《雷达信号分析》PPT课件.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 物理可实现 唯一解答 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 输出的噪声平均功率 信号噪声比 二 匹配滤波器的脉冲响应特性 变分法解 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 传播无衰减 不考虑天线方向性 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 压缩 展宽 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 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 例1 例2 3 5雷达不定原理 关系 都用时域表示 结论 雷达不定原理 存在下限 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 速度相同点目标 无噪声 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 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 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 窄带信号 点目标 无加速度 fd f0一 从二维分辨力导出1 条件 距离速度不同 目标2大于1 距离速度取正 不考虑噪声 回波强度一样 2 准则 均方差 二 模糊函数的表示法1 为正2 为正 为负3 为负 为正4 对称型 4 2模糊函数与分辨力的关系 一 模糊函数的图形1 概述2 主峰3 模糊图的体积 体积不变性 二 模糊函数与二维分辨力的关系 组合时间 频率分辨常数 等效模糊面模糊度图等差图 三 模糊函数与一维分辨力的关系 4 3模糊函数与匹配滤波器输出响应的关系 研究的目的 运算 检测 估计 分辨 物理意义 信号处理与AF关系A目标回波 B目标回波 匹配滤波器输出 4 4模糊函数的主要性质 一 本身的性质1 原点对称性2 峰值在原点3 体积不变性4 自变换性模糊函数的二维付氏变换仍为模糊函数 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 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 二 的切割 避免时间倒置 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 波门选通法 I Q正交调制法 DDS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 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