合瑞利分布，在时间上对各杂波单元取平均值估计杂波干扰强度，乘以检测因子得到检测门限对各单元的杂波干扰强度分别加以储存得到杂波图（ClutterMap）51杂波图恒虚警检测器原理a+延时T1-aT输入信号x(m)杂波估值y(m)y(m-1)检测门限T*y(m-1)有目标检测无目标52先对新接收的值乘以a（杂波图增益），然后和该空间单元的原存储值乘以（1－a）相加，作为新的存储值存入存储器，该值乘以检测因子作为检测门限对下一次扫描时的输入信号进行判决。杂波图的输出和输入的关系为：()YZ()XZ()()(1)()/YZaXZaYZZ杂波图恒虚警（CM-CFAR）53这是一个单极点系统，且直流增益为1，脉冲响应是指数式的，所以它相当于对天线多次扫描作指数加权积累，然后取得平均值估值杂波图恒虚警（CM-CFAR）()()/()1(1)/aHZYZXZaZ)0()1()()1()()()(y10xanxaanxnmhmmmnnmmn54虚警概率检测概率为瑞利分布，为韦布尔分布杂波图恒虚警（CM-CFAR）55杂波图恒虚警自我的湮灭现象及原因杂波图恒虚警自我湮灭及解决方法解决方法：杂波图更新时筛选实线a=1/10,虚线a=1/5567雷达距离方程雷达作用距离是雷达的重要指标之一，它决定了雷达能在多远的距离上发现目标。雷达距离方程的意义不仅在于估算雷达的作用距离，而且对雷达设计中正确地选择雷达各参数有重要的指导意义。57距离方程推导过程（1）设雷达发射机功率为，当用各向同性的天线发射时，据雷达R远处任一点的功率密度为'1S'124tPSRtP当发射天线增益为G时，在波束中心与雷达距离为R处的目标所照射到的功率密度为124tPGSR58距离方程推导过程（2）用雷达散射截面积表示目标后向辐射能力的大小：eA21222444tPGSSRRR设天线的有效接收面积为，则雷达接收到的回波功率为2244terePGAPASR59距离方程推导过程（3）当接收到的回波功率等于最小可检测信号时，雷达达到其最大作用距离，超过这个距离后，检测概率会下降rPminPmaxR14max2min4tePGARP601224max3min[](4)tPGRP24eAG雷达作用距离方程minmin)/(ooiNSKTBFP611224max3min[](4)tPGRP24eAG噪声背景下雷达作用距离方程minmin)/(ooiNSKTBFP14max2min4tePGARP62噪声背景下考虑各种损耗时作用距离方程考虑多脉冲积累时作用距离方程1224max3min[](4)tNPGGRPLNG为N个脉冲积累（相参或非相参）增益63杂波背景下作用距离方程表达式244terPGAPR目标目标244terPGAPR杂波杂波minc(/)roorPSNPRR目标目标目标杂波杂波＝ccR，，分别为杂波的后向散射系数、波束宽带和距离分辨率648基本参数测量技术常用测距方法：脉冲测距法调频测距法12Rc8.1测距技术65调频测距法ff00tWT22cTWftcRTWft668.2测向技术相位法测角:相位干涉仪振幅法测角最大信号法等信号法顺序波瓣法同时波瓣法—单脉冲雷达67相位法测角示意图接收机接收机d目标方向法线方向sinRd68振幅法测角最大信号法测角：接收机输出的脉冲串幅度值被天线双程方向图函数所调制，脉冲串的最大值对应的波束轴线指向即为目标所在的方向。等信号法测角：采用两个相同且彼此部分重叠的波束，其方向图如下图所示。如果目标处在两波束的交叠轴OA方向，两波束收到的信号强度相等，否则一个波束收到的信号强度强于另一个。OA为等信号轴，所指方向即为目标方向。69等信号法测角顺序