雷达脉冲积累2013-1119

第四讲雷达脉冲积累IntegrationofRadarPulses§4-1积累过程所依赖的信号特性§4-2雷达脉冲积累方式§4-3脉冲积累效率§4-4考虑脉冲积累后的雷达方程发现概率及虚警概率与门限电平的关系§4-1积累过程所依赖的信号特性41])()4([min0003220maxNSFBKTGPRnnt)2exp(22nTfavp)(nAdfp◆脉冲积累§4-1积累过程所依赖的信号特性◆为什么要积累？在同样的系统参数、配置和同样的目标环境，通过脉冲积累，提高雷达系统的输出信号噪声比，进而提高雷达系统的探测性能：●提高系统的探测概率（不变）●增大系统的探测距离●提高系统测试精度:()dpfaPmaxR,,R◆积累过程所依赖的信号特性通过时间积累来提高信噪比的方法，是利用了信号波形随时间变化的规律性和噪声波形随时间变化的不确定性。●信号波形的瞬时幅度值是时间的确定性函数，因而，信号能量能够按某种方式进行有效积累；●目标运动状态的稳定性（惯性）；●噪声波形的瞬时幅度值随时间变化完全是随机的，相对于有利于信号积累的方法，噪声能量的积累是低效率的。§4-1积累过程所依赖的信号特性◆可供积累的回波脉冲数-积累时间（点目标/单次扫描）§4-1积累过程所依赖的信号特性设：雷达天线半功率点波束宽度为，天线扫描速度为，脉冲重复周期为，则，对于点目标，天线一次扫描，雷达接收机所能收到的回波脉冲个数为：B()rrpmrT6BBBrrrtnTT例一个地基远距离搜索雷达，01.5,3,5BrrTmsrpm带入上式可得：176BBBrrrtnTT◆可供积累的回波脉冲数-积累时间（点目标/单次扫描）§4-1积累过程所依赖的信号特性§4-2雷达脉冲积累方式●相参积累Coherent(Predetection)Integration●非相参积累Noncoherent(Postdetection)Integration●二元序列积累（检测）BinaryIntegration视频累加器中频累加器雷达检测器{}TV相参积累Coherentintegration非相参积累Noncoherentintegration接收机前端中频滤波器{Bn}包络检波器雷达接收机功能示意框图门限电压1、雷达回波脉冲的相参积累CoherentIntegration●在中频滤波器的输出端直接进行中频积累，各脉冲的中频信号电压同相相加，若对n个脉冲进行积累，则积累后的信号功率是单脉冲功率的倍，而噪声是功率相加，积累后噪声功率增加了n倍。因而积累后，信号噪声功率比增加了n倍。●需要中频脉冲信号相位的先验知识，根据各中频信号相位，调整中频累加器的相位响应，以实现中频脉冲信号电压的同相相加。●对于运动目标，中频累加器要匹配由目标运动引起的脉冲到脉冲的相位变化。2n相参积累效率高，实现困难，在实际中用得比较少§4-2雷达脉冲积累方式A/D距离选通距离门1距离门2距离门N接收机前端中频滤波器{Bn}FFTFFTFFT信号检测器思考题：雷达工作频率10GHz,中频输出频率30MHz，中频滤波器带宽500KHz，脉冲宽度4us，脉冲重复周期0.4ms;天线转数15转/min,波束宽度3度；高斯白噪声，零均值，功率谱密度为N0；目标的径向速度为19节。要求：1）参照下图，试分析实现相参积累的条件和最长可用的积累时间？2）它与中频脉冲直接积累（对脉冲的相位调整后相加）区别是什么？3）试求积累后的信号噪声功率比与积累时间-频率分辨带宽的关系。§4-2雷达脉冲积累方式2、雷达回波脉冲的非相参积累●抽头延时线累加器1）相邻抽头间的延时等于脉冲重复周期2）延时线总的延时时间等于观测时间3）延时线的抽头数等于积累脉冲个数rT12342rT3rT（n）接收机前端中频滤波器{Bn}包络检波器累加器输出（1）加法器§4-2雷达脉冲积累方式3、二元序列(非相参)积累接收机前端中频滤波器距离门1距离门2距离门N计数器1计数器2计数器N信号检测器包络检波器门限限幅器1dBA/D比较器1比较器2比较器Nm1m2Nm第一门限第二门限§4-2雷达脉冲积累方式§4-2雷达脉冲积累方式t()at门限电平b.t门限电平c.R1计数脉冲R3计数脉冲重复周期a.d.ttttR1.R2.Rn.距离选通{a.同步脉冲，b.包络检波器输出波形，c.第一门限检测结果，d.1dB量化后计数脉冲,R1,R2,Rn,分别为距离门R1,R2,Rn的计数脉冲。R1R2R3●1dB量化下限幅器和脉冲波形整形电路●距离选通1）距离选通将回波脉冲串，按距离门分成若干个距离单元；2）选通距离间隔一般为一个脉冲宽度所对应的距离；3）选通脉冲是发射脉冲的位移脉冲；4）多通道处理.●计数方式1）滑窗式计数（MovingWindowIntegrator)2）分段式计数（BatchIntegrator)●检测方式1）直接比较式，数字硬件直接实现；2）信号处理机。§4-2雷达脉冲积累方式关于二元序列(非相参)积累的讨论1）第二门限的选择§4-2雷达脉冲积累方式2）二元序列累加器没有模拟存储器件所具有的积累损失，积累脉冲数可以非常多；3）在一定程度上，不受目标起伏（视频脉冲幅度变化）的影响；4）对于大的随机干扰有较强的抵抗能力。●相参积累信噪比提高了n倍，在系统参数不变条件下，为保证系统在同样的探测概率和虚警概率约束下，具有相同的的探测能力，积累后每脉冲所需信噪比应为单脉冲信噪比的1/n；既：积累后每脉冲所需信噪比为：1()()SNnSNn●积累效率的定义设有n个视频脉冲进行非相参积累，为保证系统在同样探测概率和虚警概率约束下，具有相同的的探测能力，每脉冲所需信噪比为，积累效率的定义为：()vnSN§4-3脉冲积累效率=相参积累每脉冲所需信噪比非相参积累每脉冲所需信噪比积累效率1()()()vnSNEnnSN积累效率：10()10log[1/()]LnEn积累损失：积累改善因子：()()InnEn()cohInn相参积累改善因子：()1En§4-3脉冲积累效率(S/N)1为保证一定的探测概率，所需要的单个脉冲信噪比(S/N)n为保证同样探测概率，当有n个脉冲积累时，所需要的每脉冲信噪比为保证同样探测概率，当有n个视频脉冲积累时，所需要的每脉冲信噪比。()vnSN§4-3脉冲积累效率查表求改善因子)(nI§4-3脉冲积累效率定义:在虚警时间内能够独立进行判断的平均次数nf为虚警数虚警概率可以解释为：在虚警时间内一共能够独立进行nf次判断，其中出现一次虚警的概率。11ffaIFfafaIFfafnTBfTBpn已知虚警概率：查表求改善因子1、依据给定的虚警时间Tfa、接收机带宽BIF和脉冲积累个数求出虚警概率Pfa，1ffanp§4-3脉冲积累效率2、依据给定的Pd和计算得到的Pfa，查检测概率曲线得到满足探测要求所需的单个脉冲信噪比：100)(NS3、依据给定的Pd和虚警数nf，查改善因子曲线得)()(nnEnI4、求出n个脉冲积累时，为保证探测性能，每脉冲所需的信噪比：)()()(10000nnENSNSn41])/()4()([1000322maxNSFBKTnnEGPRnnt§4-4考虑脉冲积累后的雷达方程