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雷达信号处理过程说明书文档

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运动目标回波信号和固定目标(包括地波)回波信号的主要区别是运动回波信号带有多普勒频移。假设雷达发射信号的频率为0f ,初相为0?的全相参脉冲信号,那么发射信号序列可以用下图1表示。

图一

可以表示为:

00()()cos(2)x t rect t A f t π?=?+

如果只关注正弦波部分,则发射信号脉冲部分为:

00()cos(2)S t A f t π?=+

那么在照射到距离为R 处的目标时回波为:

r 00()cos[2()]r S t KA f t t π?=-+

其中K 为衰减系数,r t 为反射时间。

2r R t c

= 如果当目标以速度为r V 朝向雷达运动的时候:

(t)r R R V t =-

所以:

2()2(t)r r R V t R t c c

-== 那么目标回波和发射信号的相位差是时变的:

0024()/c r r f t f R V t ?ππ=-=--

当目标是运动的时候,发射与接收的信号之间有一个频率差,用d f 表示:

21d =2d r d V f t ?πλ

=? 假设基频为0f 雷达信号经过反射之后变为0d f f +,接收之后对信号进行数字下变频(DDC )将原有的信号的载频0f 去除,获得只含有频移d f 的信号。

图二 所以在全相参雷达中,可以使用正交相位检波器来获得中频信号的基带信号()x t ,有时也称()x t 为中频信号的复包络。即:

(t)()=()+j ()()j I Q x t x t x t a t e ?=

上式中:

()()cos (t)

()()sin (t)I Q x t a t x t a t ??==

通过低通滤波器之后,输出的双正交通道信号分别为:

()()cos (t)(t)cos(2)

()()sin (t)(t)sin(2)

I d Q d x t a t Ka f t x t a t Ka f t ?π?π====

脉冲压缩: 此时正交两路信号为经过调制(线性调制,非线性调制或相位编码)的大时宽带宽信号。而从本质上来说,雷达的距离分辨率取决于信号的带宽,脉冲越窄,其带宽越宽,分辨能力就越高。但是大时宽带宽的信号只是具有高分辨力的潜质,但是真正体现其高分辨力还是需要通过脉冲压缩滤波器之后实现。而脉冲压缩滤波器是和发射信号的调制方式所匹配的。而脉冲压缩分为时域和频域两种方法,由于时域的方法占用资源过多,而且算法的实时性不高,所以只考虑频域的匹配滤波方法。首先将信号以实部虚部相间的方式存放在一个数组中并进行FFT 变

换,这也是DSP 中FFT 变换的要求。同时,匹配滤波的脉压系数是发射信号调制系数的反转共轭即:

(())coeff conj fliplr Chirp =

调频的脉压系数的数量直接由脉冲时宽和采样频率决定,同时对信号和系数进行相同点数N 的FFT 变换,然后两者相乘。如果考虑加窗,那么则需要在系数h(n)进行FFT 的N 点变换之前先乘以窗函数w(n)。流程框图为:

图三 脉冲对消:

处理过的信号则是一个个脉冲的形式,可以认为这是一组串行数据,将其按脉冲周期划分为N*M 的矩阵,其中N 为脉冲数,M 为一个脉冲周期内采样点数,它和脉冲重复周期采样频率有关。可以将每个采样点的间隔认为是一个距离门,也就是可以将这个1??(M N )

的一维数据转换为按脉冲序号排列的?N M 的二位矩阵。每个单元内存放的均是表示信号的复数,也就是(n,m)(n,m)j (n,m)I Q S x x =+,如下所示:

1

2

3

4

N

1234

M

图四

如果,任取一个单元内的对其取模,即(n,m)S =此时横坐标是时间单元,也就同时代表着距离单元。当有目标产生回波的时候,在这个矩阵的单元中就会出现峰值,即(n,m)S 会变的很大。每一个单个脉冲重复周期内的回波都会包含这些目标的回波,当然其中不仅包括目标的回波,自然也会包含地杂波和低速运动的物体产生的回波,这些都是雷达追踪的干扰。假设在雷达可探测的半径中存在高速运动的目标A ,静止目标B 以及低速运动的杂物C ,那么在一个脉冲重复周期内的回波就会有三个峰值。如下图所示:

图五

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