《雷达信号分析》.ppt

雷达信号分析与处理,朱 晓 华,课程内容,1 绪论1.1雷达信号的复数表示1.2雷达信号的相关特性 2 最佳线性滤波器 3 雷达测量精度和分辨力3.1 “点目标”回波的数学模型3.2 雷达测距精度3.3 雷达测速精度3.4 信号的非线性相位特性对测量精度的影响3.5 雷达不定原理3.6 距离分辨力3.7 速度分辨力,4 模糊函数4.1 模糊函数的推导4.2 模糊函数与分辨力的关系4.3 模糊函数与匹配滤波器输出响应的关系4.4 模糊函数的主要性质4.5 模糊图的切割4.6 模糊函数与精度的关系4.7 利用模糊函数对典型脉冲雷达信号进行分析 5 调频脉冲信号5.1 线性调频脉冲信号的产生5.2 线性调频脉冲信号的频谱 5.3 线性调频脉冲信号的波形参量,5.4 线性调频脉冲信号的模糊函数5.5 线性调频脉冲信号的性能5.6 线性调频脉冲信号的处理方法5.7 线性调频脉冲信号的加权处理 6 相位编码脉冲信号6.1二相编码信号6.2二元伪随机序列6.3巴克（Barker）序列6.4 巴克码的处理6.5 巴克码旁瓣的抑制6.6 增加巴克码长度的方法6.7 相位编码信号多普勒敏感问题6.8 多相编码信号简介,7 相干脉冲串信号7.1相干脉冲串信号7.2 均匀脉冲串信号的频谱7.3 均匀脉冲串信号的模糊函数*7.4 均匀脉冲串信号的性能*7.5 均匀脉冲串信号的处理方法*7.6 其它形式脉冲串信号简介 *8 其它信号分析与处理,第一章 绪论,一、雷达所面临的问题（电子干扰、低空突防、ARM、隐身） 二、雷达发射的信号 三、雷达发射信号的发展 四、新型雷达信号的要求1）不易被对方侦察和模拟，应采用复杂的调制；2）有良好的分辨力和抗消极干扰的能力，要求信号应又有“图钉”型的模糊函数；3）具有极宽的频带，使任何快速侦察干扰系统均无法施行瞄准式干扰；4）容易进行最佳信号处理。

五、本课程的意义和特点,§1.1 雷达信号的复数表示,一、目的（简化运算） 二、实窄带信号（ ）实窄带信号的能量：,三、实窄带信号的复数表示 1、复解析表示法,2、复指数表示法3、区别 复解析表示法——频域，任意实信号 复指数表示法——时域，窄带信号,§1.2 雷达信号的相关特性,相关特性对随机信号和确知的规则信号都很重要! 一、相关特性的一般概念相关特性是表征两个信号或一个信号相隔时间T的两点之间相互关联程度的大小互相关函数定义：,自相关函数： 性质： 1、共轭对称性：实信号的相关函数是 的偶函数； 2、自相关函数在原点的值等于信号能量； 3、原点的值最大； 4、相关函数的面积等于信号面积模的平方； 5、复信号自相关函数的付里叶变换是正实函数，与复信号的相谱无关 若两个复信号在时域上具有不同的波形，但在频域上如具有相同的能谱，这两个信号的相关函数就完全相同二、相关与卷积的关系区别：相关运算中被积函数之一没有折选过程；而卷积运 算中被积函数之一有折迭过程两者之间的关系：s2(t)共轭对称（偶实函数）有：自相关函数：s1(t)共轭对称（偶实函数）：,第二章 最佳线性滤波器,噪声的影响：信号的检测能力下降、测量精度降低。

一、最佳线性滤波器的准则准则的要求：①物理可实现；②唯一解答；③能求解的数学表达式输入：r(t)=u(t)+n(t)；输出：y(t)=u0(t)+n0(t)1、输出信号的峰值功率：２、输出的噪声平均功率：３、信号噪声比：,二、匹配滤波器的脉冲响应特性①变分法解；②许瓦兹不等式由等号成立的条件得：,三、匹配滤波器的频率特性,四、匹配滤波器中几个问题的讨论1、输出功率信噪比：2、时间t的意义及选择 3、准则问题 4、相位影响 5、时延和频移的适应性 6、与相关器的关系,第三章 雷达测量精度和分辨力,为研究分析各种复杂信号的性能提供了理论基础，也是优化雷达波形设计的基础1、精度、分辨的概念 （最大理论精度、固有分辨力） 2、分析的前提 3、目的（波形参量）,§3.1 “点目标”回波的数学模型,点目标：目标尺寸远小于雷达分辨单元 分析条件：①传播无衰减；②不考虑天线方向性；③径向速度为正 一、静止点目标二、运动点目标,,,,经过推导有：运动目标的影响：① 压缩/展宽；②多普勒偏差考虑到 有：,§3.2 雷达测距精度,一、一般概念 二、分析条件和方法 条件：①②③④⑤ 方法：均方差三、具体分析结果,若移到 后，使 最大。

单载频矩形脉冲信号：,,§3.3 雷达测速精度,一、分析条件和方法 二、分析结果三、单载频矩形脉冲信号：,§3.4 信号的非线性相位特性 对测量精度的影响,，具有非线性相位时间相位常数：结论：①②,例1：例2：,§3.5 雷达不定原理,关系，都用时域表示结论：①雷达不定原理；②存在下限； ③测量精度有上限；,§3.6 距离分辨力,一、概述 二、分析条件和准则 条件：①速度相同点目标，②无噪声，③反射能力相同； 准则：均方差准则 三、分析结果为距离自相关函数 四、 对距离分辨力的影响,五、 与匹配滤波器输出响应的关系匹配滤波器的输出响应有三种形式：六、衡量距离分辨力的波形参量时延分辨常数：,时延分辨常数与分辨力的关系：有效相关带宽：总结：①②③④ 例：单载频矩形脉冲信号的有效相关带宽？,§3.7 速度分辨力,一、分析条件和准则 条件：①②③；准则：均方差准则（回波信号的频谱） 二、分析结果为频率自相关函数 三、衡量速度分辨力的波形参量 多普勒分辨常数：有效相关带宽：,本章小结,1、分析条件 2、准则a.含意，b.条件，c.决定因素，d.波形参量 3、最大理论精度、固有分辨力4、不定原理,,作 业（P92）,1、已知信号的复包络为： ，其中，求 的 、 、和 。

2、求下图极性反转信号的 和 3、求下图梯形脉冲信号的 、 第四章 模糊函数,§4.1 模糊函数的推导§4.2 模糊函数与分辨力的关系§4.3 模糊函数与匹配滤波器输出响应的关系§4.4 模糊函数的主要性质§4.5 模糊图的切割§4.6 模糊函数与精度的关系§4.7 利用模糊函数对单载频矩形脉冲雷达信号进行分析,§4.1 模糊函数的推导,1、为什么要研究模糊函数？ 2、模糊函数（平均模糊函数）的概念 3、研究模糊函数的条件①窄带信号；②点目标；③无加速度；④fd<

5、体积分布的限制二、变换关系 1、组合关系 若：,,,2、共轭关系 若： ，，3、比例关系4、时间、频率偏移的影响5、时/频域平方相位的影响,,,,,,,,,,,,,① ② 6、相乘特性,,,,,,,,,,,,,7、周期信号模糊函数,,,,,,,,§4.5 模糊图的切割,一、 的切割 ① ② ③ 二、 的切割 ① ② ③ 避免时间倒置： ①、②,三、 的切割,§4.6 模糊函数与精度的关系,§4.7 利用模糊函数对典型脉冲雷达信号进行分析,一、模糊函数的计算,,,,,二、性能 1、不能同时给出很高的距离和速度分辨力；， ，2、不能同时给出很高的测距和测速精度；，3、发射功率（作用距离）与距离分辨力和测距精度存在不可克服矛盾； 4、多普勒不敏感第五章 线性调频脉冲信号,一、现代雷达对波形的要求 二、如何获得大时宽带宽信号 三、大时宽带宽信号的优缺点§5.1 线性调频脉冲信号（LFM）的产生LFM信号实数表示为：LFM信号复数表示为：,瞬时频率：,LFM产生方法: 1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、 2、有源法： ①波门选通法 ②I&Q正交调制法 ③DDS法,DDS核,,高速高稳定度时钟,,控制信号,,中频LFM信号,§5.2 线性调频脉冲信号的频谱,LFM信号复包络为：频谱：,§5.3 线性调频脉冲信号的波形参量,§5.4 线性调频脉冲信号的模糊函数,一、模糊函数,剪切角：二、切割 1、压缩比：距离旁瓣：来因、影响,2、3、,§5.5 线性调频脉冲信号的性能,一、优点 1、距离分辨力提高We，速度分辨力相同Te2、精度,3、B和T独立选取 4、多普勒不敏感 二、缺点 1、组合值解决方法：①②③,2、斜刀刃上目标无法分辨3、存在距离旁瓣,§5.6 线性调频脉冲信号的处理,一、近似匹配滤波器的实现时:匹配滤波器的频率特性:,,,,,,二、近似匹配滤波器的输出 输入信号的复包络为 ：近似匹配滤波器输出为：,,,,,,三、匹配滤波器的实现1、时域实现,,,,,,,2、频域实现,§5.7 线性调频脉冲信号的加权处理,一、为何要加权处理？ 二、频域上幅度加权假设：目的：①等效为矩形谱，②加权网络本身特性。

通用表达式：简化：结果：结论：①三个辛格函数组成，②幅度K定，时移B定，③K决定加权函数、性能，④B带宽三、加权性能分析 1、信噪比损失 不采用加权网络信噪比为： 采用加权网络信噪比为：信噪功率比损失为： (海明：-1.34dB),,,,,2、最大主旁瓣比海明：-42.67dB（t1=4.5/B） 3、-3dB的主瓣加宽系数,,,,,海明：,,,,,。