信号检测与分析雷达基础课第一章

1、信号检测与处理 第1章 绪论 检测？ 信号统计分布特性： 门 限 信号 时间t 幅度u 噪声 概率密度p(u) 幅度u 噪声 信号 门限 统计检测即门限检测，因为依据信号参数的幅度的统计分布特性。 贝叶斯贝叶斯（bayesianbayesian）检测检测即似然比检测似然比检测(likelihood ratio test/detection) 检测的依据？ 信号特性？ 信号与噪声特性差异？ 概率分布密度和相关函数。 1.1 课程简介 1.1.1 课程的性质和目的 课程性质：专业基础课程、专业课程。 原课程：雷达信息处理与ARPA 目的：掌握信号统计检测与处理的基本理论和基本方法。 应用领域： 通

2、信，雷达，导航，语音处理，图像处理，模式识别， 生物工程，气象信号处理，天文信号处理， 推动信号处理技术研究与应用的关键技术： 数字技术数字技术（计算机/微处理器、DSP、FPGA、存储器、A/D转换器， 其他各种数字集成电路） 传感器技术传感器技术 1.1.2 课程基本要求与考核 以课堂理论教学方式为主，辅助以课外自学，查阅文献， 独立完成作业。 通过计算机模拟仿真（MATLAB）了解信号检测与处理的 基本原理和技术。 成绩考核：成绩考核： 查阅英文文献1篇（例如：IEEE），撰写分析报告，10分； 作业，10分； MATLAB 仿真，10分； 提出问题和分析问题（5个），至少交流一次，10

3、分； 实验10分； 考试50分。 1.1.3 课程的参考书 沈风麟，信号统计分析与处理，中国科技大学出版社 陆光华等，随机信号处理，西安电子科技大学出版社 赵树杰，信号检测与估计理论，西安电子科技大学出版社 1.1.4 本课程的前续课程 概率论与数理统计 信号与系统 联系方式： 电话:84729202 1.2 信号检测与处理的基本概念 信号信息传输和交换的载体 信号总是伴有各种随机性的干扰 信号检测的基本任务 判断某种信号是否存在 估计携带信息的信号参数 信号检测与处理的基本模型 加性干扰 乘性干扰（如衰落效应） 卷积性干扰（如多径效应） 香农（Shanon）信息传输模型： 信道 变换 编码

4、调制 信息源 信号源 信号处理信息接收 干扰 信号消息 在加性干扰条件下，接收的输入矢量或观测矢量为 nsx c c ( )Asin+ ( )0tT Asin+ ( )0tT x tt n t x ttn t 例： T ni x,x,xx 21 x txtx i ii tit t tit t sin t tit csint i 取样信号： 则有： i(t)为正交（基）函数集： 信号处理的输出矢量y： xfy 需要什么样的函数变换？对变换后的信号进行检测！ 输入信号 信号处理信号检测输出信号 门限 x y 信号处理完成输入空间到输出空间的变换（映射）： XfY NnSsYyXx, 定义S、N、X

5、、Y分别为信号空间、干扰空间、输入空间和输出空 间，有 以便最佳地从干扰背景中发现信号，并提取信号中所携带的信息。 输入空间 S N f (x)XDY 信号空间 干扰空间 判决空间输出空间 1.3 信号处理的基本任务和技术发展趋势 改善信号质量 提高信噪比 检测 识别 智能 在更大程度上决定系统的功能和性能。 系统的数字化（软件化）和智能化。 雷达信息处理基本任务和技术发展趋势雷达信息处理基本任务和技术发展趋势 例：船用雷达（marine radar）图象显示介面 (引自文献：Use of sea clutter models in radar design and development)

6、例：雷达原始回波图象 02004006008001000120014001600 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 02004006008001000120014001600 -0.1 0 0.1 0.2 0.3 02004006008001000120014001600 -0.2 0 0.2 02004006008001000120014001600 -0.2 0 0.2 0.4 0.6 t t t t N 脉冲数脉冲数 幅值u(t) 2 1 3 脉冲雷达实测信号 设天线转 速20转/ 分，波束 宽度 0.8， 脉冲重复 周期1ms， 目标照射 时间 6.7ms， 则回波数 为6个。 雷

7、达照射目标 提高目标探测能力。提高目标探测能力。 自动检测与目标跟踪。自动检测与目标跟踪。 增强雷达的功能和性能。增强雷达的功能和性能。 雷达的数字化（软件化）和智能化。雷达的数字化（软件化）和智能化。 雷达自动化智能化终端雷达自动化智能化终端 船用雷达自动标绘仪船用雷达自动标绘仪 ARPAAutomatic Radar plotting Aid VTS雷达信息处理系统雷达信息处理系统（数据终端数据终端） 雷达信息处理基本任务和技术发展趋势雷达信息处理基本任务和技术发展趋势 在量程在量程0.75nm/0.75nm/脉宽脉宽0.070.07 s/s/重复频率重复频率 3000Hz3000Hz下的

8、雷达图像下的雷达图像 在量程在量程3nm/3nm/脉宽脉宽0.150.15 s s重复频重复频 率率3000Hz3000Hz下雷达图像下雷达图像 浮标浮标 多径反射假回波多径反射假回波 雷达信息：雷达信息：给定空域内有无目标，目标状态参数（坐标位 置和运动参数），目标特性。 任务：任务：自动检测目标，自动跟踪目标，对船舶与周围目标 的安全态势自动判断和报警。 功能：功能：目标监测，目标录取，目标跟踪，危险判断，信息 显示，人机交互。 应用：应用：船舶自动避碰，船舶无人驾驶，船舶交通管理。 信号自动检测信号自动检测：在噪声和杂波干扰背景中判别（提取）目标。 建立自适应检测门限。 如利用恒虚警率处

9、理（如利用恒虚警率处理（CFARCFAR）等方法建立随回波）等方法建立随回波 强度变化的自适应门限。强度变化的自适应门限。 门限1 时间t 幅度u 目标 门限2 门限低门限低，发现概率和虚警概率高；门限高门限高，发现概率和虚警概率低。 例：仿真分析 matched-filtered output clutter-suppressed output （引自文献：A SUBSPACE-BASED APPROACH TO SEA CLUTTER SUPPRESSION FOR IMPROVED TARGET DETECTION） 最大似然估计 （maximum- likelihood estimat

10、e） 目标跟踪目标跟踪 （tracking ）目标运动参数估计 跟踪滤波（动态滤波） 卡尔曼滤波 滤波 波门相关（距离测度） 完成目标的相关判别和目标数据的动态滤波，降低测量误差和动态 扰动的影响，给出更加准确可靠的目标状态参数。 1、根据录取的目标数据，对运动目标建立轨迹，计算目标运动参 数； 2、对目标进行跟踪，判断每次扫描的回波信号是否是同一个目标； 真值滤波估值测量值预测值 动态滤波（跟踪滤波）示意 递归滤波：测量值与预测值的加权组合 预测值包含了过去的测量数据。 预测：按假设的目标运动数学模型推算目标未来的状态。 由滤波估值计算目标运动矢量，比由测量值计算的运动矢量更准 确更稳定。

11、危险判断危险判断 相对运动矢量 由最接近点距离和 到最接近点的时间 确定的安全区 相对运动情况下的安全态势的判别： 最接近点距离DCPA 到最接近点的时间TCPA 目标 本船 预测并判断运动目标的未来状况，计算最接近点距离（DCPA或简 称CPA）、到达最接近点时间（TCPA），判断有无碰撞、搁浅、脱 离航道等危险。计算安全航行方案等。 雷达信息处理系统（雷达数据终端） 雷达信号 检测与录取 雷达接收机 接口单元 显示器 跟踪 计算机 人机交 互界面 计 程 仪 罗 经 G P S A I S 数字化终端：计算机+数据采集卡 高速DSP SDRAM 模拟通道2 模拟通道1 A/D A/D DI

12、O接 口控制 FPGA SDRAM BUS驱动 高 速 采 集 缓 存 PCI 数据采集卡 雷达天线的方位码盘（轴角编码器） 波导隙缝天线（辐射器） 雷达的TVA信号（触发、视频和方位混合信号） 跟 踪 处 理 雷 达 收 发 机 信 号 变 换 A/D 变换 FPGA 时序控 制与预 处理 SRAM DSP 自动 检测 PCI Bus 数字雷达：智能化，信息集成和融合处理的公共平台 软件雷达 软件无线电 雷达、导航、通信的技术基础 雷达、导航、通信技术的相互促进和融合 1.4 本课程的主要内容 核心信号的统计处理理论和方法 统计信号检测的理论基础统计信号检测的理论基础 双择检测及其最佳准则。多元信号检测及其最佳准则。随机参量 信号的检测。 统计信号估计的理论基础统计信号估计的理论基础 贝叶斯估计。极大极小估计。最大似然估计。 信号检测技术信号检测技术 高斯白噪声下确知信号的检测。匹配滤波器。随机参量信号的检 测。信号的多脉冲检测。高斯色噪声下的信号检测。非参量检 测。序列检测。 信号参量