8第六章(信号处理1)

XIDIAN University雷达系统仿真与性能评估2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P2第一章：系统仿真技术；第二章：雷达发射机建模与仿真；第三章：雷达天线建模与仿真；第四章：雷达接收机建模与仿真；第五章：雷达回波建模与仿真；2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P3第六章：雷达信号处理建模与仿真；——雷达检测第七章：雷达数据处理建模与仿真；第八章：雷达系统建模与性能评估；2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P4收发转换开关天线发射的电磁波散射的电磁波目标雷达接收机信号处理机数据处理机终端显示雷达发射机雷达信号处理建模与仿真－雷达检测2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P5雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达信号处理的两大任务：目标检测目标参数估计确定回波信号中是否存在期望目标的回波信号从回波信号中提取期望目标的距离、角度、速度和影像等信息2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P6雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测：雷达回波信号模型()()()()rtstctnt=++目标杂波噪声有目标时：无目标时：()()()rtctnt=+2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P7雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测：雷达目标检测原理：()1:()()()Hrtstctnt=++检验统计量()0:()()Hrtctnt=+()rt假设：假设检验：门限判决2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P8雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测：挑战：杂波和噪声的强度远远高于目标目标RCS过小（小目标）目标回波位于主瓣杂波区目标距离较远导致回波传播衰减严重提高目标回波强度、抑制杂波强度2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P9雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测信号处理流程：匹配滤波（脉冲压缩）雷达接收机脉冲积累杂波抑制恒虚警检测（CFAR）提高目标回波强度抑制杂波强度2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P10雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达匹配滤波：目的：集中单个雷达发射信号的所有能量，获取最大输出信噪比()()()ytstrt=−⊗数学模型：时域：频域：*()IFFT()()ytSfRf⎡⎤=⋅⎢⎥⎣⎦[]()FFT()Rfrt=[]()FFT()Sfst=2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P11雷达信号处理建模与仿真－雷达检测线性调频信号的匹配滤波：线性调频脉冲（LFM)：()()2()exp2;LFMrPPPnstrecttnTTjKtTKBTπ+∞=−∞⎡⎤⎡⎤=−⋅⋅−=⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦∑()()[]{}()[]2,12()42exp22exp4()MtmtmrmPmrmPmnPmmrtPGGLrecttnTRCTjKtTRCjRntσθθλπππλ+∞==−∞=⋅⋅⋅⋅⋅⋅−⋅−⎡⎤⋅−−⋅−+⎢⎥⎣⎦∑∑回波模型：2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P12雷达信号处理建模与仿真－雷达检测线性调频信号的匹配滤波：时域匹配滤波：滑动滤波器（FIR）。频域匹配滤波：傅立叶变换后频谱相乘。运算量大，难以满足实时处理的要求。可采用FFT算法大幅度降低运算量，满足实时处理的要求。2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P13雷达信号处理建模与仿真－雷达检测线性调频信号的匹配滤波：频域匹配滤波：通过加窗能够获得很低的旁瓣具有简单的频域解析表达式[]()IFFT()()ytHfRf=⋅()()2()expHfjfKWinfπ=⋅FFTIFFT1B╳2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P14雷达信号处理建模与仿真－雷达检测相位编码信号的匹配滤波：()()[]{}()[]2,11()42(1)2expexp4()MtmtmrmPmrmPmnNmnmmrtPGGLrecttnTRCTtmRCrectjjRntσθθλπτπλτ+∞==−∞==⋅⋅⋅⋅⋅⋅−⋅−⎧⎫⎡⎤⎪⎪−−⋅−⎪⎪⎢⎥⋅⋅Φ⋅−+⎨⎬⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎪⎪⎩⎭∑∑∑回波模型：相位编码脉冲()()1(1)()expNPCrPnnmtmstrecttnTTrectjττ+∞=−∞=⎧⎫⎡⎤⎪⎪−−⋅⎪⎪⎡⎤⎢⎥=−⋅⋅Φ⎨⎬⎢⎥⎣⎦⎢⎥⎪⎪⎣⎦⎪⎪⎩⎭∑∑2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P15雷达信号处理建模与仿真－雷达检测相位编码信号的匹配滤波：相位编码脉冲1Bτ=带宽：滑动滤波器阶数较低，运算量较小可满足实时处理要去()()()ytstrt=−⊗()e()(p2(x))dyjttttfsrπ⎡⎤=−⊗⋅⎢⎥⎣⎦−2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P16雷达信号处理建模与仿真－雷达检测调频连续波信号的匹配滤波：调频连续波()()[]{}()[]2,12()42exp(0.5)2exp4()MtmtmrmPmrmPmnnrmmrtPGGLrecttnTRCTjKtnTRCjRntσθθλπππλ+∞==−∞=⋅⋅⋅⋅⋅⋅−⋅−⎡⎤⋅−−⋅−⋅−+⎢⎥⎣⎦∑∑回波模型：()2(1)()exp(0.5)rnrnrtnTstrectjKtnTTπ+∞=−∞⎡⎤−−⋅⎡⎤⎢⎥=⋅−−⋅⎢⎥⎢⎥⎣⎦⎣⎦∑;;rnrBTnoddKBTneven⎧=⎪⎪=⎨⎪−=⎪⎩2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P17雷达信号处理建模与仿真－雷达检测调频连续波信号的匹配滤波：－*()()()ytstrt=⋅解调频处理：时频变换FFT2RfKC=⋅f2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P18雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测信号处理流程：匹配滤波（脉冲压缩）雷达接收机脉冲积累杂波抑制恒虚警检测（CFAR）2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P19雷达信号处理建模与仿真－雷达检测杂波抑制：目的：消除或减小回波信号中来自地面和海面的回波分量，避免对目标检测产生影响原理：利用地面/海面回波信号与运动目标回波信号在多普勒频率上的差异，通过多普勒滤波器滤除杂波信号2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P20雷达信号处理建模与仿真－雷达检测杂波抑制：2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P21雷达信号处理建模与仿真－雷达检测杂波抑制：MTI滤波：()()[][]{}()()2,1()4()exp()exp2exp2MtmtmrmPmmmmcmdstPGGLAttjttjfjftσθθλπτφτπτπ==⋅⋅⋅⋅⋅⋅−Δ⋅−Δ⋅−Δ⋅−∑()()[][]{}()2,1()4()exp()exp2MtmtmrmPmmmmcmctPGGLAttjttjfσθθλπτφτπτ′==⋅⋅⋅⋅⋅⋅−Δ⋅−Δ⋅−Δ∑地基雷达2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P22雷达信号处理建模与仿真－雷达检测杂波抑制：MTI滤波：()()()()1exp2rdrststTstjfTπ⎡⎤−−=⋅−−⋅⎢⎥⎣⎦()()0rctctT−−=地基雷达()yt()zt2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P23雷达信号处理建模与仿真－雷达检测杂波抑制：MTI滤波：()()()()1exp2rdrststTstjfTπ⎡⎤−−=⋅−−⋅⎢⎥⎣⎦()0()()()1exp2rarctctTctjfTπ⎡⎤−−=⋅−−⋅⎢⎥⎣⎦机载雷达()()()00()()exp2()1exp2rardarststTjfTstjffTππ⎡⎤−−⋅⋅=⋅−−−⋅⎢⎥⎣⎦()0()()exp20rarctctTjfTπ−−⋅⋅=2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P24雷达信号处理建模与仿真－雷达检测杂波抑制：MTI滤波：机载雷达主瓣杂波谱展宽宽凹口滤波器2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P25雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测信号处理流程：匹配滤波（脉冲压缩）雷达接收机脉冲积累杂波抑制恒虚警检测（CFAR）2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P26雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：1()()KrkutztkT==+⋅∑非相参积累：目的：1，集中多个脉冲重复周期/调频周期内雷达发射的所有信号所有能量，获取最大输出信噪比2，减小目标RCS起伏对目标检测的影响()1()()expKrkkutztkTjφ==+⋅⋅−∑相参积累：2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P27雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：非相参积累：SNRK()zt()ut()zt2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P28雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：相参积累：SNRK延时Tr延时Tr延时Tr延时TrKjeφ−1Kjeφ−−2Kjeφ−−1jeφ−()zt()ut2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P29雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：相参积累+多普勒滤波：()()[](){}()()2,1()4sin()/2expexp2MtmtmrmPmmmdstPGGLcttcBjtjftσθθλπτφπ=′=⋅⋅⋅⋅⋅⎡⎤⋅−Δ⋅⋅−⎢⎥⎣⎦∑()()[](){}()2,1()4sin()/2expMtmtmrmPmmmctPGGLcttcBjtσθθλπτφ′=′=⋅⋅⋅⋅⋅⎡⎤⋅−Δ⋅⎢⎥⎣⎦∑()()()ztstct′′=+2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P30雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：相参积累+多普勒滤波：()()[](){}()()2,1()4sin()/2expexp2MtmtmrmPmmmdstPGGLcttcBjtjftσθθλπτφπ=′=⋅⋅⋅⋅⋅⎡⎤⋅−Δ⋅⋅⎢⎥⎣⎦∑()()1()()()expexp2KrrkdkutstkTctkTjjftφπ=⎡⎤′′=+⋅++⋅⋅−⋅−⎣⎦∑2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P31雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：相参积累+多普勒滤波：()2drKjfKTeπφ−⋅⋅+()121drKjfKTeπφ−⎡⎤−⋅−⋅+⎢⎥⎣⎦1jeφ−2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P32雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：动目标检测系统（MTD）：()12rKjfKTeπφ−⋅⋅+()1121rKjfKTeπφ−⎡⎤−⋅−⋅+⎢⎥⎣⎦1jeφ−()02exp2arjfTπ⋅⋅()0exp2arjfTπ⋅()22rKjfKTeπφ−⋅⋅+()2121rKjfKTeπφ−⎡⎤−⋅−⋅+⎢⎥⎣⎦1jeφ−()2KrKjfKTeπφ−⋅⋅+()121KrKjfKTeπφ−⎡⎤−⋅−⋅+⎢⎥⎣⎦1jeφ−2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P33雷达信号处理建模与仿真－雷达检测脉冲积累：动目标检测（MTD）：滤波器1输出滤波器2输出滤波器3输出滤波器K输出2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P34雷达信号处理建模与仿真－雷达检测雷达目标检测信号处理流程：匹配滤波（脉冲压缩）雷达接收机脉冲积累杂波抑制恒虚警检测（CFAR）2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P35雷达信号处理建模与仿真－雷达检测恒虚警检测（CFAR）：()rt()1:()()()Hrtstctnt=++()0:()()Hrtctnt=+门限门限()()()()()()()()22222exp2ncncntctntctpntctσσσσ⎛⎞⎟++⎜⎟⎜⎡⎤⎟+=⋅−⎜⎟⎢⎥⎜⎟⎣⎦⎜⎟++⎟⎜⎝⎠虚警概率2011/12/20雷达信号处理国家重点实验室P36雷达信号处理建模与仿真－雷达检测恒虚警检测（CFAR）：()()()()()()22fa222222expexp22TTUncncncrtrtUPdrtσσσσσσ∞⎛⎞⎛⎞⎟⎟⎜⎜⎟⎟⎜⎜⎟⎟=⋅−⋅=−⎜⎜⎟⎟⎜⎜⎟⎟+++⎜⎜⎟⎟⎝⎠⎝⎠∫()()()r