雷达信分析课件

1、雷达信号分析PPT课件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雷达信号分析PPT课件课程内容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 雷达信号分析PPT课件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

2、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雷达信号分析PPT课件 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

3、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 多相编码信号简介 雷达信号分析PPT课件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雷达信号分析PPT课件第一章第一章 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

4、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雷达信号分析PPT课件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 雷达信号分析PPT课件三、实窄带信号的复数表示1、复解析表示法ttxdtxtxtxjtxdtxjdtxtjttxtsfUfXfSfffXfSfXtxaaa1)()(1)()()()(1)()

5、(21)(21)(2)()()(2)(000)(2)()()(雷达信号分析PPT课件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)()(2cos)()()(2)(20000tstxetatetetattftjattftatsetjtfjttfje雷达信号分析PPT课件1.2 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)()()()()(2121

6、12dttstsdttstsR)()()()()(121221雷达信号分析PPT课件自相关函数：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雷达信号分析PPT课件二、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： s

7、2(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雷达信号分析PPT课件第二章第二章 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：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)(dh

8、ttPedhNPeN20_)(4_NPP雷达信号分析PPT课件 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雷达信号分析PPT课件三、匹配滤波器的频率特性002*)(2*2020*)()()()()(ftjttfjftjftjmefdtetdtettdtettfH02)()()(ftjfjmeeffH02)()()(ftfffHmm雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PPT课件KKjKKfttjKKfttjeatfeftdfeft)()()()()(0)(220)(22

9、000雷达信号分析PPT课件四、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雷达信号分析PPT课件第三章 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）雷达信号分析PPT课件3.1 “点目标”回波的数学模型点目标：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tfj

10、etts02)()()(20)()(tfjrettsVTRtRetttsttfjr0)(2)()()(0雷达信号分析PPT课件经过推导有：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雷达信号分析PPT课件 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雷达信号分析PPT课件若移到 后，使 最大。 1)()(11naSSrSRR)()(Re)

11、(0 101rRRn雷达信号分析PPT课件 dffdfff22222020021NE Ttrectt单载频矩形脉冲信号： dfftftdfftftfdffdfff2222222220sinsin22雷达信号分析PPT课件1cossin1sinsin222222222220BTBTBTSiBTBTTdfftftdfftftfBBBBBTT220TB220雷达信号分析PPT课件 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 dttdttt2222222223T雷达信号分析PPT课件3.4 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

12、数： 结论： 0)(tdttudttuttdttadttatt2222)()()(2)()()(2)(1 21200202NE)(1 21200202NE雷达信号分析PPT课件例1：例2：TteTtrecttuktj2)()(2)(ktt3)2(2)()()(2222/2/2/2/22kTdtdtkttdttadttattTTTTTteTtrecttuktj)()(ktt)(2)(2)()()(222/2/2/2/22kTdtdtktdttadttattTTtTktt2)(kt)(雷达信号分析PPT课件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

13、有上限； ,02220222200202202002)2NENE0002121NENE00雷达信号分析PPT课件3.6 距离分辨力一、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雷达信号分析PPT课件五、 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()(dffudffuCd

14、tCA C雷达信号分析PPT课件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)()(422TpAWe1231雷达信号分析PPT课件 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)()(雷达信号分析PPT课件本章小结1、分析条件2、准则 a.含意，b.条件，c.决定因素，d

15、.波形参量3、最大理论精度、固有分辨力4、不定原理Tdttrts022)()(1 dttSrtSr221220021NE021NEWeCACR122eTfCfACV12200222022220雷达信号分析PPT课件作 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 、 。 tatnTnn021 1012211trecttTTaaa , tAeWATeeWTe0T1T/2-1tu(t)001t1T22T雷达信号分析PPT课件第四章 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

16、滤波器输出响应的关系 4.4 模糊函数的主要性质 4.5 模糊图的切割 4.6 模糊函数与精度的关系 4.7 利用模糊函数对单载频矩形脉冲雷达 信号进行分析 雷达信号分析PPT课件 4.1 4.1 模糊函数的推导模糊函数的推导1、为什么要研究模糊函数？2、模糊函数（平均模糊函数）的概念。3、研究模糊函数的条件。 窄带信号；点目标；无加速度；fdf0一、从二维分辨力导出1、条件距离速度不同，目标2大于1，距离速度取正，不考虑噪声，回波强度一样。雷达信号分析PPT课件2212022( )( )42( ,) cos2( ,)( ,)( )()() ()rrjtjfststdtEfarctgu t u

17、tedtuf u fedf 222( , )( , )( , )( , )( , )( ) ()( )()jtjfu t u tedtu f ufedf 2、准则（均方差）雷达信号分析PPT课件2222)()()()(),(dfefufudtetutufjtj二、模糊函数的表示法1、 、 为正2、 为正， 为负3、 为负， 为正4、对称型2222)()()()(),(dfefufudtetutufjtj2222)()()()(),(dfefufudtetutufjtj2222)2()2()2()2(),(dfefufudtetutufjtj雷达信号分析PPT课件4.2 4.2 模糊函数与分辨力

18、的关系模糊函数与分辨力的关系一、模糊函数的图形1、概述2、主峰3、模糊图的体积 （体积不变性）二、模糊函数与二维分辨力的关系（组合时间-频率分辨常数）2224)0 , 0(),(E22)2(),(Edd1)0 , 0(),(2222)0 , 0(),(),(dd1),(雷达信号分析PPT课件 等效模糊面 模糊度图 等差图:2222),(),()0 ,()0 ,(AACCBA雷达信号分析PPT课件222)()()()0 ,(Cdtetututj三、模糊函数与一维分辨力的关系ACdCdd)0()()0 , 0()0 ,()0 ,(2222222)()()(), 0(KdtetututjAKdKdd

19、)0()()0 , 0(), 0(), 0(2222雷达信号分析PPT课件4.3 4.3 模糊函数与匹配滤波器输出响应的关系模糊函数与匹配滤波器输出响应的关系研究的目的：运算，检测、估计、分辨，物理意义，信号处理与AF关系A目标回波：B目标回波：匹配滤波器输出：)(20)(20)()()()(AAAAttjAAAmtjAAettuthetutu)(2)()(BBtjBBetutudfefufuVVdtetutuVedetuutgfjtjtjjCA222222)()(),(),(),()()(),()()(21)(雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PP

20、T课件2222222)()()()(),(),(),(),(),(dfefufudtetutufjtj雷达信号分析PPT课件 4.4 4.4 模糊函数的主要性质模糊函数的主要性质一、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 模糊函数的二维付氏变换仍为模糊函数。222( , )(0,0)(2 )E 22),(),(22)2(),(Edd 2222( , )( , )jZjYeed dZ Y 雷达信号分析PPT课件deddedjj222222), 0(),()0 ,(),( 2222*2( ,0)jfttdtfedf 2222*2(0, )jtffdftedt12( )(

21、 )( )ttt121 21 2*2( , )( , )( , )( , ) (,)je 雷达信号分析PPT课件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*1( )( )tt*1( )( )ff11*2( , )( ,)( , )je 11*2*( , )( , )( ,)je 1( )()tat11( , )(,)aaa 1( )()faf11( , )()aaa 002()10( )()jttte0012()( ,)( ,)je 21( )( )j bttt e21( , )( ,)j beb 雷达信号分析PPT课件6、相乘特性21( , )(

22、, )je b0,b0,12( )( )( )ttt12( )( )( )fff12( , )( , )( ,)dqqq 12( )( )( )fff12( )( )( )ttt12( ,)( ,)(,)d 21fjeff雷达信号分析PPT课件7、周期信号模糊函数110( )()NnntctnTu(t)TC3C2C1C0t.mNiiTjmiiNmmNiiTjmiiNmmTjeccmTeccmTe102*101102*1112,雷达信号分析PPT课件4.5 模糊图的切割模糊图的切割一、 的切割二、 的切割避免时间倒置：、01雷达信号分析PPT课件三、 的切割0雷达信号分析PPT课件雷达信号分析P

23、PT课件雷达信号分析PPT课件4.6 模糊函数与精度的关系模糊函数与精度的关系22021)0 , 0()0 ,(0),0(0)(t21 )2()0 , 0()2()0 , 0(),(22202222220222E2022222202)221()0 , 0(),(12ENK雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PPT课件0021NE021NE21200max)(1 221NE212000max)(1 221NE2122202)( KS雷达信号分析PPT课件4.7 利用模糊函数对典型脉冲雷达信号进行分析利用模糊函数对典型脉冲雷达信号进行分析一、模糊函数的计算 22( ,0)TT1/0( )0TtTt

24、其它12(t)=TTtrectT()sin()( , )()0jTTTeTTTT 22sin()( , )()0TTTTTT 222sin(0, )sin ()Tc TT雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PPT课件二、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。3 12eWTeTT32e eWT 222202; 3BTT2222022,033BT 雷达信号分析PPT课件第五章 线性调频脉冲信号一、现代雷达对波形的要求二、如何获得大时宽带宽信号三、大时宽带宽信号的优

25、缺点5.1 线性调频脉冲信号（线性调频脉冲信号（LFM）的产生）的产生 LFM信号实数表示为： LFM信号复数表示为：)2cos()(20kttfTtrecttxtfjktjtfeetuetuts02022)()()(雷达信号分析PPT课件瞬时频率：ktfkttfdtdfi020)2(21雷达信号分析PPT课件LFM产生方法:1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、2、有源法：波门选通法I&Q正交调制法DDS法EPLD高速EPROM高速EPROMD/AD/ALPFLPFIQ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信号雷达信号分析PPT课件5.2 线性调频脉

26、冲信号的频谱线性调频脉冲信号的频谱LFM信号复包络为：频谱：2)(ktjeTtrecttu42221)(jfkjftjktjeBfrectkdteeTtrectfu41)(2Bfrectkfu雷达信号分析PPT课件雷达信号分析PPT课件5.3 线性调频脉冲信号的波形参量线性调频脉冲信号的波形参量)0(3)3)(3)()2(3)()()23123(2222220220BTTTTBBTTTTBTWBWeeee雷达信号分析PPT课件5.4 线性调频脉冲信号的模糊函数线性调频脉冲信号的模糊函数一、模糊函数TTTkTk)()()(sin),(雷达信号分析PPT课件剪切角：二、切割1、压缩比：距离旁瓣：来

27、因、影响TBktgBTBT)1 (sin)0 ,(0BTBTBTD1122雷达信号分析PPT课件2、3、TTT)sin(), 0(001雷达信号分析PPT课件5.5 线性调频脉冲信号的性能线性调频脉冲信号的性能一、优点1、距离分辨力提高We，速度分辨力相同Te2、精度000322()(2 )()632()TEEBBNNBTETN雷达信号分析PPT课件3、B和T独立选取4、多普勒不敏感二、缺点1、组合值解决方法：112112kk)(1 21)(1 212002000NENE雷达信号分析PPT课件2、斜刀刃上目标无法分辨3、存在距离旁瓣雷达信号分析PPT课件5.6 线性调频脉冲信号的处理线性调频脉

28、冲信号的处理 一、近似匹配滤波器的实现 时: 匹配滤波器的频率特性: 2141fjjKffrecteBK20022241( )( )1fjjjftjftKfjKfHff erecteBKfrecteBK212ddftfdfKK 30BT 雷达信号分析PPT课件二、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：sin ()sin ()( , )()()KTKTyTKKT 212()2( )jtKtttrecteT 212()24sin(),()jKtjKt Ty teKt sin( ,0)ByTB sin(0, )TyTT222sin()( ,)(,)()KTxyK 雷达信号分析PPT课件三、匹配滤波器的实现1、时域实现u(t)LPFADCXI(n)LPFADCXQ(n) nknnXdI2cos nknnXdQ2sin 2co