《雷达信号分析》ppt

雷达信号分析与处理朱晓华雷达技术系列课程——雷达信号分析与处理课程内容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：)](2cos[)()(0ttftatxdttadttxE22)]([21)(0fB三、实窄带信号的复数表示1、复解析表示法ttxdtxtxtxjtxdtxjdtxtjttxtsfUfXfSfffXfSfXtxaaa1)()(1)()()()(1)()(]21)(21[)(2)()()(2)(000)(2)()()(^^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)](Re[)()()()()()](2sin[)()](2cos[)()()(2)](2[0000tstxetatetetattftjattftatsetjtfjttfje§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：dttstsdttstsR)()()()()(212112dttstsdttstsR)()()()()(121221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。dttstsdttstsR)()()()()(11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）：)()()(2112stsR)()()(2112stsR)()()(1111stsR)()()(1111stsR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：20200^)()(21)(dhttPedhNPeN20_)(4_^NPP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：dhNdhtPPeeN2020_^)(4)()(21mNdtNPP200_^)(1)()(0tChm三、匹配滤波器的频率特性002**)(2*2020*)(])([])([)()(ftjttfjftjftjmefdtetdtettdtettfH02)()()(ftjfjmeeffH02)()()(ftfffHmmKKjKKfttjKKfttjeatfeftdfeft)()()()()(0)(220)(22000四、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0202002)]([1)(1NEdttaNdtNm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tfjetts02)()()(20)()(tfjrettsVTRtRetttsttfjr0)]([2)()]([)(0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：tffjfjCvttfjrdeeteCvtttS)(22]2[2000][]2[)(vfCvfCvd22,210))((20][)(tffjrdettSdff0,1§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Tdttrts022)()()]()(Re[22naSSrSRRK若移到后，使最大。1)]()([11naSSrSRR)()](Re[)(0''1'01rRRndffdfff22222020021NETtrectt单载频矩形脉冲信号：dfftftdfftftfdffdfff2222222220sinsin22]1cossin[1sinsin222222222220BTBTBTSiBTBTTdfftftdfftftfBBBBBTT220TB220§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：021NEdttdttt2222222223T§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：①②0)(tdttudttuttdttadttatt22'22')()()(2)]([)()(2])(1[21200202NE])(1[21200202NE例1：例2：TteTtrecttuktj2)()(2)(ktt3)2(2)]([)()(2222/2/2/2/22'kTdtdtkttdttadttattTTTTTteTtrecttuktj)()(ktt)(2)(2)]([)()(222/2/2/2/22'kTdtdtktdttadttattTTtTktt2)('kt)('§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；,,02220222200202202002)][2NENE0002121NENE00§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))]((2cos[)(2402212carctgfCEdttSrtSrdttutuC)()(*CCE210五、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：)]([)(*)()(0ttCthtutgmc22422])([)()0()(dffudffuCdtCAC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？ACR2AdffudffuWe1)(])([422TpAWe1231§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：)](Re[242KEdffufuK)()()(*22422])([)()0()(dttudttuKdfKAdttudttuTe422)(])([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Tdttrts022)()(1dttSrtSr221220021NE021NEWeCACR122eTfCfACV12200222022220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、。tatnTnn0211012211trecttTTaaa,,tAeWATeeWTe0T1T/2-1tu(t)001t1T22T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；④fdf0一、从二维分辨力导出1、条件①距离速度不同，②目标2大于1，③距离速度取正，④不考虑噪声，⑤回波强度一样。2212022()()42(,)cos[2(,)](,)()()()()rrjtjfstst