雷达信号处理技术与系统

雷达信号处理技术与系统设计脉冲多普勒雷达信号处理仿真一、雷达概述雷达是Radar（Radio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。雷达的任务就是测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以及从目标回波中获取更多有关目标的信息。典型的雷达系统如图1，它主要由雷达发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示等设备组成。 图1 雷达系统框图雷达发射机产生符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由雷达接收机接收，然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的相关信息。二、雷达信号雷达发射信号可以分为连续信号和脉冲信号，常规雷达信号包括非相参脉冲信号、相参脉冲信号、参差变周期脉冲信号、步进频率脉冲信号、线性调频信号、非线性调频信号、相位编码信号等，这里主要介绍常用的线性调频信号，非线性调频信号，相位编码信号等。1. 线性调频信号为了实现雷达发射能量与分辨率之间的矛盾，线性调频脉冲压缩体制的发射信号其载频在脉冲宽度内按线性规律变化即用对载频进行调制(线性调频)的方法展宽发射信号的频谱，使其相位具有色散。LFM（Linear Frequency Modulation）信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为： 式中为载波频率，为矩形信号，即 ，是调频斜率。于是，信号的瞬时频率为，根据K的正负可以分为两种典型的chirp信号，如图2所示。图2 典型的chirp信号（a）up-chirp(K0)（b）down-chirp(K=Threshold S_output(n,m)=1; else S_output(n,m)=0; end n=n+1; end m=m+1;endfigure;mesh(abs(real(S_output);title(CFAR结果);% 目标距离、多普勒粗测 %No_target=0;for No_dopper_channel=No_dopper_channel_set if sum(S_output(:,No_dopper_channel)0 for No_tr=4:Num_sample-2*N1-3 condition_1=S_output(No_tr,No_dopper_channel)=1; condition_2=sum(S_output(No_tr-3:No_tr-1,No_dopper_channel)=0; condition_3=sum(S_output(No_tr-3:No_tr+3,No_dopper_channel-1)=0; % 判决是否为一个新目标的条件 if condition_1 & condition_2 & condition_3 No_target=No_target+1; Target_Doppler_No(No_target)=No_dopper_channel; Target_Range_No(No_target)=No_tr+N1; %记录每个目标的距离序号和多普勒序号 end end endend% 目标距离测量 %for No_target=1:length(Target_Range_No) s=ifft(fft(S_Sigma_a(:,Target_Doppler_No(No_target),10*Num_sample); % 距离向插值细化 vmax,pmax=max(abs(s(10*Target_Range_No(No_target)-49):(10*Target_Range_No(No_target)+49); Target_Range(No_target)=(10*Target_Range_No(No_target)-49)+pmax-1)/(Fs*10)*c/2-(Tp-Delta_t)/2*c/2; % 利用细化后的距离向峰值点测量目标距离enddisp(Target_Range/1e3)% 目标速度测量 %for No_target=1:length(Target_Range) s=fftshift(fft(ifft(ifftshift(S_Sigma_a(Target_Range_No(No_target),:),10*(Num_Tr_CPI-1); % 多普勒域插值细化 vmax,pmax=max(abs(s(10*Target_Doppler_No(No_target)-100):(10*Target_Doppler_No(No_target)+100); Target_Doppler(No_target)=-Fr/2+(10*Target_Doppler_No(No_target)-100+pmax-1)*(Fr/(10*(Num_Tr_CPI-1); % 利用细化后的多普勒频谱峰值点测量目标距离enddisp(Target_Doppler*Wavelength/2)% 单脉冲测角 %Theta_set=-BeamWidth/2:BeamWidth/100:BeamWidth/2;% 查表范围%计算不同角度的和差比值 %n=1;for Theta=Theta_set G_A=G*(sinc(Theta+BeamShift)/BeamWidth).2; G_B=G*(sinc(Theta-BeamShift)/BeamWidth).2; % 计算波束A、B的方向图 Sigma_G=G_A+G_B; Delta_G=G_A-G_B; % 计算和、差波束的方向图 Delta_2_Sigma_ratio(n)=Delta_G/Sigma_G; % 计算和差比 n=n+1;endfor No_target=1:length(Target_Range_No) Delta_target=S_Delta_a(Target_Range_No(No_target),Target_Doppler_No(No_target); Sigma_target=S_Sigma_a(Target_Range_No(No_target),Target_Doppler_No(No_target); angle_Sigma=angle(Sigma_target); angle_Delta =angle(Delta_target); % 求和差通道输出相角差 if abs(angle_Sigma-angle_Delta)pi/2 Sign_Delta_Sigma=-1; else Sign_Delta_Sigma=1; end% 确定目标角度正负 Delta_2_Sigma_ratio_Target(No_target)=abs(Delta_target/Sigma_target); % 求和差比 min_v,p_theta=min(abs(Sign_Delta_