信号检测及分析雷达基础课第一章

信号检测及分析雷达基础课第一章第一页，共37页。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（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）传感器技术第二页，共37页。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：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分；实验10分；考试50分。第三页，共37页。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

第四页，共37页。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：信道变换编码调制信息源信号源信号处理信息接收干扰信号消息第五页，共37页。在加性干扰条件下，接收的输入矢量或观测矢量为例：第六页，共37页。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：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xy第七页，共37页。信号处理完成输入空间到输出空间的变换（映射）：定义S、N、X、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SNf(x)XDY信号空间干扰空间判决空间输出空间第八页，共37页。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。第九页，共37页。■雷达信息处理基本任务和技术发展趋势例：船用雷达（marineradar）图象显示介面第十页，共37页。(引自文献：Useofseacluttermodelsinradardesignanddevelopment)例：雷达原始回波图象第十一页，共37页。02004006008001000120014001600-0.100.10.20.302004006008001000120014001600-0.100.10.20.302004006008001000120014001600-0.200.202004006008001000120014001600-0.200.20.40.6ttttN……脉冲数幅值u(t)213■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。雷达照射目标第十二页，共37页。提高目标探测能力。自动检测与目标跟踪。增强雷达的功能和性能。雷达的数字化（软件化）和智能化。雷达自动化智能化终端—船用雷达自动标绘仪ARPA——AutomaticRadarplottingAidVTS雷达信息处理系统（数据终端）雷达信息处理基本任务和技术发展趋势第十三页，共37页。在量程0.75nm/脉宽0.07s/重复频率3000Hz下的雷达图像在量程3nm/脉宽0.15s重复频率3000Hz下雷达图像第十四页，共37页。第十五页，共37页。第十六页，共37页。第十七页，共37页。第十八页，共37页。浮标第十九页，共37页。第二十页，共37页。多径反射假回波第二十一页，共37页。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：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：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：船舶自动避碰，船舶无人驾驶，船舶交通管理。第二十二页，共37页。■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。如利用恒虚警率处理（CFAR）等方法建立随回波强度变化的自适应门限。第二十三页，共37页。门限1时间t幅度u目标门限2门限低，发现概率和虚警概率高；门限高，发现概率和虚警概率低。第二十四页，共37页。例：仿真分析

matched-filteredoutputclutter-suppressedoutput（引自文献：ASUBSPACE-BASEDAPPROACHTOSEACLUTTERSUPPRESSIONFORIMPROVEDTARGETDETECTION）最大似然估计（maximum-likelihoodestimate）第二十五页，共37页。■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；第二十六页，共37页。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。第二十七页，共37页。■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。第二十八页，共37页。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GPSAIS数字化终端：计算机+数据采集卡第二十九页，共37页。高速DSPSDRAM模拟通道2模拟通道1A/DA/DDIO接口控制FPGASDRAMBUS驱动高速采集缓存PCI数据采集卡第三十页，共37页。第三十一页，共37页。雷达天线的方位码盘（轴角编码器）波导隙缝天线（辐射器）第三十二页，共37页。雷达的TVA信号（触发、视频和方位混合信号）第三十三页，共37页。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SRAMDSP自动检测PCIBus第三十四页，共37页。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第三十五页，共37页。1.4本课程的主要内容核心——信号的统计处理理论和方法