雷达信号分析

雷达信号分析与解决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雷达信号的复数表达1.2雷达信号的有关特性2最佳线性滤波器3雷达测量精度和分辨力3.1“点目的”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含糊函数4.1含糊函数的推导4.2含糊函数与分辨力的关系4.3含糊函数与匹配滤波器输出响应的关系4.4含糊函数的重要性质4.5含糊图的切割4.6含糊函数与精度的关系4.7运用含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含糊函数5.5线性调频脉冲信号的性能5.6线性调频脉冲信号的解决办法5.7线性调频脉冲信号的加权解决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巴克码的解决6.5巴克码旁瓣的克制6.6增加巴克码长度的办法6.7相位编码信号多普勒敏感问题6.8多相编码信号介绍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均匀脉冲串信号的含糊函数*7.4均匀脉冲串信号的性能*7.5均匀脉冲串信号的解决办法*7.6其它形式脉冲串信号介绍*8其它信号分析与解决第一章绪论一、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、新型雷达信号的规定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，规定信号应又有“图钉”型的含糊函数；3）含有极宽的频带，使任何快速侦察干扰系统均无法施行瞄准式干扰；4）容易进行最佳信号解决。五、本课程的意义和特点§1.1雷达信号的复数表达一、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达1、复解析表达法2、复指数表达法3、区别复解析表达法——频域，任意实信号复指数表达法——时域，窄带信号§1.2雷达信号的有关特性有关特性对随机信号和确知的规则信号都很重要!一、有关特性的普通概念有关特性是表征两个信号或一种信号相隔时间T的两点之间互有关联程度的大小。互有关函数定义：自有关函数：性质：1、共轭对称性：实信号的有关函数是的偶函数；2、自有关函数在原点的值等于信号能量；3、原点的值最大；4、有关函数的面积等于信号面积模的平方；5、复信号自有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含有不同的波形，但在频域上如含有相似的能谱，这两个信号的有关函数就完全相似。二、有关与卷积的关系区别：有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：

自有关函数：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、测量精度减少。一、最佳线性滤波器的准则准则的规定：①物理可实现；②唯一解答；③能求解的数学体现式。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：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：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、与有关器的关系第三章雷达测量精度和分辨力为研究分析多个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“点目的”回波的数学模型点目的：目的尺寸远不大于雷达分辨单元。分析条件：①传输无衰减；②不考虑天线方向性；③径向速度为正。一、静止点目的二、运动点目的通过推导有：运动目的的影响：①压缩/展宽；②多普勒偏差。考虑到有：

§3.2雷达测距精度一、普通概念二、分析条件和办法条件：①②③④⑤办法：均方差三、具体分析成果若移到后，使最大。单载频矩形脉冲信号：

§3.3雷达测速精度一、分析条件和办法二、分析成果三、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，含有非线性相位。时间相位常数：结论：①②例1：例2：§3.5雷达不定原理关系，都用时域表达。结论：①雷达不定原理；②存在下限；③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：①速度相似点目的，②无噪声，③反射能力相似；准则：均方差准则三、分析成果

为距离自有关函数。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：有效有关带宽：总结：①②③④例：单载频矩形脉冲信号的有效有关带宽？

§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、分析成果为频率自有关函数。三、衡量速度分辨力的波形参量多普勒分辨常数：有效有关带宽：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、。0T1T/2-1tu(t)01t第四章含糊函数§4.1含糊函数的推导§4.2含糊函数与分辨力的关系§4.3含糊函数与匹配滤波器输出响应的关系§4.4含糊函数的重要性质§4.5含糊图的切割§4.6含糊函数与精度的关系§4.7运用含糊函数对单载频矩形脉冲雷达信号进行分析§4.1含糊函数的推导1、为什么要研究含糊函数？2、含糊函数（平均含糊函数）的概念。3、研究含糊函数的条件。①窄带信号；②点目的；③无加速度；④fd<<f0一、从二维分辨力导出1、条件①距离速度不同，②目的2不不大于1，③距离速度取正，④不考虑噪声，⑤回波强度同样。2、准则（均方差）二、含糊函数的表达法1、、为正2、为正，为负3、为负，为正4、对称型§4.2含糊函数与分辨力的关系一、含糊函数的图形1、概述2、主峰3、含糊图的体积（体积不变性）二、含糊函数与二维分辨力的关系（组合时间-频率分辨常数）等效含糊面含糊度图等差图:三、含糊函数与一维分辨力的关系§4.3含糊函数与匹配滤波器输出响应的关系研究的目的：①运算，②检测、预计、分辨，③物理意义，④信号解决与AF关系A目的回波：B目的回波：匹配滤波器输出：§4.4含糊函数的重要性质一、本身的性质1、原点对称性

2、峰值在原点3、体积不变性4、自变换性含糊函数的二维付氏变换仍为含糊函数。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①②6、相乘特性7、周期信号含糊函数u(t)TC3C2C1C0t….§4.5含糊图的切割一、的切割①②③二、的切割①②③避免时间倒置：①、②三、的切割§4.6含糊函数与精度的关系§4.7运用含糊函数对典型脉冲雷达信号进行分析一、含糊函数的计算二、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、当代雷达对波形的规定二、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信号实数表达为：LFM信号复数表达为：瞬时频率：LFM产生办法:1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、2、有源法：①波门选通法②I&Q正交调制法③DDS法EPLD高速EPROM高速EPROMD/AD/ALPFLPFI／Q调制器控制信号中频输出中频本振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含糊函数一、含糊函数剪切角：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，速度分辨力相似Te2、精度3、B和T独立选用4、多普勒不敏感二、缺点1、组合值解决办法：①②③2、斜刀刃上目的无法分辨3、存在距离旁瓣§5.6线性调频脉冲信号的解决一、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u(t)LPFADCXI(n)LPFADCXQ(n)2、频域实现FFT

IFFTROM频谱相乘XI(n)XQ(n)YI(m)YQ(m)§5.7线性调频脉冲信号的加权解决