《雷达信号分析》课件.ppt
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1、雷达信号分析与处理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 1 绪论绪论 1.1雷达信号的复数表示 1.2雷达信号的相关特性2 2 最佳线性滤波器最佳线性滤波器3 3 雷达测量精度和分辨力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 4 模糊函数模糊函数 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
2、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 5 调频脉冲信号调频脉冲信号 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 6 相位编码脉冲信号相位编码脉冲信号 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
3、码信号简介 7 7 相干脉冲串信号相干脉冲串信号 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 8 其它信号分析与处理其它信号分析与处理第一章第一章 绪论绪论一、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
4、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)()(0ttftatxdttadttxE22)(21)(0fB 三、实窄带信号的复数表示1、复解析表示法ttxdtxtxtxjtxdtxjdtxtjttxtsfUfXfSfffXfSfXtxaaa1)()(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)()(2co
5、s)()()(2)(20000tstxetatetetattftjattftatsetjtfjttfje1.2 雷达信号的相关特性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)()()()()(212112dttstsdttstsR)()()()()(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
6、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):)()()(2112stsR)()()(2112stsR)()()(1111stsR)()()(1111stsR第二章第二章 最佳线性滤波器最佳线性滤波器 噪声的影响:信号的检测能力下降、测量精度降低。噪声的影响:
7、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:20200)()(21)(dhttPedhNPeN20_)(4_NPP 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:dhNdhtPPeeN2020_)(4)()(21mNdtNPP200_)(1)()(0tChm三、匹配滤波器的频率特性002*)(2*2020*)()()()()(ftjttfjftjftjmefdtet
8、dtettdtettfH02)()()(ftjfjmeeffH02)()()(ftfffHmmKKjKKfttjKKfttjeatfeftdfeft)()()()()(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
9、: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tfjetts02)()()(20)()(tfjrettsVTRtRetttsttfjr0)(2)()()(0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:tffjfjCvttfjrdeeteCvtttS)(22220002)(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:方法:均方差三、具体分析结果Tdttrts022)()()()(Re22naSSrSRRK若移到 后,使 最大
10、。1)()(11naSSrSRR)()(Re)(0 101rRRn dffdfff22222020021NE Ttrectt单载频矩形脉冲信号:dfftftdfftftfdffdfff2222222220sinsin221cossin1sinsin222222222220BTBTBTSiBTBTTdfftftdfftftfBBBBBTT220TB220 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 dttdttt2222222223T3.4 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:0)(tdttudttuttdtta
11、dttatt2222)()()(2)()()(2)(1 21200202NE)(1 21200202NE例1:例2:TteTtrecttuktj2)()(2)(ktt3)2(2)()()(2222/2/2/2/22kTdtdtkttdttadttattTTTTTteTtrecttuktj)()(ktt)(2)(2)()()(222/2/2/2/22kTdtdtktdttadttattTTtTktt2)(kt)(3.5 雷达不定原理 关系,都用时域表示。结论:结论:雷达不定原理;存在下限;测量精度有上限;,02220222200202202002)2NENE0002121NENE003.6 距离
12、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 )(2cos)(2402212carctgfCEdttSrtSr dttutuC)()(*C CE210五、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:)()(*)()(0ttCthtutgmc22422)()()0()(dffudffuCdtCA C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?ACR2AdffudffuWe1)()(422TpAWe
13、1231 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:)(Re242KE dffufuK)()()(*22422)()()0()(dttudttuKdfKAdttudttuTe422)()(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 dttSrtSr221220021NE021NEWeCACR122eTfCfACV12200222022220作 业(P92)1、已知信
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