人生如只是初见
范文一：雷达信号处理
雷达信号处理
在第二次世界大战之后，特别是近几十年来随着电子技术的发展，无线电子技术在现代武器装备的使用中越来越广泛，使得雷达技术 得到了突飞猛进的发展，目前雷达在军事和民用领域已经被广泛的应用，使用雷达不仅能够进行目标的探测、定位和跟踪，而且还可以进行导航、遥感、天气预报及空中交通管制等方面的应用。雷达已成为信息获取和精确制导领域中使用最广泛、地位最重要的装备，它能够在广大作战地域内及时、准确、全面地获取各目标信息。雷达发现并测定目标的位置是利用目标对电磁波的反射现象实现的[1]。通常，雷达要探测的目标是运动着的飞机、导弹、舰艇、坦克等物体。当雷达将目标探测到后，就要从目标回波中提取有关信息，但是目标的周围不可避免的存在着地物、云雨、海浪及金属箔条等背景。进行目标的探测会受到这些背景所产生的回波带来的负面影响，将其称为杂波或无源干扰。如果目标处在杂波背景中，弱的目标可能会淹没在强杂波中，而且强的杂波还会使雷达接收机过载。由于强度通常比有用信号大几十分贝的杂波伴随着目标信号一同进入雷达接收机，给目标的检测造成了很大的干扰，因此，信号检测的关键技术之一就是杂波抑制技术[1]。
目前，有很多用于杂波抑制的措施，其中与信号处理相关的抑制杂波的方法主要包括：动目标显示(MTI)技术、动目标检测(MTD)技术和脉冲多普勒(PD)技术等，统称为频域处理，它们的机理是利用目标和杂波相对雷达运动速度的不同而引起多普勒的差异，进而通过滤波来抑制杂波，从而进行动目标的信息的提取。
随着超大规模集成电路(VLSI)技术和计算机辅助设计(CAD)技术的发展，现场可编程门阵列(FPGA，Field programmable Gate Array) 出现了。FPGA 于1985首次推出，它是一种新型的高密度PLD ，采用CMOS-SRAM 工艺制作。与门阵列PLD 不同，FPGA 内部由许多独立的可编程逻辑模块(CLB)组成，逻辑块之间可以灵活地相互连接。FPGA 通常包含三类可编程资源：可编程逻辑功能模块、可编程工I/0块和可编程互连。可编程逻辑功能是实现用户功能的基本单元，它们通常排列成一个阵列，散布于整个芯片；可编程I/0块完成芯片上逻辑与外部封装脚的接口，常围绕着阵列与芯片四周；可编程内部互连包括各种长度的线段和编程连接开关，它们将各个可编程逻辑块或I/0块连接起来，构成特定功能的电路。FPGA 的优点是器件集成度高、体积小，具有通过用户编程实现专门应用的功能。它允许电路设计者利用基于计算机的开发平台，经过设计输入、仿真、测试和校验，直到达到预期的结果。使用FPGA 器件可以大大缩短系统的研制周期，减少资金投入。[2]更吸引人的是，采用FPGA 器件可以将原来的电路板级产品集成为芯片级产品，从而降低了功耗，提高了可靠性，同时还可以很方便地对设计进行在线修改。设计人员可以现场对器件进行编程。
因此，本文通过用一些MATLAB 仿真算法，对杂波抑制（主要是对空杂波抑制，主要对象是飞机，抑制地杂波和气象杂波）进行研究，并用MTI ，MTD 实现，用到了目前流行的自适应MTI 和超杂波抑制，具有很强的研究意义。
范文二：雷达信号处理电路
第26卷 第12期
42
2004年12月
现代雷达Vol. 26 No. 12
Modern Radar December 2004
窄带雷达极化信号采集和处理电路的设计
鞠鸿彬1 吴嗣亮1 刘 博2
(1. 北京理工大学 北京100081; 2. 空军第二研究所 北京100085)
Ξ
【摘要】 基于雷达极化信号处理技术, 针对窄带全极化雷达研制了一种极化信号采集和处理的电路。在介绍雷达极化信号处理的基本原理和方法的基础上, 围绕极化信号处理的特点, 设计极化信号采集、幅相一致校正、极化滤波、极化检测等电路模块。最后, 介绍了该电路在极化虚拟加权实验的结果和分析。
【关键词】 雷达极化, 信号处理, 电路设计中图分类号:TN957. 51 文献标识码:A
A Circuit Design for Sampling and Processing of
Polarimetric Signals of N arrowband R adar
J U Hong 2bin 1 WU Si 2liang 1 L IU bo 2
(1. Beijing Institute of Technology Beijing 100081; 2. The Radar Institute of PLA Airforce Beijing 100085)
【Abstract 】 Basing on the technology of radar polarimetric signal processing , a circuit is designed to sample and process the
polarimetric signals for narrowband radar. First , the principle and methods of polarimetric processing are introduced briefly. Then , according to the characteristics of polarimetric signals , the design of circuit units are introduced ,such as the sam ple and amplitude 2phase uniformity correction unit ,polarimetic filter units and polarization detection unit ,etc. At last , an illustration of using the circuit for virtual polarization weighting is introduced.
【K ey w ords 】 radar polarization ,signal processing ,circuit design
0 引 言
近年来, 雷达目标极化信息的获取和利用, 受到国内外学术界的重视, 成为雷达新技术发展的一个重要方向。雷达回波中, 传统的处理方法主要集中在幅度、多普勒频移、波形等方面的研究, 而忽略了极化信息。极化信息反映了目标的几何延展和材质特性等方面, 对它的充分利用无疑将极大地丰富雷达回波信号的有用信息。雷达极化学从上世纪70年代开始形成和发展, 大量的相关理论研究成果涌现。利用极化信息增强目标、抗干扰极化滤波、极化检测、极化目标识别等领域都取得可喜的进展[1]。国外已经有多种型号的极化雷达研制出来和投入使用。国内极化信息处理基本处于理论研究阶段, 应用在工程上成功实例已经有一些, 但总体来说比较少。总之, 目前来说, 不同目标以及杂波的极化特性需要大量的实验来获取数据, 同时, 各种极化信息算法也需要实验平台做大量的验证。本文基于雷达极化信号处理技术, 在L 波段窄带雷达加装双路正交接收系统的基础上, 设计极化信号采集
和处理电路, 提供一个可供实验各种极化信息处理算
法的平台, 既要满足极化信号的特点, 又要灵活方便地提供各种极化算法的硬件资源。
1 设计背景
本电路设计的背景是接收和处理L 波段脉冲体制窄带警戒雷达变极化改装后输出的双路I/Q 信号。双路正交天线接收和下变频解调系统的框图见图1。水平I/Q 信号反映了雷达目标回波水平方向反射的幅度和相位信息, 垂直I/Q 信号反映了雷达目标回波垂直方向反射的幅度和相位信息。综合双路I/Q 信息, 处理可以得到雷达目标回波的极化状态。极化处理单元的设计是本文讨论的重点
。
图1 正交天线双路接收系统
Ξ
收稿日期:2004204202 修订日期:2004208218
第12期鞠鸿彬, 等:窄带雷达极化信号采集和处理电路的设计
43
2 极化信号处理的基本原理
极化信号处理有别于传统的雷达信号处理的重大改变在于, 将雷达回波的标量处理改变成矢量处理方式。接收极化雷达中, 发射水平极化电波时, 双路天线接收HH 、V H , 分别代表水平天线接收和垂直天线接收的电压。用矢量表示为(HH V H ) T , T 表示转置。用双路I/Q 来表示为:(HH I +j HH Q V H I +
jV H Q )
T
3 极化信号采集和处理系统电路的设计
3. 1 电路设计概况
电路提供了极化采集和处理的硬件平台。功能单元包括:采样和校正、极化特征参数计算单元、虚拟极化加权单元、
极化检测单元、总控单元以及PCI 接口等。电路功能示意图如图2所示。
。全极化雷达不仅考虑接收的极化状态, 也
考虑了发射的极化状态, 在一个周期发射水平电波的基础上, 下一个周期发射垂直电波。两个雷达周期的回波信号一起来处理, 用矩阵
HH V H
HV V 图2 电路功能示意图
来表示雷达
回波极化信息。其中HV 、V V 分别代表垂直发射下水平接收和垂直接收的电压分量。利用雷达极化信息, 也就是上述的矢量信号, 进行信息的处理和提取。下面简单介绍极化处理的几个热点方向。2. 1 虚拟极化匹配原理
3. 2 采集和幅相校正
电路实现框图如图3所示。该电路的特点是功能
模块化、逻辑编程控制。多DSP (4片TMSC5402) 同时工作, 灵活方便地实现各种极化算法。
极化信号的采集要求四路通道保持良好的幅相一致性。因此在四路信号经过信号调理和AD 采样之后, 在CPLD1中做FIR 幅相校正。修正包括天线通道在内的通道不一致以及正交垂直度的误差。3. 3 总线开关和DSP 数据共享
四路数字化的I/Q 信号存放在乒乓存储的DPRAM 中, 由CPLD 做总线开关切换逻辑, 使极化数
根据文献[2,3]提出的虚拟极化概念, 通过对双路天线接收信号匹配加权, 实现天线接收功率的最大化。虚拟极化概念的核心就是将变极化的工作由天线和馈线通道转移到数字信号处理机。通过数字处理的方法等效为天线极化状态的改变。天线变极化是困难的, 并且在高功率、快速、频繁变极化的要求下, 更加难以完成。数字信号处理技术和理论近年来快速发展, 其高速、灵活、方便的特点更加适用于变极化技术。2. 2 极化滤波
据可以被DSP1和DSP2单元分时共享。
3. 4 极化特征参数估算单元(DSP2)
该单元利用采集到的极化数据, 估算目标或者杂波的特征极化。采用TI 公司C5402DSP 来完成。TMS320C54x 系列是TI 公司TMS320DSP 家族中的一个定点DSP 系列。该系列采用16位先进的修正哈佛总线结构, 内建具有高度并行性的逻辑算术单元、专用硬件逻辑、丰富的片上外设以及多种片上存储器组织, 由于采用6级深度的指令流水线, 大大提高了程序的执行。基本参数如下:时钟频率100MHz , 单指令周期10ns , 片上双口RAM (DARAM ) 16K 字, 片上ROM 4K 字。数据/程序空间为64K /64K 字, 还有6个DMA 通道。DSP2读取数字化的极化数据, 并判别如在工作窗口之内, 则启动估算程序。估算出的目标或杂波的特征极化, 送到DPRAM 中, 准备被DSP1单元读走。3. 5 幅相加权单元(DSP1) 该单元对采集的极化数据进行虚拟加权处理。权系数来自于极化特征参数估算单元DSP2。加权运算后的数据通过FIFO 缓存以后,D/A 输出。另外也可以送到下一个DSP 单元做极化检测等处理。
根据虚拟极化匹配原理提出的多凹口极化滤波器和单凹口极化自适应滤波器, 是极化滤波器的两种主要构成方式, 目前在雷达极化抗干扰和杂波抑制技术。为对抗消极干扰和杂波干
扰, 国外有人提出的自适应极化对消器(Adaptive Po 2larization Canceller ,APC ) 、对称双回路APC 、以及自适应极化对消器和多凹口极化滤波器结合起来的ML P -APC 极化滤波器等, 都可以认为是上述两种主要极
中得到了广泛应用
[4,5]
化滤波器的变形或混合。2. 3 极化检测
极化检测综合雷达回波的极化信息做矢量检测。常用的方法有OPD 检测、PWF 检测、恒等似然比检测、SPAN 检测、HH 检测以及单视和多视处理等融合的检测算法。不同的检测所要付出的代价和收到的得益不同。比较各种检测算法, 寻找最佳性价比算法是极化检测研究的方向[6,7]。
图3 极化信号处理板框图
3. 6 极化检测和合并单元(DSP3)
判断方位是否进入预定的工作窗口。3. 10 逻辑控制
该单元接收经过DSP1单元做极化滤波以后的极
化数据, 来做极化检测算法验证。同时做点迹合并, 送到FIFO 缓存。通过PCI 接口送到显控计算机, 显示极化运算效果。该单元也采用C5402DSP 来完成。3. 7 总控单元(DSP4) 该单元的作用是整个电路的总控。传达显控计算机的操作模式指令到各个分单元。观察窗口的建立、按方位排序和取消等工作也由该单元完成。另外, 极化参数估算单元的结果也通过该单元送到DPRAM 中缓存。显控计算机通过PCI 接口读取极化参数。该单元采用TI TMS C5402来完成。3. 8 PCI 接口
PCI 接口采用PL X9054来实现, 采用C 模式。显控计算机读写FIFO 和DPRAM , 实现传达工作模式控制和极化参数读取以及极化处理后数据读取的任务。3. 9 SDC 方位单元
板上所有逻辑均由CPLD 或者FP G A 来控制。
灵活方便, 易于修改。
4 极化信号采集和处理电路的一个应用实例
和结果
下面介绍应用该电路做极化实验的一个实例, 如图4所示,2003年11月在某阵地实地测量30km 以外的地物目标, 虚拟改变接收极化。图中曲线D 为单极化天线通道求模的效果, 曲线E 表示通过极化加权达到抑制地物的效果。曲线G 表示通过极化加权达到增强地物目标的效果。可以清晰地看出, 虚拟极化加权是增强信号幅度的有利手段, 也是抑制杂波的有利手段。实验证明虚拟极化增强目标是可行的, 而且如果能找到目标的最大特征极化, 那么增强效果非常明显。这将对改善信噪比, 提高雷达性能具有重要的意义。当然如果找到想要抑制的目标的特征极化, 也可以很好地加以抑制。
采用本电路设计, 还可以实现其他各种检测和滤波算法, 有待于做进一步的工程实现。(下转第48页)
该单元接收雷达自整角机送来的400Hz 方位信号, 通过SDC 模块转换成数字量。CPLD 对SDC 模块做逻辑控制和方位数字量的缓存。方位信息一路送到PCI 接口给显控计算机。一路送到DSP2单元, 用来
上述实验是在不考虑噪声或信噪比很高的前提下
进行的。而实际情况下, 回波是含有噪声的, 有时回波的噪声还很大。故而必须考察在不同信噪比条件下SVM 的识别性能。实验时, 我们利用航迹一的数据,
2
考察C =35、σ=0. 050这一性能较优的情况, 用不含噪声的数据来训练得到SVM 分类器, 然后对含有噪声的测试数据作分类。其分类性能随信噪比变化的情况如图3所示。由图3可看出, 当信噪比达到20dB 以上后, 其分辨率达到稳定的最大值。需要指出的是, 此处的信噪比是指回波经脉压等处理后的信噪比
。
飞机中区分出直升机是本文要解决的问题, 由于直升机旋翼的幅度和频率调制效应, 使其回波较之固定翼飞机起伏更大, 且回波多普勒频率带宽更宽, 频域信息更为丰富。由于这些特性, 本文提出两种特征提取方法, 并采用SVM 作为分类算法进行仿真试验, 结果表明:SVM分类算法是低分辨率情况下区分直升机和固定翼飞机的性能较好的一种方法。需要说明的是, 此种分类只是一种预分类处理, 实际情况下, 预分类后还需要对这两类飞机的各种机型进行进一步分类, 如An 226和Tu 216等固定翼飞机的分类。此外, 如果延长波束扫过目标的时间, 即获得更多的回波数, 并利用目标RCS 、速度等信息, 还可以进一步提高分类性能。
参 考 文 献
1 边肇祺, 张学工. 模式识别. 北京:清华大学出版社, 20002 杨立明, 曹祥玉. 直升机旋翼对回波的调制效应分析. 电波科学学报, 2002,17(1) :93～963 Misiurewicz J , Kulpa K , Czekala Z. Analysis of recorded heli 2copter Echo , Proceedings of IEEE , London 1997. 449～4534 G orshkov S A , Leschenko S P , Orlenko V M. radar target
backscattering simulation software and user ’s manual , Artech House , 2002
图3 SVM 识别率随信噪比变化的情况
综上所述, 本文所述的直升机和固定翼飞机的分
类方法中,SVM 的分类性能最好, 也具有更好的推广能力; 利用频域熵值特征直接分类的性能次之; 最后是利用时域方差特征直接分类的方法。
马建华 男,1979年生, 硕士研究生。研究方向:雷达自动目标识别。
刘宏伟 男,1971年生, 博士, 副教授。研究方向:雷达系统及雷达信号处理, 雷达自动目标识别。
保 铮 男,1927年生, 博导, 院士, 教授。研究方向:雷达系统和信号处理理论与技术, 神经网络, 雷达自动目标识别等。
4 结 论
在飞行状态下, 如何利用低分辨率回波从固定翼
(上接第44页
)
creasing the detection capability of a radar system through po 2larization 2vector processing. IEE Proc. 1981,128(10) :465～4743 王被德. 虚拟极化在雷达接收系统中的应用和实现. 雷达科学与技术,2003,1(1) :35～384 王被德. 近三年来雷达极化研究的进展. 现代雷达,1996,
18(1) :1～145 张国毅, 刘永坦. 水平或垂直极化雷达抗干扰能力的提高,
现代雷达,1999, 21(5) :78～846 李永祯, 王雪松. 基于stokes 矢量的高分辨极化目标检测,
现代雷达,2001,23(1) :52～577 赵利娟, 王雪松. 基于相控阵雷达回波极化信息的检测研究, 现代雷达,2002,24(1) :19～24
图4 接收极化虚拟加权效果
参 考 文 献
1 庄钊文. 雷达极化信息处理及其应用. 北京:国防工业出版
社,1999
2 Poelman A J. Virtual polarisation adaptation :a method of in 2
鞠鸿彬 男,1971年生, 博士研究生。研究方向:雷达极化信号处理、DSP 应用。
吴嗣亮 男,1964年生, 教授、博士生导师。从事现代信号处理、雷达系统、DSP 应用等领域研究。
刘 博 男,1970年生, 高工。从事雷达极化处理研究。
范文三：雷达数字信号处理
雷达数字信号处理
目录
正文
特点
数字转换器
性能分析
处理方法
编辑本段正文
为完成雷达数字信号检测和信息提取功能所采取的实施手段。物体的反射回波是微弱的高频信号,经过变频、放大和滤波等处理变成具有一定强度的模拟信号(时间上连续，幅度上可为任意实数值)。数字处理须采用模拟-数字转换器,把模拟信号转换成为数字信号(时间上离散，幅度上分层)，然后进行各种运算和处理。早期的雷达信号处理，几乎全部是模拟的。50年代出现利用计算机进行信号处理的雷达系统。这是雷达数字信号处理的开端，功能还仅限于自动检测。
编辑本段特点
同模拟信号处理相比，采用数字信号处理的优点是:?把许多功能综合设计在一部处理机中，可以根据外来指令或预先编好的程序灵活地选择和组合使用。?精度仅与字长有关，不像模拟处理那样，性能与使用人员的调整有关，因此性能稳定可靠。?有利于高速大规模集成电路的应用，从而可使信号处理机的重量减轻和体积缩小。同其他领域的数字信号处理相比，雷达数字信号处理的特点是信号带宽大,因而采样率高,并且实时输出。因此，单位时间内的处理量(或称吞吐率、解题率)极大。 编辑本段数字转换器
把模拟视频信号转换成数字信号(见图),从原理上可分为三个步骤，即采样、保持和分层。 ?采样:先用一组等间距的极窄脉冲与输入模拟信号(图a中)相乘，获得时域离散而幅值为模拟量的信号(图b中)，这由采样电路完成。有时需要采用不等间距的采样脉冲，如动目标显示雷达中使用多重重复频率。
?保持:为使分层稳定,一般用保持电路使信号在采样间隔期间保持同采样幅值一样的电平(图c中)，通常利用电容器充电放电的原理来达到。
?分层:电路将各个采样间隔期间保持的电平转换成数字信号，通常采用二进制，也可以采用其他进制。数字信号可以用多根信号线上的电平表示各位的二进制值,这称为并行式;也可以用单根信号线上按各时刻上有无脉冲表示各位的二进制值,这称为串行式。图d中表示三位并行式数字信号及其代表的数值。在用二进制时,分层数 =2b,式中为位数。分层方法Nb
依所需位数和转换速度而定。当速度很高但位数不多时，可采用同时分层法,即把输入信号同标准的-1个等差距的参考电平相比较。每个比较器的N
输出电平用 1和0分别代表高电平和低电平,表示输入信号大于或小于参考电平。这N-1个比较器的输出电平通过编码器,即得到二进位数字信号。在多位数时，为减少比较器可采用级联分层法。如每级只用一个比较器,需要采用的级数等于二进制数的位数,于是比较器总个数由N-1减为log2N,但工作速度有所降低。在位数更多而不计较速度时，也可采用只有一个比较器而反复进行比较的顺序分层法。
编辑本段性能分析
在脉冲雷达中，数字信号处理可划分为周期内处理和隔周期处理两大部分。周期内处理是指对一个周期之内的回波脉冲进行匹配或最佳滤波处理，使单个脉冲的信-噪比达到最大;隔周期处理是指对多个周期中回波脉冲串的复包络进行匹配或最佳滤波处理，使整个脉冲串中某时刻的信,噪比达到最大。对于周期内处理，采样周期应小于或等于测时延(距离)的分辨单元。对于隔周期处理，采样周期可以长达一个重复周期。
数字信号处理可分为四类，即线性非时变、线性时变、非线性非时变和非线性时变。在理论上最容易解决的是线性非时变型的处理。这一类型的模拟处理用线性常系数微分方程描述，从而可以用傅里叶级数或傅里叶变换求解。同样，这一类型的数字处理可以采用线性常系数差分方程描述,从而可以用Z变换或离散傅里叶变换求解。
采用状态变量法解决线性时变型数字处理的分析问题效果较好。这种方法尤其适用于利用电子计算机进行仿真分析。关于含有非线性性质的数字处理，只能对特定问题进行计算机仿真计算，而不能应用叠加原理。 编辑本段处理方法
信号处理方法有两种，一种是信号依次进入而形成信号流，另一种是执行完一条指令再执行下一条指令，形成指令流。雷达中的数字信号处理机可采用这两种方法中的任一种，也可以兼用两种方法。一般来说，采样速度高而功能较简单者宜用前者;采样速度较低而功能复杂者则宜采用后者。
在处理中对数据结构有一定要求，位数会影响全机精度。为保持很高精度势必增加字长。为了不使字长过分增加，则须采取截尾或舍入的措施。这些措施等效于在系统中加入噪声。因此，为确保一定精度，系统运算字长应适当地大于输入数据的字长。过长的运算字长会导致机器结构庞大。
对处理机的硬件结构有一定要求特别重要的是数据和指令的存储方式。早期多采用移位寄存器控制方式，后来随机存取存储器方式得到更多的应用，现代雷达信号处理更多采用只读存储器程序固化的方式。
对指令语言也有一定要求。使用语言的级别越高(即面向任务),操作时越方便，即只需一个动作就可适应事先规定的一种场合;语言级别越低(即面向机器)，操作时越灵活，即可临时编制程序执行多种不同的任务。 开放分类:
雷达
范文四：雷达信号处理仿真
雷达信号处理仿真
【摘要】文章针对现代雷达信号处理的主要方式，建立了雷达信号处理仿真的数学模型，其中包括正交双通道处理、动目标检显示、动目标检测以及恒虚警处理等。根据数学模型，用Matlab软件对雷达信号处理系统进行了仿真，得到了雷达系统中各个处理点上的具体信号形式，并用图形用户界面（GUI）来动态显示雷达信号处理过程，使仿真结果表现得更直观。
【关键词】雷达信号处理；正交双通道处理；动目标显示；动目标检测；恒虚警检测
1 引言
雷达信号处理[1 2]的目的是消除所有不需要的信号及干扰，提取或加强由目标所产生的回波信号，在处理过程中要用到一些信号处理的关键技术，如数字正交双通道处理、脉冲压缩技术、固定目标对消技术、动目标显示技术、动目标检测技术[3]、恒虚警处理[4]和脉冲积累等。由于现代雷达信号处理过程日益变得复杂，难以用简单直观的分析法进行处理，往往需要借助计算机来完成对系统的各项功能和性能的仿真。利用计算机来进行雷达系统的仿真[5]具有方便、灵活以及经济的特点。而MATLAB提供了强大的仿真平台，可以为大多数雷达系统的仿真提供方便快捷的运算。
2雷达信号处理基础
2.1 数字正交双通道处理
在全相参雷达中，可以用正交双通道处理来获得中频信号的基带信号（零中频信号）x(t)，有时也称x(t)为中频信号的复包络。正交双通道处理的框图如图1所示，其中sr(t)为中频回波信号。
图1 正交双通道处理框图
其中中频回波信号为：
sr(t)=a(t)cos[2π(f0+fd)t]
(1)
上式中，f0为中频频率，fd表示多普勒频率，其值可能是正值或负值，也可能为零。
sI(t)=sr(t)cos(2πf0t)=a(t)cos[2π(f0+fd)t]cos(2πf0t)
11
=a(t)cos(2πfdt)+a(t)cos[2π(2f0+fd)t]
22
π
sQ(t)=sr(t)cos(2πf0t+)=-a(t)cos[2π(f0+fd)t]sin(2πf0t)
2
11
=a(t)sin(2πfdt)-a(t)sin[2π(2f0+fd)t]
22
(2)
(3)
图1中的低通滤波器将滤去2f0的分量，这样就可以得到正交双通道信号。
2.2 MTI原理
MTI雷达利用动目标回波的多普勒频移来区分动目标和固定目标。在脉冲雷达系统中，这一多普勒频移表现为目标距离变化导致的相继返回的目标回波脉冲间的相位变化，而固定目标的所有回波脉冲的相位不发生变化。杂波对消器是最早出现、也是最常用的MIT滤波器之一。根据对消次数的不同，又分为一次对消器、二次对消器和多次对消器。 一次对消器的输出为：
二次对消的输出为：
y(t)=x(t)-x(t-Tr)
(4)
y(t)=x(t)-2x(t-Tr)+x(t-2Tr)
(5)
式中Tr为雷达信号的重复周期。
2.3 MTD原理
传统的MTI雷达的主要目的是抑制地面背景形成的杂波，把相对于雷达有径向运动的目标显示出来。因此，它主要关心的是固定杂波的抑制而并未对目标回波进行匹配滤波。要对回波相参脉冲串作匹配滤波，必须知道目标的多普勒频移以及天线扫描对脉冲串的调制情况。在实际工作中，目标的多普勒频移不能预知，因此需要采用一组相邻且部分重叠的滤波器组，覆盖整个多普勒频率范围。这就是窄带多普勒滤波器组，其实质是相当对不同通道进行相参积累处理。通过窄带滤波器组滤出运动目标的谱线。
相参积累可表示为：
y(n)=∑Wix(n-i)
i=0
N-1
(6)
式中N为积累的脉冲数，Wi为加权系数。如果对每次回波，加权系数为：
Wi=exp[-j(2πik/N)] i=0,1, ,N-1
(7)
式中i表示第i个系数输出，k表示从0到N-1的标记，每个k值对应不同的加权值，相对应一个不同的多普勒滤波器响应，这就是多普勒处理。
目前对多普勒滤波器的实现方法有两种，一种是在时域上采用FIR滤波器组实现，另一种是在频域上采用FFT实现。由于FFT算法的运算量小，因而被广泛采用。
2.4 恒虚警处理（CFAR）
恒虚警(CFAR)处理是指在变化的非均匀杂波和噪声干扰环境中保持虚警概率恒定，从而保证整个系统正常工作的一种信号处理技术。
恒虚警方法就是采用自适应门限代替固定门限，而且此自适应门限能随着被检测点的背景噪声、杂波和干扰的大小自适应地调整。如果背景噪声、杂波和干扰大，自适应门限就调高；如果背景噪声、杂波和干扰小，自适应门限就调低，以保证虚警概率恒定。恒虚警处理有多种方法，从大的分类来看，有所谓的均值类CFAR、有序统计量类CFAR和杂波图CFAR等等。均值类CFAR包括多种实现方式，如单元平均方式、两侧单元平均选大方式和两侧单元平均选小方式等等，其基本理论是相同的。
高斯白噪声（通过包络检波器以后，噪声电压服从瑞利分布）背景下的恒虚警检测器是通过计算输入噪声的均值估计，然后对输入信号进行归一化检测，这时检测门限可采用固定门限。
3仿真实例
图2是用MATLAB制作的界面，界面中可以输入的参数有脉冲重复频率、脉冲宽度、采样频率、目标距离、目标多普勒频率、相参积累的脉冲数以及想达到的虚警概率。界面可以方便查看各个信号处理过程的图形，比如正交双通道处理后的回波信号、进行完MTI和MTD处理后的信号以及恒虚警处理后的信号。输出的参数有估计的目标距离以及目标多普勒频率。
图2 雷达信号处理的MATLAB界面
本课程设计所选择的信号（简单脉冲串信号）参数为：
脉冲重复频率：1600Hz 脉冲宽度：2e-6s 采样频率：1e6Hz 目标距离：53000m 目标多普勒频率：800Hz 积累脉冲：8 虚警概率：1e-8
3.1 正交双通道处理后的波形
图3为雷达目标回波信号经过正交双通道处理后的波形，其中包括了目标回波信号、杂波和噪声，由于杂波和噪声均强于目标信号，导致目标信号淹没在杂波和噪声中而无法检测。通过MTI处理可以除去静止杂波，通过MTD处理可以提高信杂比和信噪比，提高信杂比和信噪比后有利于后面的恒虚警检测。
I 通路信号
幅度大小
1
2
34时间（s）Q 通路信号
5
6
x 10
7
-3
幅度大小
1
2
34时间（s）
5
6
x 10
7
-3
图3 正交双通道处理后的信号
3.2 MTI和MTD处理后的波形
图4为MTI和MTD处理后的信号波形。先通过MTI处理消除大部分静止的杂波，但是信杂比还是不高，接着在每个距离单元上进行FFT处理，这相当于进行了相参积累（积累脉冲数越多积累效果就越好）从而改善了信杂比，这时目标已经可以大致看出来，但还要经过CFAR处理后才能确定是虚警还是真实的目标信号。由多普勒滤波器组各通道输出信号(一个周期)可以看出，第4通道有较强的目标回波，即在第4通道有可能检测出目标的存在。因此，如果目标存在可以推测出多普勒频率大约在
n-48-4
?1600=?1600=800Hz附近。然后将第n8
4通道的数据取出来单独进行后面的恒虚警检测。
第0通道第1通道
第2通道
第3通道
00.5x 10第4通道
1
-3
00.5x 10
第5通道
1
-3
00.5x 10第6通道
1
-3
00.5x 10
第7
通道
1
-3
0.5
x 10
1
-3
00.5
x 10
1
-3
00.5
x 10
1
-3
00.5
x 10
1
-3
图4 MTI和MTD处理后的信号
3.3 恒虚警处理后的波形
图5 n=8时恒虚警处理后的波形
图5为恒虚警处理后检测的输出结果，经过恒虚警检测后，目标被检测了出来。根据CFAR处理输出的结果的位置可以计算出目标的距离（如输出参数中的
估计的目标距离53250m），根据输出所在的通道数可以大致计算出目标的速度（如输出参数中的估计的目标多普勒频率800Hz）。积累的脉冲数越多，信杂比就越高，目标检测概率就越大。图6是积累脉冲数为16的检测效果图，从图中可以看出信杂比提高了，目标检测概率增大了。
图6 n=16时恒虚警处理后的波形
参考文献
[1] 张贤达. 现代信号处理[M]. 北京: 清华大学出版社, 1995.
[2] 丁鹭飞,张平. 雷达系统[M]. 西安: 西北电讯工程学院出版社,2002.
[3] 吴彪,陈娟. 雷达信号处理MTI/MTD的性能分析和仿真研究[J]. 航天电子对抗,2006(3). [4] 何友,关键等. 雷达自动检测与恒虚警处理[M]. 北京：清华大学出版社,1999.
[5] 周宇,张林让,田惠.基于Matlab/Simulink的雷达系统仿真［J］.计算机仿
真,2004(11):235-237.
范文五：基于FPGA的雷达信号处理实现
课程进阶
1 雷达总体概括
2 雷达信号处理类型和定义
3 FPGA/DSP/PPC/ARM总体简介
4 雷达信号处理仿真
5 FPGA具体硬件模块
6 雷达理论的FPGA实现
7 雷达抗干扰措施和仿真
8 雷达抗干扰技术的FPGA实现
9 新体制雷达和具体实现
10 雷达总体总结
课程共10*3=30节视频课程，每周至少更新一次，后续在确保课程质量的基础上会加快更新节奏。
订阅此课程的可额外赠送进入小社群“硬件（FPGA）学习交流群”，价值68元，该社群是对硬件基础和实现的补充，可进行硬件资料的分析和交流。
课程形式：
视频讲解；
提供课件和Matlab程序和硬件实现源码的下载；
留言交流问题与经验；
目前已更新:
1 雷达总体概括-1（30分钟）
2 雷达总体概括-2（50分钟）
3 雷达总体概括-3（30分钟）
4 雷达信号处理类型和定义-1（45分钟）
5 雷达信号处理类型和定义-2（45分钟）
6 雷达信号处理类型和定义-3（45分钟）
7 FPGA_DSP_PPC_ARM总体简介-1（45分钟）
8 FPGA_DSP_PPC_ARM总体简介-2（60分钟）
9 FPGA_DSP_PPC_ARM总体简介-3（36分钟）
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本课程主要围绕雷达抗干扰技术和FPGA的工程实现进行推进，无复杂的公式推导过程，重点是基础理论的梳理，工程具体实现和经验的分享。后期会日渐深入并加快更新速度，满足大家的需求，更多的分享从实际项目中提炼的经验和总结，和大家共同探讨，一起进步。
课程是主讲人结合其工程项目经验，手把手教授理论知识、仿真过程以及FPGA的实现过程。这是其个人经验和教训的总结和梳理，无论对本科、研究生甚至是工作者都具有一定的参考价值。
