連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真任務(wù)書雷達(dá)進(jìn)行PD測(cè)速主要是利用了目標(biāo)回波中攜帶的多普勒信息，在頻域?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)和雜波的分離，它可以把位于特定距離上下面是小編為大家整理的連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理6篇,供大家參考。
連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理篇1
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
任務(wù)書
雷達(dá)進(jìn)行PD測(cè)速主要是利用了目標(biāo)回波中攜帶的多普勒信息，在頻域?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)和雜波的分離，它可以把位于特定距離上、具有特定多普勒頻移的目標(biāo)回波檢測(cè)出來，而把其他的雜波和干擾濾除。因此要求雷達(dá)必須具備很強(qiáng)的抑制雜波的能力，能在較強(qiáng)的雜波背景中分辨出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波。
如今，不管是在軍用還是民用上，雷達(dá)都在發(fā)揮著它很早重要的作用，與早期雷達(dá)采用距離微分方法測(cè)速相比，基于脈沖多普勒理論的雷達(dá)測(cè)速技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。特別是現(xiàn)代相控陣技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了波束的無慣性掃描和工作方式的快速切換，更便于應(yīng)用脈沖多普勒技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)測(cè)速。
本篇課程設(shè)計(jì)目的在于介紹脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速的原理，并對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行介紹和仿真。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
摘要
脈沖多普勒(PD)雷達(dá)以其卓越的雜波抑制性能受到世人矚目。現(xiàn)代飛行器性能的改進(jìn)和導(dǎo)航手段的加強(qiáng)，使其能在低空和超低空飛行，因此防御低空入侵己成重要問題，由此要求機(jī)載雷達(dá)，包括預(yù)警機(jī)雷達(dá)和機(jī)載火控雷達(dá)具有下視能力，即要求能在強(qiáng) 的地雜波背景中發(fā)現(xiàn)微弱的目標(biāo)信號(hào)，所以現(xiàn)代的預(yù)警機(jī)雷達(dá)和機(jī)載火控雷達(dá)皆采用PD體制。脈沖多普勒雷達(dá)包含了連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，它具有較高的速度分辨能力，從而可以更有效地解決抑制極強(qiáng)的地雜波干擾問題；此外，脈沖多普勒雷達(dá)能夠同時(shí)敏感地測(cè)定距離和速度信息；能夠利用多普勒處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨率的合成孔徑圖像；而且亦具有良好的抗消極干擾能力和抗積極干擾能力。
本文介紹了脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速的原理，信號(hào)處理。并用matlab簡(jiǎn)單的仿真了雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理。 關(guān)鍵詞：脈沖多普勒雷達(dá) 恒虛警 脈沖壓縮 線性調(diào)頻
Abstact
Pulse Doppler (PD) radar is famous for it`s outsdanding clutter aircraft`s function and GPS has been makes the aircraft can fly lower and l,Defensing.Low altitude invasion has been an important problem.so we require airborne radar. Early warning radar and airborne fire control radar have the ability to look down.That is to say.The radar is be required the ability to find Weak target signal in the strong Groung clutter.So 。The modern airborne early warning radar and airborne fire control radar use the PD system.Pulse Doppler (PD) radar concludes two adervantages of Continuous wave radar and impulse radar.It has a higher velocity resolution.thus it can effectively 。soveing the problem of strong ground clutter.what`s more.Pulse Dppler (PD) radar can Sensitive text the Distance and speed on the same time.Itcan use Doppler processing technology to realise Synthetic aperture images with high resolution. This article sinply introduced principle of pulse Doppler radar and signal
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
processing.Using matlab to simulation The signal processing of radar system.Linear frequency modulation. Keywords:Pulse Doppler (PD) false alarm rate 。pulse compression.
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
目錄
一．脈沖多普雷達(dá)簡(jiǎn)介··········································1 1,多普勒效應(yīng)··············································1
二、多普勒測(cè)速原理············································2
三、多普勒雷達(dá)簡(jiǎn)介············································4
四、多普勒雷達(dá)工作原理········································6
五、PD雷達(dá)信號(hào)處理仿真·······································8 5.1、正交雙通道處理·······································9 5.
2、脈沖壓縮·············································10 5.3、線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮·······························12 5.
4、巴克碼信號(hào)的脈沖壓縮·································14 5.5、恒虛警處理···········································14 5.5.
1、單元平均恒虛警處理(CA-CFAR)····················16 5.5.2、平均選大恒虛警處理(GO-CFAR)····················16 5.
6、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)模型··································19
六、總結(jié)與展望················································20 參考文獻(xiàn)······················································21
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
二、脈沖多普雷達(dá)簡(jiǎn)介
1,多普勒效應(yīng)
多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射源和接收者之間有相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)將發(fā)生變化。這一物理現(xiàn)象首先由奧地利物理學(xué)家多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的。多普勒雷達(dá)的工作原理是以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的，多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括光波、電磁波。
當(dāng)無線電波在行進(jìn)的過程中碰到物體時(shí)，該無線電波會(huì)反彈，而且反彈回來的波其頻率以及振幅會(huì)隨著碰撞物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化。若無線電波是固定不動(dòng)的，那么反彈回來的電波頻率是不會(huì)發(fā)生改變的，然而，若物體是朝著無線電發(fā)射的方向前進(jìn)，此時(shí)所反彈回來的電波會(huì)被壓縮，因此該電波的頻率也會(huì)隨之增加。反之，若遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率較波源的實(shí)際頻率降低。頻率升高或者降低的數(shù)值為多普勒頻率，多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)推理如下: 設(shè)某一波源的頻率為f，波長(zhǎng)為入，它們與波的傳播速度的關(guān)系為: f ? v?
收
（1.1）
若波源以速度W向靜止的接物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收到的頻率為: f"?v?"?vf
v?w
(1.2) 若波源以速度W背向靜止的接收物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收到的頻率為: vvf“??f?”v?w到的頻率為:
(1.3) 同理，當(dāng)波源不動(dòng)時(shí)，若物體以速度W向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收f"?v?"?v?wf v
(1.4) 當(dāng)波源不動(dòng)時(shí)，若物體以速度W背向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收到的頻率為：
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
vv?wf“??f ?”v
(1.5) 由上述的數(shù)學(xué)分析可知，若波源與接收物體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的頻率就不同與發(fā)射的頻率。即兩者之間的距離縮短（相向運(yùn)動(dòng)）時(shí)，接收頻率高于發(fā)射頻率；兩者之間的距離增大時(shí)（反向運(yùn)動(dòng)），接收頻率低于發(fā)射頻率。這種由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的頻率變化，稱為“多普勒效應(yīng)”。
二、多普勒測(cè)速原理
假若有一個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，利用多普勒效應(yīng)，在天線場(chǎng)的有效范圍內(nèi)，如圖2.1所示:
圖2.1多普勒運(yùn)動(dòng)信號(hào)模型
天線1發(fā)射電磁波到運(yùn)動(dòng)物體上，發(fā)射頻率為f0，速度為光速C，運(yùn)動(dòng)物體的速度為V，則運(yùn)動(dòng)物體實(shí)際接收到的頻率為: f1?c?vf0 v
（2.1）
同理，由多普勒效應(yīng)知，電磁波從運(yùn)動(dòng)物體反射回來，天線2所接收到的頻率為: f2?vf1
c?v
（2.2）
所以，天線2接收到的頻率與發(fā)射頻率之間的關(guān)系如下:
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
f2?vc?vc?vf0?f0
c?vvc?v
（2.3）
式(2.3)說明:由發(fā)射天線1發(fā)射的頻率為fo的電磁波，相對(duì)天線以徑向速度V作離向動(dòng)，由于多普勒效應(yīng)，接收天線2接收到的電磁波的頻率將是發(fā)生兩次多普勒效應(yīng)后的頻率，即變?yōu)閒 2。將相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差頻稱為多普勒頻率，用fa表示，則: fd?f0?f2?2v??2vf0
c
（2.4）
由式（(2.4）分析得知，多普勒頻率與相對(duì)天線的徑向速度成正比，只要能測(cè)出fd就可以求出V，這就是多普勒測(cè)速雷達(dá)測(cè)速的基本原理。
根據(jù)前面的分析與推導(dǎo)，可以對(duì)多普勒頻率作出這樣的定義: 2vrfd?f0 （2.5） c式中:fd：多普勒頻率
Vr：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度 C：光速 f0：發(fā)射波頻率 由式(2.5)我們可以得到: 2vrvr?f0 c
（2.6）
從式(2.6)可以看到其它變量都是己知的，只要我們測(cè)出fd了，就可以計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的速度。下面來分析當(dāng)雷達(dá)與目標(biāo)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，雷達(dá)接收信號(hào)的特
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征。在這里我們?cè)O(shè)目標(biāo)為理想“點(diǎn)”目標(biāo)，即目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)小于雷達(dá)分辨單元。
三、多普勒雷達(dá)簡(jiǎn)介
脈沖多普勒雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展是雷達(dá)理論與技術(shù)的發(fā)展，特別是新型電子器件和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。目標(biāo)環(huán)境變化，以及下視，下射，反低空突防任務(wù)的迫切需要，以及為了獲得優(yōu)良的抑制嚴(yán)重的雜波干擾的性能，對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)源的穩(wěn)定度，寄生調(diào)制提出了極高的要求，對(duì)其天線旁瓣電平提出甚嚴(yán)的限制，同時(shí)還要求具有高速運(yùn)算能力和大存儲(chǔ)空間的處理機(jī)。一部實(shí)際的脈沖多普勒雷達(dá)幾乎包含了現(xiàn)代雷達(dá)的主要波形、測(cè)角體制和先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，采用了各種現(xiàn)代優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想。因此，研制脈沖多普勒雷達(dá)是一個(gè)較為艱巨的工作。那么為了更好且更經(jīng)濟(jì)地研究其技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能和抗干擾性能，采用計(jì)算機(jī)仿真方式進(jìn)行研究是最為合理地，因此，對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)的計(jì)算機(jī)仿真成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。
關(guān)于PD雷達(dá)的精確定義，1970年M.I.斯科爾尼克曾以三點(diǎn)特征進(jìn)行描述： 1)具有足夠高的脈沖重復(fù)頻率(PRF)，以致不論雜波或所觀測(cè)的目標(biāo)都沒有速度模糊； 2)能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖串頻譜單根譜線的多普勒濾波，即頻域?yàn)V波； 3)由于PRF很高，通常對(duì)所觀測(cè)的目標(biāo)產(chǎn)生距離模糊。
上述定義僅適用于高PRF的PD雷達(dá)，隨著PD雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)PD雷達(dá)的定義有所延伸。一些PD雷達(dá)的設(shè)計(jì)允許工作在低、中高頻上來滿足不同的需要。目前關(guān)于PD雷達(dá)的定義為:能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)脈沖串頻譜的單根譜線濾波，具有對(duì)目標(biāo)進(jìn)行速度分辨力的雷達(dá)稱為PD雷達(dá)。
根據(jù)PD雷達(dá)的系統(tǒng)重復(fù)頻率不同，可以對(duì)其進(jìn)行分類，令雷達(dá)與目標(biāo)的距離為RT，雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)速度為從，最大不模糊距離為R man，最大不模糊速度為Vmah，
則可將PD雷達(dá)分為高、中、低PRF三類脈沖雷達(dá):
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
圖3.1 脈沖多普勒雷達(dá)分類
可以看到，低PRF雷達(dá)無距離模糊，有速度模糊；中PFR既有距離模糊，也有速度模糊，高PRF無速度模糊，但有距離模糊。對(duì)于PD雷達(dá)，選擇合適的PRF是一個(gè)十分重要的問題，需要考慮實(shí)際的應(yīng)用和設(shè)備的復(fù)雜性。
PD雷達(dá)采用相參技術(shù)從相參到非相參，這是雷達(dá)技術(shù)的飛躍。相參，是從光學(xué)領(lǐng)域引申而來的術(shù)語，在雷達(dá)中的含義是指目標(biāo)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間應(yīng)保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，并用以提取目標(biāo)的有關(guān)信息。早期的普通脈沖雷達(dá)都是非相參結(jié)構(gòu)，它們只是利用發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差提取目標(biāo)的距離信息，當(dāng)與目標(biāo)相等距離上，存在著大量的干擾物體的反射波（地物和海浪雜波，云雨氣象雜波以及投放物金屬箔條雜波等）時(shí)，微弱的目標(biāo)回波淹沒在其中，而使雷達(dá)失效。非相參的普通脈沖體制的雷達(dá)，無論架設(shè)在地面，艦船或是飛機(jī)上都無法對(duì)付這些來自低空的襲擊。在光學(xué)中早己為人們所熟知的相參概念，此刻卻為雷達(dá)技術(shù)帶來了生機(jī)。當(dāng)用時(shí)間差無法區(qū)別目標(biāo)與背景干擾時(shí)，速度差卻很容易把它們區(qū)別開來。
對(duì)于地面假設(shè)的雷達(dá)，與周圍地物不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此從這些地物來的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率與反射信號(hào)的頻率相同；而從運(yùn)動(dòng)目標(biāo)來的回波信號(hào)頻率，則有別于發(fā)射信號(hào)，而且這種差別額大小正比于目標(biāo)的速度。對(duì)于機(jī)載雷達(dá)，地物背景與雷達(dá)雖然存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和方向是可知的，并有別于機(jī)載雷達(dá)和空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)速度。以雷達(dá)載機(jī)同運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和地物的速度差為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的技術(shù)途徑是可行的。但是要具體實(shí)現(xiàn)這種發(fā)射信號(hào)和
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回波信號(hào)的有效相參并不十分容易。它要求發(fā)射信號(hào)具有很高的穩(wěn)定性，否則微小的回波頻率變化是無法察覺的。主振放大式發(fā)射機(jī)就是目前廣泛用來獲得高功率、高穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)的主要設(shè)備，盡管其成本高，構(gòu)造復(fù)雜，但這是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)全相參所必須的。雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了全相參，它的性能和應(yīng)用領(lǐng)域可能大為擴(kuò)展。
四、多普勒雷達(dá)工作原理
由于目標(biāo)和干擾物相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度不同，回波信號(hào)也有不同的多普勒頻率，可用頻域?yàn)V波的方法選出目標(biāo)的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分離和檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，一方面PD雷達(dá)的發(fā)射脈沖信號(hào)必須有穩(wěn)定的相參性能，通常采用主振放大式發(fā)射機(jī)，另一方面在接收機(jī)的信號(hào)處理中，把每一脈沖重復(fù)周期分成若干個(gè)距離門，再用多普勒頻率范圍內(nèi)的窄帶濾波器組對(duì)信號(hào)和雜波進(jìn)行過濾。下面先扼要講述PD雷達(dá)信號(hào)工作的基本原理，其中信號(hào)處理模塊、幾種典型的干擾，數(shù)據(jù)處理模塊中的解模糊算法，濾波算法是本論文重點(diǎn)講述的內(nèi)容，典型PD雷達(dá)原理方框圖4.1為例:圖中只畫出了一個(gè)接收通道。為了連續(xù)跟蹤一個(gè)目標(biāo)，還包括速度跟蹤、距離和角度跟蹤設(shè)施。PD雷達(dá)可以把位于特定距離上，具有特定多普勒頻移的目標(biāo)回波檢測(cè)出來，把其它的雜波和干擾濾除。
主振放大式相參發(fā)射機(jī):這種發(fā)射機(jī)信號(hào)質(zhì)量高，可以滿足PD雷達(dá)對(duì)發(fā)射信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和頻譜純度的要求。影響PD雷達(dá)性能的主要因素是信號(hào)的短期不穩(wěn)定性，PD雷達(dá)的頻率穩(wěn)定度要達(dá)到很高的程度才能達(dá)到相參測(cè)速的要求。 距離門電路完成距離選通，雷達(dá)可以有多個(gè)距離通道。
單邊帶濾波器是一個(gè)帶寬近似等于脈沖重復(fù)頻率的帶通濾波器，主要作用是從回波頻譜中只濾出一根譜線和它所對(duì)應(yīng)的多普勒頻移分量，使后面的各種濾波處理在單根譜線上進(jìn)行，通常單邊帶濾波設(shè)置在中頻，選取回波頻譜的中心譜線。
主雜波抑制電路對(duì)干擾很強(qiáng)的主瓣雜波進(jìn)行抑制；機(jī)載PD雷達(dá)的高度雜波是由地面的垂直反射所形成的雜波，通常可以采用單獨(dú)的固定頻率抑制濾波器（零頻率濾波器）來濾除它。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
信號(hào)處理機(jī):PD雷同常規(guī)脈沖雷達(dá)的主要區(qū)別在于PD雷達(dá)利用了目標(biāo)回波中攜帶的多普勒信息，在頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和雜波的分離，從而可以從很強(qiáng)的地物雜波背景中檢測(cè)出動(dòng)目標(biāo)，并對(duì)其精確測(cè)速。簡(jiǎn)而言之，PD雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)的核心。就是一個(gè)窄帶濾波器組，它濾除了各種干擾及雜波，保留了所需的目標(biāo)信號(hào)。由于雷達(dá)從天線到視頻的全部過程都是線性的，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信息在接收機(jī)中無畸變地保存到視頻級(jí)，因此多普勒濾波器可以在視頻（零中頻）實(shí)現(xiàn)。由于視頻濾波比中頻濾波易于實(shí)現(xiàn)，數(shù)字處理在視頻進(jìn)行量化也比在中頻容易，所以多普勒濾波將變得更加簡(jiǎn)單可靠。這是因?yàn)椋瑪?shù)字式濾波器具有高可靠性、抗干擾性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，精度也好。基本的數(shù)字濾波器的原理是利用快速傅立葉變換求取信號(hào)頻譜，從而為下一步的處理提供回波信號(hào)的頻譜分布信息。
數(shù)據(jù)處理機(jī):數(shù)據(jù)處理機(jī)的主要功能，一個(gè)是對(duì)工作方式、掃描圖形的產(chǎn)生、脈沖重復(fù)頻率的選擇、雜波頻潛的預(yù)測(cè)進(jìn)行控制；另一個(gè)功能是對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)和濾波、距離跟蹤、角度跟蹤、雷達(dá)罩和天線角度誤差修正進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；再一個(gè)功能是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能監(jiān)視和機(jī)內(nèi)自檢。
PD雷達(dá)必須采取恒虛警率（(CFAR）處理技術(shù)以便防止干擾增大時(shí)虛警概率過高，努力使得當(dāng)噪聲、雜波和干擾功率或其他參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，輸出端的虛警概率保持恒定；速度、距離和角度跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效跟蹤。
PD雷達(dá)系統(tǒng)中的很多理論己經(jīng)是比較成熟的理論，在本文中主要進(jìn)行雷達(dá)回波信號(hào)、信號(hào)處理中相關(guān)算法、數(shù)據(jù)處理相關(guān)算法、及PD雷達(dá)幾種主要干擾技術(shù)的建模仿真，本文主要做PD雷達(dá)測(cè)距、測(cè)速的研究。
多普勒雷達(dá)工作原理框圖如圖4.1:
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
圖4.1 典型脈沖多普勒雷達(dá)工作原理框圖
五、PD雷達(dá)信號(hào)處理仿真
PD雷達(dá)信號(hào)處理模塊的主要框圖:
圖5,1 雷達(dá)信號(hào)處理框圖
信號(hào)處理器主要是用來監(jiān)測(cè)目標(biāo)并利用一定的方法來抑制各種雜波和人為干擾所產(chǎn)生的不希望有的信號(hào)，處理后的視頻輸出信號(hào)再與某個(gè)門限比較。若信號(hào)超過監(jiān)測(cè)門限，便判斷為“發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”，然后把目標(biāo)信號(hào)輸送下一級(jí)處理器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便測(cè)量出目標(biāo)的距離，角度，徑向速度和其它一些目標(biāo)特性。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
下面對(duì)于其主要模塊進(jìn)行仿真。
5.1、正交雙通道處理
為將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，采用低通濾波法進(jìn)行相干檢波，低通濾波法是一種完全仿照傳統(tǒng)的模擬正交采樣的實(shí)現(xiàn)方法，只是將頻移放在了A/D變換之后。這樣混頻和濾波都是由數(shù)字系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其原理框圖如圖5.2所示。
圖5.2 正交雙通道處理框圖
首先將中頻輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字混頻，這樣就將正頻譜的中心移到了零頻，時(shí)域信號(hào)也應(yīng)的分解為實(shí)部和虛部，再讓混頻后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，濾除高頻分量，即可得到所需的基帶正交雙路信號(hào)。
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圖5.3 對(duì)信號(hào)濾波處理后
5.2、脈沖壓縮
匹配濾波器是以輸出最大信噪比為準(zhǔn)則的最佳線性濾波器。當(dāng)濾波器的頻率響應(yīng)H(f)為信號(hào)頻譜S(f)的復(fù)共扼時(shí)，稱之為信號(hào)的匹配濾波。根據(jù)匹配濾波器理論，在白噪聲背景下，濾波器輸出端信號(hào)噪聲功率比的最大峰值為2ElNo，即當(dāng)噪聲功率譜密度給定后，決定雷達(dá)檢測(cè)能力的是信號(hào)能量E。使用簡(jiǎn)單矩形脈沖信號(hào)，可以用增大脈沖寬度了來提高信號(hào)能量，但是這樣使得距離分辨力降低。因此，提高雷達(dá)的探測(cè)能力和保證必需的距離分辨力這對(duì)矛盾很難解決，有必要去尋找和采用較為復(fù)雜的信號(hào)形式。
匹配濾波器輸出信號(hào)是波形的自相關(guān)函數(shù)，它是信號(hào)功率譜的傅里葉反變換。由于脈寬和頻譜寬度之間成反比關(guān)系，因此B越大，距離分辨力越好，距離分辨力取決于所用信號(hào)的帶寬B。對(duì)于簡(jiǎn)單矩形脈沖，信號(hào)帶寬B與其脈沖寬度:滿足Bt約等于1的關(guān)系，因此用寬脈沖時(shí)必然降低其距離分辨力。如果在寬脈沖內(nèi)采用附加的幅度或相位調(diào)制，以增加信號(hào)帶寬B，那么當(dāng)接收時(shí)用匹配濾波器進(jìn)行處理，可將長(zhǎng)脈沖壓縮到1/B寬度，這樣既可使雷達(dá)用長(zhǎng)的脈沖去獲得大的能量，同時(shí)又可以得到短脈沖所具備的距離分辨力。這種信號(hào)稱為脈沖壓縮信號(hào)或大時(shí)寬帶寬信號(hào)，這種方法稱為脈沖壓縮。因?yàn)槊}沖內(nèi)有附加調(diào)制，其脈寬:和帶寬B的乘積大于1，壓縮比 ，一般采用BT約等于1.
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幅度調(diào)制會(huì)降低發(fā)射信號(hào)的平均功率，不能最大程度地利用發(fā)射管的效能，使雷達(dá)威力下降。相位調(diào)制是常用的寬帶信號(hào)產(chǎn)生方法，常用的相位調(diào)制信號(hào)有線性調(diào)頻信號(hào)和二相編碼信號(hào)，下面具體分析對(duì)這兩種信號(hào)的脈沖壓縮。脈沖壓縮濾波器是雷達(dá)視頻信號(hào)的匹配濾波器，是在時(shí)間軸上進(jìn)行的，可以針對(duì)一個(gè)脈沖重復(fù)周期或整個(gè)脈沖壓縮處理。
匹配濾波器的實(shí)現(xiàn)是脈沖壓縮處理的核心部分，主要分別可以通過時(shí)域卷積或頻域相乘實(shí)現(xiàn)。所謂匹配濾波器就是這樣一種最佳線形濾波器，在輸入為確知信號(hào)加白噪聲的情況下，所得輸出信噪比達(dá)到最大。匹配濾波器的沖激響應(yīng)函數(shù)為:
要實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈沖壓縮，需先對(duì)模擬的線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行A/D變換，經(jīng)過采樣量化后的信號(hào)簡(jiǎn)記為s(n) 。
頻域處理公式為y（n)=IFFT(S（ f）H（ f ））=IFFT（FFT(s(n)）FFT（h(n)）)。通常情況下，基于FFT算法特有的高速性，頻域?qū)崿F(xiàn)比直接時(shí)域卷積運(yùn)算要快。用快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)的脈沖壓縮頻域處理過程如圖5.4。
圖5.4 脈沖壓縮頻域處理
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圖5.5 脈沖壓縮頻域處理
5.3、線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮
線性調(diào)頻信號(hào)的數(shù)字脈沖壓縮處理可在時(shí)域，也可在頻域進(jìn)行。由于高速A/D變換器、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及FFT的應(yīng)用，使寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)處理成為可能，采用DSP處理的頻域數(shù)字脈沖壓縮具有處理速度高、工作穩(wěn)定、重復(fù)性好、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。所以，在仿真中對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)在頻域進(jìn)行壓縮。
線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮后的旁瓣較高，最大旁瓣為13.2dB，一般不能滿足系統(tǒng)要求，常采取窗函數(shù)抑制旁瓣，可根據(jù)對(duì)旁瓣和主瓣寬度的要求選擇窗函數(shù)，其中海明窗較為常用。加窗處理同樣可在時(shí)域進(jìn)行也可在頻域進(jìn)行，對(duì)于時(shí)寬帶寬積較大的信號(hào)時(shí)域和頻域加窗效果接近，但時(shí)寬帶寬積較小的信號(hào)時(shí)域加窗的效果優(yōu)于頻域加窗，所以仿真中采用時(shí)域加窗頻域壓縮的方法。圖5.6為線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮處理的流程框圖。
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圖5.6 線性調(diào)頻信號(hào)脈壓處理框圖
由于線性信號(hào)存在距離速度禍合，當(dāng)目標(biāo)回波中存在多普勒頻率時(shí)，經(jīng)脈沖壓縮后會(huì)產(chǎn)生距離誤差。多普勒頻率大于零時(shí)脈沖壓縮后的主瓣向左偏移，即距離變小，多普勒頻率小于零時(shí)脈沖壓縮后的主瓣向右偏移，即距離變大。在精密跟蹤雷達(dá)中需進(jìn)行誤差補(bǔ)償，用于補(bǔ)償由于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)引起的測(cè)距誤差。
誤差補(bǔ)償模型僅適用于單目標(biāo)環(huán)境，而且僅是在雷達(dá)工作在跟蹤狀態(tài)時(shí)才做誤差補(bǔ)償，雷達(dá)工作在搜索狀態(tài)時(shí)不做誤差補(bǔ)償處理。
圖5.7 線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮處理結(jié)果
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5.4、巴克碼信號(hào)的脈沖壓縮
巴克碼脈沖壓縮器采用和線性調(diào)頻脈沖壓縮相同的方法，時(shí)域加窗頻域壓縮。當(dāng)不存在多普勒失諧時(shí)，巴克碼經(jīng)過相關(guān)處理后輸出的主瓣高度等于碼長(zhǎng)N，旁瓣高度為1，即主副瓣比為N。當(dāng)采用最大長(zhǎng)度13時(shí)，主副瓣比約為22.3dB需要抑制旁瓣以提高目標(biāo)檢測(cè)能力。如果回波信號(hào)有多普勒頻移，主瓣幅度下降，旁瓣幅度上升，應(yīng)設(shè)法克服由多普勒失諧帶來的影響。
圖5.8 巴克碼處理過的信號(hào)
5.5、恒虛警處理
PD雷達(dá)用于機(jī)載下視或類似的條件下，由不同的地物回波所形成的雜波的強(qiáng)度和分布情況極為復(fù)雜。為了在復(fù)雜的雜波環(huán)境中檢測(cè)出所關(guān)心的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波，要求PD雷達(dá)必須采用某種恒虛警率（(Const False Alarm Rate, CFAR）處理技術(shù)，以便在雜波環(huán)境變化時(shí)，防止雷達(dá)的虛警概率發(fā)生太大的變化，同時(shí)保證一定的檢測(cè)概率。同常規(guī)脈沖雷達(dá)不同，PD雷達(dá)一般是在經(jīng)過多普勒濾波后在
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頻域進(jìn)行檢測(cè)，因此PD雷達(dá)所采用的CFAR處理方式也有所不同。
參量法CFAR處理是基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的參數(shù)估計(jì)理論，它的前提是要知道雜波幅度分布的類型，未知的只是分布函數(shù)中的參數(shù)。對(duì)于不同的雜波分布類型，實(shí)現(xiàn)CFAR處理的方法也不同，但他們的基本思想是一樣的，即在假設(shè)檢測(cè)單元附近各背景單元的雜波輸出為獨(dú)立同分布的前提下，通過處理各背景單元的輸出而對(duì)雜波分布中的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，然后構(gòu)造一個(gè)分布不依賴雜波強(qiáng)度的新的統(tǒng)計(jì)量去與門限比較，從而達(dá)到CFAR的目的。
圖5.9 恒虛警處理結(jié)果
雷達(dá)雜波可以看作是來自大量獨(dú)立反射體的回波信號(hào)的總和。這些回波信號(hào)的幅度和相位都是隨機(jī)的，因此合成后雜波的幅度是一個(gè)隨機(jī)變量，其統(tǒng)計(jì)特性隨雜波環(huán)境的不同而變化。若粗糙地面的散射單元是均勻的，則根據(jù)中心極限定理，合成后的雜波近似服從高斯分布，經(jīng)過包絡(luò)檢波后，雜波包絡(luò)幅度服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)為
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?**2exp[?]x?0?
2f(x)???22??0,其他? （5.1）
瑞利分布是描述雷達(dá)雜波時(shí)適用范圍最廣的一種分布。對(duì)于工作在無雜波區(qū)的高重復(fù)頻率的PD雷達(dá)而言，由于接收機(jī)噪聲一般服從高斯分布，所以噪聲包絡(luò)幅度也可以用瑞利分布來描述。下面針對(duì)瑞利分布雜波介紹CFAR技術(shù)。 5.5.1、單元平均恒虛警處理(CA-CFAR) 瑞利分布雜波幅度的數(shù)字特征為
E(x)??2?，E(x2)?2?2
（5.2）
其中E(X)為均值，E(Xz)表示雜波的功率。當(dāng)方差變化時(shí)，X的概率密度函數(shù)也將隨之變化，對(duì)于給定的門限UT，相應(yīng)的虛警概率
pfa???xJT?2x2VTexp[?]d?exp[?]x2
2（5.3）
2?2?2也發(fā)生變化。若定義一個(gè)新的隨機(jī)變量Y，令
Y?X?
（5.4）
則容易求得Y的概率密度函數(shù)為
fY(y)?yexp（?y22），y?0
（5.5）
CA-CFAR檢測(cè)在雜波邊緣中要引起虛警率的上升，而在多目標(biāo)環(huán)境中將導(dǎo)致檢測(cè)性能下降，這些不足促進(jìn)了對(duì)其它CFAR方案的尋求。新的CFAR方案應(yīng)該能夠區(qū)分干擾和主目標(biāo)，平均選大GO(Greatest o介CFAR是一種滿足上述要求的修正方案。
5.5.2、平均選大恒虛警處理(GO-CFAR)
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平均選大在雜波邊緣環(huán)境中能保持較好的控制虛警性能。圖5.10是單元平均選大CFAR.模型，通過兩側(cè)L/2個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)平均值估計(jì)雜波功率，用雜波功率對(duì)所檢測(cè)的距離單元數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化并乘以門限乘子后作為檢測(cè)門限，與檢測(cè)門限比較，超過門限判斷為有目標(biāo)，低于門限判斷為無目標(biāo)。
圖5.10 GO-CFAR實(shí)現(xiàn)框圖
呈現(xiàn)在脈沖多普勒接收機(jī)輸出端的雜波分布特征是各種雜波的混合，在距離一多普勒?qǐng)D的范圍內(nèi)這個(gè)混合雜波的變化可能很大，并且強(qiáng)點(diǎn)狀雜亂回波的位置也是隨機(jī)的。因此，必須對(duì)鄰近測(cè)試單元的多個(gè)單元組成的當(dāng)?shù)貐⒖即翱谶M(jìn)行檢查，用這種方法來估計(jì)測(cè)試單元干擾功率。根據(jù)PD雷達(dá)工作頻率的不同，在距離一多普勒?qǐng)D中設(shè)置參考窗口的方式也不同。對(duì)于低重復(fù)頻率，需要在距離維中設(shè)置參考窗口:對(duì)于高重復(fù)頻率，需要在多普勒頻率維設(shè)置窗口；然而對(duì)于中重復(fù)頻率的雷達(dá)，則需要設(shè)置兩維窗口。
以上分析的是在瑞利雜波情況下的恒虛警處理過程和相關(guān)電路。雷達(dá)在實(shí)際工作環(huán)境中所接收的雜波可能并不是瑞利分布，那么通過上面處理步驟得到的恒虛警效果可能不明顯。某種具體的恒虛警電路一般只適用于對(duì)應(yīng)的特定雜波情況，對(duì)于不同的雜波，應(yīng)該對(duì)恒虛警處理電路做必要的調(diào)整才能滿足要求。總的原則是根據(jù)雜波的具體模型，通過參數(shù)估計(jì)和適當(dāng)?shù)淖儞Q構(gòu)造出新的隨機(jī)變量，使它的概率密度函數(shù)與輸入雜波強(qiáng)度無關(guān)。
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5.6、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)模型
由于MTI的雜波抑制能力有限，為了彌補(bǔ)MTI的缺陷，為此在MTI后串接一窄帶濾波器組覆蓋整個(gè)頻率的范圍。當(dāng)不同的目標(biāo)有不同的速度時(shí)，應(yīng)的不同多普勒頻率對(duì)應(yīng)不同的窄帶濾波器輸出，因此可以利用MTD測(cè)出多普勒頻移，確定目標(biāo)的速度，這樣，濾波器組實(shí)現(xiàn)了速度分辨和精確測(cè)量的作用。具有N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器（N個(gè)重復(fù)周期和N-1根延遲線），經(jīng)過各重復(fù)周期的不同加權(quán)并求和后，即可實(shí)現(xiàn)上面所述的窄帶濾波器組。其原理結(jié)構(gòu)框圖如5.11。
圖5.11 MTD橫向?yàn)V波器結(jié)構(gòu)
當(dāng)滿足采樣定理的條件時(shí)，一個(gè)時(shí)間函數(shù)的取樣序列經(jīng)過DFT處理之后，輸出為該信號(hào)的頻譜取樣。我們可以將每根譜線看成一個(gè)窄帶濾波器的輸出，這就是DFT的濾波特性。因而利用DFT的濾波特性可以形成窄帶多普勒濾波器組，其振幅特性可以表示為|fg|。
|Hk(f)|?|sin[?N(fTr?KN)]|，K?0,1,2.。.，N?1 （5.6）
sin[?(fTr?KN)]
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圖5.12即N=8, fr =lOKHz時(shí)DFT等效橫向?yàn)V波器振幅特性。
圖5.12 DFT等效橫向?yàn)V波器的幅頻響應(yīng)
現(xiàn)在用來產(chǎn)生數(shù)字濾波器組的最普遍的方法是FFTo FFT是離散傅立葉變換的快速算法，通常采用每個(gè)脈沖同一個(gè)距離單元的一組數(shù)據(jù)FFT來實(shí)現(xiàn)濾波器組。
其實(shí)使用數(shù)字方法計(jì)算離散信號(hào)的頻譜，每個(gè)固定頻率分量的輸出就相當(dāng)于中心頻率在此固定頻率的窄帶濾波器輸出。
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圖5.13 MTD求模處理結(jié)果
六、總結(jié)與展望
本文簡(jiǎn)單的對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)做了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)系統(tǒng)中的信號(hào)處理部分，有源干擾及數(shù)據(jù)處理中的典型算法進(jìn)行建模仿真的探索，脈沖多普勒雷達(dá)系統(tǒng)仿真是一個(gè)內(nèi)容復(fù)雜、涉及廣泛的研究課題，采用的仿真軟件不同，仿真方法不同，實(shí)現(xiàn)的仿真系統(tǒng)的功能、復(fù)雜程度也會(huì)有所不同。本文采用功能強(qiáng)大的計(jì)算仿真軟件MATLAB對(duì)其進(jìn)行仿真，主要目的在于使仿真模塊的程序易讀易懂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠基本反映出該體制雷達(dá)主要處理過程的工作原理。
對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)仿真是一個(gè)非常有價(jià)值的研究領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷提高，仿真領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。由于本人學(xué)識(shí)有限，時(shí)間有限，本文還存在很多的缺點(diǎn)不足，例如，本文僅嘗試對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理部分及部分干擾的建模，系統(tǒng)的跟蹤模塊未能完善，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理只涉及到算法的研究，并未將其與前面的信號(hào)處理組合到一個(gè)完整的系統(tǒng)，希望本文些許的分析可以對(duì)以后的學(xué)友提供一些幫助，更希望以后的研究能在此基礎(chǔ)上不斷完善，如果能夠結(jié)合到實(shí)際系統(tǒng)中，那么其仿真系統(tǒng)的意義將更加深廣。
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本人水平有限，論文中錯(cuò)誤及不當(dāng)之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 參考文獻(xiàn)
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連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理篇2
調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)/微波物位計(jì)的工作原理
FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的詞頭的縮寫。FMCW 技術(shù)是在雷達(dá)物位測(cè)量設(shè)備中最早使用的技術(shù)。
FMCW微波物位計(jì)采用線性的調(diào)制的高頻信號(hào)，一般都是采用10GHz或24GHz微波信號(hào)。它是一種基于復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的間接測(cè)量方法，由頻譜計(jì)算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號(hào)并進(jìn)行掃描，同時(shí)接收返回信號(hào)。發(fā)射微波信號(hào)和返回的微波信號(hào)之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。
如果我們認(rèn)為被線性調(diào)制的發(fā)射微波信號(hào)的斜率為K,發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)的頻率為rf,滯后時(shí)間差為rt,發(fā)射天線到介質(zhì)表面的距離為R，C為光速。
那么我們可以得到：rt = 2R/C
由于采用的是調(diào)頻的微波信號(hào)，因此我們可得：rf = K×rt； 兩式合并后，我們得到公式： R = C× rf/2K （公式2）
根據(jù)公式2，我們可以看到，天線到介質(zhì)表面的距離R與發(fā)射頻率和反射頻率差rf成正比關(guān)系。
信號(hào)處理部分將發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)進(jìn)行混合處理，得到混合信號(hào)頻譜，并通過獨(dú)立的快速傅立葉（FFT）變化來區(qū)分不同的頻率信號(hào)，最后得到準(zhǔn)確地?cái)?shù)字回波信號(hào)，計(jì)算出天線到介質(zhì)表面的距離。
實(shí)際上，F(xiàn)MCW信號(hào)是在兩個(gè)不同的頻率之間循環(huán)。目前市場(chǎng)上的FMCW微波物位計(jì)主要以兩種頻率為主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。
采用FMCW原理的微波物位計(jì)都具有連續(xù)自校準(zhǔn)的處理功能。被處理的信號(hào)與 一個(gè)表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號(hào)進(jìn)行比較。任何差值會(huì)自動(dòng)得 到補(bǔ)償，這樣消除了由溫度波動(dòng)或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測(cè)量漂移。
2.2、脈沖
脈沖雷達(dá)物位計(jì)，與超聲波技術(shù)相似，使用時(shí)差原理計(jì)算到介質(zhì)表面的距離。 設(shè)備傳輸固定頻率的脈沖，然后接收并建立回波圖形。信號(hào)的傳播時(shí)間 直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達(dá)使用的是電磁波。它利用好幾萬個(gè)脈沖來 “掃描”容器并得到完整的回波圖。
通常，采用脈沖方式的微波物位計(jì)的精度和可靠性都不如FMCW微波位計(jì)，但是脈沖物位計(jì)因?yàn)閮r(jià)格較FMCW低很多，因此是目前市場(chǎng)應(yīng)用得最多的微波物位計(jì)。當(dāng)然，很多生產(chǎn)廠商通過增強(qiáng)回波處理功能等方式大大提高了脈沖雷達(dá)的可靠性。
2.3、導(dǎo)波雷達(dá)
也被稱作時(shí)域反射式雷達(dá)，即TDR。導(dǎo)波雷達(dá)是非接觸式雷達(dá)和導(dǎo)波天線相結(jié)合的產(chǎn)物。它將微波信號(hào)發(fā)射到導(dǎo)波桿或纜上，使微波能量集中在導(dǎo)波桿或纜周圍而不會(huì)“擴(kuò)散”。它一般都是采用脈沖波，但也有采用連續(xù)波的。 這種工作原理的測(cè)量方式使它具有了能夠測(cè)量較低的介電常數(shù)的介質(zhì)、能夠有效的避開容器內(nèi)干擾物的影響、不受水蒸汽的影響、可以用于測(cè)量固體等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它像所有的接觸式物位測(cè)量設(shè)備一樣，具有易粘附、易磨損，甚至造成斷纜、受粉塵影響較大的缺點(diǎn)。
2.4、技術(shù)評(píng)論
我曾經(jīng)在用戶處，聽說一種說法，采用脈沖技術(shù)比連續(xù)調(diào)頻原理的雷達(dá)要好得多。我覺得這種說法是不科學(xué)。固然，F(xiàn)MCW技術(shù)的雷達(dá)存在著：成本相對(duì)較高，功耗較大等缺陷，但是它的工作方式保證了它的可靠性更優(yōu)，信號(hào)的失真度也會(huì)降到最低。因此在一些工況較復(fù)雜的應(yīng)用，依然能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)來。當(dāng)然，脈沖雷達(dá)技術(shù)經(jīng)過近幾年的大力發(fā)展，也有了巨大的飛躍，克服了很多技術(shù)上的缺陷，可靠性也大大地提高了。
前段時(shí)間我們有家代理商跟我說，有某雷達(dá)供應(yīng)商的銷售跟客戶提到，脈沖雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)安裝多臺(tái)雷達(dá)，而信號(hào)不會(huì)相互影響；而FMCW技術(shù)的雷達(dá)就會(huì)有問題。但是沒有解釋因?yàn)槭裁丛颉Ｎ衣犃酥螅X得很詫異，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)到這種程度了？其實(shí)，安裝在同一個(gè)倉(cāng)上的雷達(dá)信號(hào)相互影響，恰恰是脈沖雷達(dá)的一個(gè)缺點(diǎn)，由于它的工作狀態(tài)是相當(dāng)于通訊里面“單工”方式，因此容易把其他同規(guī)格雷達(dá)發(fā)出的信號(hào)接受到而產(chǎn)生錯(cuò)誤測(cè)量信號(hào)。因此需要通過做“同步”功能的設(shè)置來修正個(gè)問題，而大部分脈沖雷達(dá)都具備這個(gè)功能，就相當(dāng)于將多臺(tái)雷達(dá)的工作狀態(tài)協(xié)調(diào)起來，同時(shí)發(fā)送或同時(shí)接受。而連續(xù)調(diào)頻的雷達(dá)由于采用類似通訊中“全雙工”的工作方式，就不存在這個(gè)問題。 各種不同的技術(shù)，存在就有價(jià)值，否則市場(chǎng)就會(huì)淘汰它。所以，我的看法是，在市場(chǎng)上能生存的各種技術(shù)也好，品牌也好，都有它的價(jià)值，不存在單純意義上的好或者不好，這要看具體用在什么地方，怎么用。最適合的就是最好的。就好比麻將牌，任何一張牌都可能是好牌，也可能是壞牌，就看你怎么打了。
連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理篇3
連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理
一． 設(shè)計(jì)要求
1、當(dāng)測(cè)速精度達(dá)到0.1m/s，根據(jù)芯片指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)三角調(diào)頻波的調(diào)制周期和信號(hào)采樣率；
2、若調(diào)頻信號(hào)帶寬為50MHz，載頻24GHz，三個(gè)目標(biāo)距離分別為300,306,315(m)，速度分別為20,40，-35（m/s)，請(qǐng)用matlab對(duì)算法進(jìn)行仿真。
二． 實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容 1. 多普勒測(cè)速原理
xa(t)A/Dx(n)FFT譜分析P(k)峰值搜索fd
圖2.1 頻域測(cè)速原理
f?dmax?max|fm?fd|?fs/2N
?v???fdmax/2??fs/4N??/4T rmax依據(jù)芯片參數(shù)，發(fā)射頻率為24GHz，由上式可以得出，當(dāng)測(cè)速精度達(dá)到0.1m/s時(shí)，三角調(diào)頻波的調(diào)制周期可以計(jì)算得，T=0.0325s 信號(hào)的采樣率，根據(jù)發(fā)射頻率及采樣定理可設(shè)fs=96GHz。
2．連續(xù)波雷達(dá)測(cè)距基本原理
設(shè)天線發(fā)射的連續(xù)波信號(hào)為：① 則接收的信號(hào)為：②
xTf0(t)?cos(2?f0t??0)R(t)?R0?vrtf0xR(t)?cos[2?f0(t?tr)??0]若目標(biāo)距離與時(shí)間關(guān)系為：③ 則延遲時(shí)間應(yīng)滿足以下關(guān)系:④
將④代入②中得到
f0R2tr?(R0?vrt)c?vr2x(t)?cos{2?f0[t?(R0?vrt)]??0}c?vr2R0?cos[2?(f0?fd0)t?2?f0??0]cfd02vr?f0c 其中根據(jù)上圖可以得到，當(dāng)?shù)玫?t，便可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距，要想得到
?t，就必須測(cè)得fd。
已知三個(gè)目標(biāo)距離分別為300,306,315(m)，速度分別為20,40，-35（m/s)，則可以通過:③
分別計(jì)算出向三個(gè)目標(biāo)發(fā)出去信號(hào)，由目標(biāo)反射回來的信號(hào)相對(duì)發(fā)射信號(hào)的延遲時(shí)間。
R(t)?R0?vrt2④ tr?(R0?vrt)c?vr再根據(jù)調(diào)頻信號(hào)帶寬50MHz和載頻24GHz，就可以得到信號(hào)。
代碼：（還有問題，沒有改好）
function
y=tri_wave(starting_value,ending_value,sub_interval,num_of_cycles)
web–browserhttp://
temp1=starting_value:sub_interval:ending_value; temp2=ending_value:-1*sub_interval:starting_value; temp3=zeros（1,length(temp1)*2-1)； temp3(1,1:length(temp1)）=temp1; temp3（1,length(temp1)+1:length(temp3)）=temp2（1,2:length(temp2)）； temp4=temp3; for i=1:1:num_of_cycles-1 temp4=[temp4 temp3（1,2:length(temp3)）]； end
y=repmat(temp3,1,num_of_cycles)；
y=tri_wave(0,50,2,4)； figure; plot(y)；
50454035302520***0150200250
連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理篇4
連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理
一． 設(shè)計(jì)要求
1、當(dāng)測(cè)速精度達(dá)到0.1m/s，根據(jù)芯片指標(biāo)和設(shè)計(jì)要求請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)三角調(diào)頻波的調(diào)制周期和信號(hào)采樣率；
2、若調(diào)頻信號(hào)帶寬為50MHz，載頻24GHz，三個(gè)目標(biāo)距離分別為300,306,315(m)，速度分別為20,40，-35（m/s)，請(qǐng)用matlab對(duì)算法進(jìn)行仿真。
二． 實(shí)驗(yàn)原理和內(nèi)容 1. 多普勒測(cè)速原理
xa(t)A/Dx(n)FFT譜分析P(k)峰值搜索fd
圖2.1 頻域測(cè)速原理
f?dmax?max|fm?fd|?fs/2N
?v???fdmax/2??fs/4N??/4T rmax依據(jù)芯片參數(shù)，發(fā)射頻率為24GHz，由上式可以得出，當(dāng)測(cè)速精度達(dá)到0.1m/s時(shí)，三角調(diào)頻波的調(diào)制周期可以計(jì)算得，T=0.0325s 信號(hào)的采樣率，根據(jù)發(fā)射頻率及采樣定理可設(shè)fs=96GHz。
2．連續(xù)波雷達(dá)測(cè)距基本原理
設(shè)天線發(fā)射的連續(xù)波信號(hào)為：① 則接收的信號(hào)為：②
xTf0(t)?cos(2?f0t??0)R(t)?R0?vrtf0xR(t)?cos[2?f0(t?tr)??0]若目標(biāo)距離與時(shí)間關(guān)系為：③ 則延遲時(shí)間應(yīng)滿足以下關(guān)系:④
將④代入②中得到
f0R2tr?(R0?vrt)c?vr2x(t)?cos{2?f0[t?(R0?vrt)]??0}c?vr2R0?cos[2?(f0?fd0)t?2?f0??0]cfd02vr?f0c 其中根據(jù)上圖可以得到，當(dāng)?shù)玫?t，便可以實(shí)現(xiàn)測(cè)距，要想得到
?t，就必須測(cè)得fd。
已知三個(gè)目標(biāo)距離分別為300,306,315(m)，速度分別為20,40，-35（m/s)，則可以通過:③
分別計(jì)算出向三個(gè)目標(biāo)發(fā)出去信號(hào)，由目標(biāo)反射回來的信號(hào)相對(duì)發(fā)射信號(hào)的延遲時(shí)間。
R(t)?R0?vrt2④ tr?(R0?vrt)c?vr再根據(jù)調(diào)頻信號(hào)帶寬50MHz和載頻24GHz，就可以得到信號(hào)。
代碼：（還有問題，沒有改好）
function
y=tri_wave(starting_value,ending_value,sub_interval,num_of_cycles)
web–browserhttp://
temp1=starting_value:sub_interval:ending_value; temp2=ending_value:-1*sub_interval:starting_value; temp3=zeros（1,length(temp1)*2-1)； temp3(1,1:length(temp1)）=temp1; temp3（1,length(temp1)+1:length(temp3)）=temp2（1,2:length(temp2)）； temp4=temp3; for i=1:1:num_of_cycles-1 temp4=[temp4 temp3（1,2:length(temp3)）]； end
y=repmat(temp3,1,num_of_cycles)；
y=tri_wave(0,50,2,4)； figure; plot(y)；
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連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理篇5
調(diào)頻連續(xù)波（FMCW）雷達(dá)/微波物位計(jì)的工作原理
FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的詞頭的縮寫。FMCW 技術(shù)是在雷達(dá)物位測(cè)量設(shè)備中最早使用的技術(shù)。
FMCW微波物位計(jì)采用線性的調(diào)制的高頻信號(hào)，一般都是采用10GHz或24GHz微波信號(hào)。它是一種基于復(fù)雜數(shù)學(xué)公式的間接測(cè)量方法，由頻譜計(jì)算出物位距離。天線發(fā)射出被線性調(diào)制的連續(xù)高頻微波信號(hào)并進(jìn)行掃描，同時(shí)接收返回信號(hào)。發(fā)射微波信號(hào)和返回的微波信號(hào)之間的頻率差與到介質(zhì)表面的距離成一定比例關(guān)系。
如果我們認(rèn)為被線性調(diào)制的發(fā)射微波信號(hào)的斜率為K,發(fā)射信號(hào)和反射信號(hào)的頻率為rf,滯后時(shí)間差為rt,發(fā)射天線到介質(zhì)表面的距離為R，C為光速。
那么我們可以得到：rt = 2R/C
由于采用的是調(diào)頻的微波信號(hào)，因此我們可得：rf = K×rt； 兩式合并后，我們得到公式： R = C× rf/2K （公式2）
根據(jù)公式2，我們可以看到，天線到介質(zhì)表面的距離R與發(fā)射頻率和反射頻率差rf成正比關(guān)系。
信號(hào)處理部分將發(fā)射信號(hào)和回波信號(hào)進(jìn)行混合處理，得到混合信號(hào)頻譜，并通過獨(dú)立的快速傅立葉（FFT）變化來區(qū)分不同的頻率信號(hào)，最后得到準(zhǔn)確地?cái)?shù)字回波信號(hào)，計(jì)算出天線到介質(zhì)表面的距離。
實(shí)際上，F(xiàn)MCW信號(hào)是在兩個(gè)不同的頻率之間循環(huán)。目前市場(chǎng)上的FMCW微波物位計(jì)主要以兩種頻率為主：9到10GHz和24.5到25.5GHz。
采用FMCW原理的微波物位計(jì)都具有連續(xù)自校準(zhǔn)的處理功能。被處理的信號(hào)與 一個(gè)表示已知固定距離的內(nèi)部參照信號(hào)進(jìn)行比較。任何差值會(huì)自動(dòng)得 到補(bǔ)償，這樣消除了由溫度波動(dòng)或變送器內(nèi)部電子部件老化引起的可能的測(cè)量漂移。
2.2、脈沖
脈沖雷達(dá)物位計(jì)，與超聲波技術(shù)相似，使用時(shí)差原理計(jì)算到介質(zhì)表面的距離。 設(shè)備傳輸固定頻率的脈沖，然后接收并建立回波圖形。信號(hào)的傳播時(shí)間 直接與到介質(zhì)的距離成一定比例。但是與超聲波使用聲波不同，雷達(dá)使用的是電磁波。它利用好幾萬個(gè)脈沖來 “掃描”容器并得到完整的回波圖。
通常，采用脈沖方式的微波物位計(jì)的精度和可靠性都不如FMCW微波位計(jì)，但是脈沖物位計(jì)因?yàn)閮r(jià)格較FMCW低很多，因此是目前市場(chǎng)應(yīng)用得最多的微波物位計(jì)。當(dāng)然，很多生產(chǎn)廠商通過增強(qiáng)回波處理功能等方式大大提高了脈沖雷達(dá)的可靠性。
2.3、導(dǎo)波雷達(dá)
也被稱作時(shí)域反射式雷達(dá)，即TDR。導(dǎo)波雷達(dá)是非接觸式雷達(dá)和導(dǎo)波天線相結(jié)合的產(chǎn)物。它將微波信號(hào)發(fā)射到導(dǎo)波桿或纜上，使微波能量集中在導(dǎo)波桿或纜周圍而不會(huì)“擴(kuò)散”。它一般都是采用脈沖波，但也有采用連續(xù)波的。 這種工作原理的測(cè)量方式使它具有了能夠測(cè)量較低的介電常數(shù)的介質(zhì)、能夠有效的避開容器內(nèi)干擾物的影響、不受水蒸汽的影響、可以用于測(cè)量固體等優(yōu)點(diǎn)，但同時(shí)它像所有的接觸式物位測(cè)量設(shè)備一樣，具有易粘附、易磨損，甚至造成斷纜、受粉塵影響較大的缺點(diǎn)。
2.4、技術(shù)評(píng)論
我曾經(jīng)在用戶處，聽說一種說法，采用脈沖技術(shù)比連續(xù)調(diào)頻原理的雷達(dá)要好得多。我覺得這種說法是不科學(xué)。固然，F(xiàn)MCW技術(shù)的雷達(dá)存在著：成本相對(duì)較高，功耗較大等缺陷，但是它的工作方式保證了它的可靠性更優(yōu)，信號(hào)的失真度也會(huì)降到最低。因此在一些工況較復(fù)雜的應(yīng)用，依然能體現(xiàn)出它的優(yōu)勢(shì)來。當(dāng)然，脈沖雷達(dá)技術(shù)經(jīng)過近幾年的大力發(fā)展，也有了巨大的飛躍，克服了很多技術(shù)上的缺陷，可靠性也大大地提高了。
前段時(shí)間我們有家代理商跟我說，有某雷達(dá)供應(yīng)商的銷售跟客戶提到，脈沖雷達(dá)可以實(shí)現(xiàn)在同一個(gè)安裝多臺(tái)雷達(dá)，而信號(hào)不會(huì)相互影響；而FMCW技術(shù)的雷達(dá)就會(huì)有問題。但是沒有解釋因?yàn)槭裁丛颉Ｎ衣犃酥螅X得很詫異，市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)已經(jīng)到這種程度了？其實(shí)，安裝在同一個(gè)倉(cāng)上的雷達(dá)信號(hào)相互影響，恰恰是脈沖雷達(dá)的一個(gè)缺點(diǎn)，由于它的工作狀態(tài)是相當(dāng)于通訊里面“單工”方式，因此容易把其他同規(guī)格雷達(dá)發(fā)出的信號(hào)接受到而產(chǎn)生錯(cuò)誤測(cè)量信號(hào)。因此需要通過做“同步”功能的設(shè)置來修正個(gè)問題，而大部分脈沖雷達(dá)都具備這個(gè)功能，就相當(dāng)于將多臺(tái)雷達(dá)的工作狀態(tài)協(xié)調(diào)起來，同時(shí)發(fā)送或同時(shí)接受。而連續(xù)調(diào)頻的雷達(dá)由于采用類似通訊中“全雙工”的工作方式，就不存在這個(gè)問題。 各種不同的技術(shù)，存在就有價(jià)值，否則市場(chǎng)就會(huì)淘汰它。所以，我的看法是，在市場(chǎng)上能生存的各種技術(shù)也好，品牌也好，都有它的價(jià)值，不存在單純意義上的好或者不好，這要看具體用在什么地方，怎么用。最適合的就是最好的。就好比麻將牌，任何一張牌都可能是好牌，也可能是壞牌，就看你怎么打了。
連續(xù)波雷達(dá)測(cè)速測(cè)距原理篇6
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
任務(wù)書
雷達(dá)進(jìn)行PD測(cè)速主要是利用了目標(biāo)回波中攜帶的多普勒信息，在頻域?qū)崿F(xiàn)目標(biāo)和雜波的分離，它可以把位于特定距離上、具有特定多普勒頻移的目標(biāo)回波檢測(cè)出來，而把其他的雜波和干擾濾除。因此要求雷達(dá)必須具備很強(qiáng)的抑制雜波的能力，能在較強(qiáng)的雜波背景中分辨出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波。
如今，不管是在軍用還是民用上，雷達(dá)都在發(fā)揮著它很早重要的作用，與早期雷達(dá)采用距離微分方法測(cè)速相比，基于脈沖多普勒理論的雷達(dá)測(cè)速技術(shù)具有實(shí)時(shí)性好、精度高等優(yōu)點(diǎn)。特別是現(xiàn)代相控陣技術(shù)在雷達(dá)領(lǐng)域的應(yīng)用，實(shí)現(xiàn)了波束的無慣性掃描和工作方式的快速切換，更便于應(yīng)用脈沖多普勒技術(shù)進(jìn)行雷達(dá)測(cè)速。
本篇課程設(shè)計(jì)目的在于介紹脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速的原理，并對(duì)這種技術(shù)進(jìn)行介紹和仿真。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
摘要
脈沖多普勒(PD)雷達(dá)以其卓越的雜波抑制性能受到世人矚目。現(xiàn)代飛行器性能的改進(jìn)和導(dǎo)航手段的加強(qiáng)，使其能在低空和超低空飛行，因此防御低空入侵己成重要問題，由此要求機(jī)載雷達(dá)，包括預(yù)警機(jī)雷達(dá)和機(jī)載火控雷達(dá)具有下視能力，即要求能在強(qiáng) 的地雜波背景中發(fā)現(xiàn)微弱的目標(biāo)信號(hào)，所以現(xiàn)代的預(yù)警機(jī)雷達(dá)和機(jī)載火控雷達(dá)皆采用PD體制。脈沖多普勒雷達(dá)包含了連續(xù)波雷達(dá)和脈沖雷達(dá)兩方面的優(yōu)點(diǎn)，它具有較高的速度分辨能力，從而可以更有效地解決抑制極強(qiáng)的地雜波干擾問題；此外，脈沖多普勒雷達(dá)能夠同時(shí)敏感地測(cè)定距離和速度信息；能夠利用多普勒處理技術(shù)實(shí)現(xiàn)高分辨率的合成孔徑圖像；而且亦具有良好的抗消極干擾能力和抗積極干擾能力。
本文介紹了脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速的原理，信號(hào)處理。并用matlab簡(jiǎn)單的仿真了雷達(dá)系統(tǒng)對(duì)信號(hào)的處理。 關(guān)鍵詞：脈沖多普勒雷達(dá) 恒虛警 脈沖壓縮 線性調(diào)頻
Abstact
Pulse Doppler (PD) radar is famous for it`s outsdanding clutter aircraft`s function and GPS has been makes the aircraft can fly lower and l,Defensing.Low altitude invasion has been an important problem.so we require airborne radar. Early warning radar and airborne fire control radar have the ability to look down.That is to say.The radar is be required the ability to find Weak target signal in the strong Groung clutter.So 。The modern airborne early warning radar and airborne fire control radar use the PD system.Pulse Doppler (PD) radar concludes two adervantages of Continuous wave radar and impulse radar.It has a higher velocity resolution.thus it can effectively 。soveing the problem of strong ground clutter.what`s more.Pulse Dppler (PD) radar can Sensitive text the Distance and speed on the same time.Itcan use Doppler processing technology to realise Synthetic aperture images with high resolution. This article sinply introduced principle of pulse Doppler radar and signal
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
processing.Using matlab to simulation The signal processing of radar system.Linear frequency modulation. Keywords:Pulse Doppler (PD) false alarm rate 。pulse compression.
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
目錄
一．脈沖多普雷達(dá)簡(jiǎn)介··········································1 1,多普勒效應(yīng)··············································1
二、多普勒測(cè)速原理············································2
三、多普勒雷達(dá)簡(jiǎn)介············································4
四、多普勒雷達(dá)工作原理········································6
五、PD雷達(dá)信號(hào)處理仿真·······································8 5.1、正交雙通道處理·······································9 5.
2、脈沖壓縮·············································10 5.3、線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮·······························12 5.
4、巴克碼信號(hào)的脈沖壓縮·································14 5.5、恒虛警處理···········································14 5.5.
1、單元平均恒虛警處理(CA-CFAR)····················16 5.5.2、平均選大恒虛警處理(GO-CFAR)····················16 5.
6、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)模型··································19
六、總結(jié)與展望················································20 參考文獻(xiàn)······················································21
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
二、脈沖多普雷達(dá)簡(jiǎn)介
1,多普勒效應(yīng)
多普勒效應(yīng)是指當(dāng)發(fā)射源和接收者之間有相對(duì)徑向運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的信號(hào)將發(fā)生變化。這一物理現(xiàn)象首先由奧地利物理學(xué)家多普勒于1842年發(fā)現(xiàn)的。多普勒雷達(dá)的工作原理是以多普勒效應(yīng)為基礎(chǔ)的，多普勒效應(yīng)不僅僅適用于聲波，它也適用于所有類型的波，包括光波、電磁波。
當(dāng)無線電波在行進(jìn)的過程中碰到物體時(shí)，該無線電波會(huì)反彈，而且反彈回來的波其頻率以及振幅會(huì)隨著碰撞物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)而變化。若無線電波是固定不動(dòng)的，那么反彈回來的電波頻率是不會(huì)發(fā)生改變的，然而，若物體是朝著無線電發(fā)射的方向前進(jìn)，此時(shí)所反彈回來的電波會(huì)被壓縮，因此該電波的頻率也會(huì)隨之增加。反之，若遠(yuǎn)離波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收到的頻率較波源的實(shí)際頻率降低。頻率升高或者降低的數(shù)值為多普勒頻率，多普勒效應(yīng)的數(shù)學(xué)推理如下: 設(shè)某一波源的頻率為f，波長(zhǎng)為入，它們與波的傳播速度的關(guān)系為: f ? v?
收
（1.1）
若波源以速度W向靜止的接物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收到的頻率為: f"?v?"?vf
v?w
(1.2) 若波源以速度W背向靜止的接收物體運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收到的頻率為: vvf“??f?”v?w到的頻率為:
(1.3) 同理，當(dāng)波源不動(dòng)時(shí)，若物體以速度W向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收f"?v?"?v?wf v
(1.4) 當(dāng)波源不動(dòng)時(shí)，若物體以速度W背向波源運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接收物體處所接收到的頻率為：
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
vv?wf“??f ?”v
(1.5) 由上述的數(shù)學(xué)分析可知，若波源與接收物體之間存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接收的頻率就不同與發(fā)射的頻率。即兩者之間的距離縮短（相向運(yùn)動(dòng)）時(shí)，接收頻率高于發(fā)射頻率；兩者之間的距離增大時(shí)（反向運(yùn)動(dòng)），接收頻率低于發(fā)射頻率。這種由于相對(duì)運(yùn)動(dòng)引起的頻率變化，稱為“多普勒效應(yīng)”。
二、多普勒測(cè)速原理
假若有一個(gè)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)，利用多普勒效應(yīng)，在天線場(chǎng)的有效范圍內(nèi)，如圖2.1所示:
圖2.1多普勒運(yùn)動(dòng)信號(hào)模型
天線1發(fā)射電磁波到運(yùn)動(dòng)物體上，發(fā)射頻率為f0，速度為光速C，運(yùn)動(dòng)物體的速度為V，則運(yùn)動(dòng)物體實(shí)際接收到的頻率為: f1?c?vf0 v
（2.1）
同理，由多普勒效應(yīng)知，電磁波從運(yùn)動(dòng)物體反射回來，天線2所接收到的頻率為: f2?vf1
c?v
（2.2）
所以，天線2接收到的頻率與發(fā)射頻率之間的關(guān)系如下:
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
f2?vc?vc?vf0?f0
c?vvc?v
（2.3）
式(2.3)說明:由發(fā)射天線1發(fā)射的頻率為fo的電磁波，相對(duì)天線以徑向速度V作離向動(dòng)，由于多普勒效應(yīng)，接收天線2接收到的電磁波的頻率將是發(fā)生兩次多普勒效應(yīng)后的頻率，即變?yōu)閒 2。將相對(duì)運(yùn)動(dòng)所引起的接收頻率與發(fā)射頻率之間的差頻稱為多普勒頻率，用fa表示，則: fd?f0?f2?2v??2vf0
c
（2.4）
由式（(2.4）分析得知，多普勒頻率與相對(duì)天線的徑向速度成正比，只要能測(cè)出fd就可以求出V，這就是多普勒測(cè)速雷達(dá)測(cè)速的基本原理。
根據(jù)前面的分析與推導(dǎo)，可以對(duì)多普勒頻率作出這樣的定義: 2vrfd?f0 （2.5） c式中:fd：多普勒頻率
Vr：運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度 C：光速 f0：發(fā)射波頻率 由式(2.5)我們可以得到: 2vrvr?f0 c
（2.6）
從式(2.6)可以看到其它變量都是己知的，只要我們測(cè)出fd了，就可以計(jì)算出被測(cè)目標(biāo)的速度。下面來分析當(dāng)雷達(dá)與目標(biāo)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，雷達(dá)接收信號(hào)的特
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
征。在這里我們?cè)O(shè)目標(biāo)為理想“點(diǎn)”目標(biāo)，即目標(biāo)尺寸遠(yuǎn)小于雷達(dá)分辨單元。
三、多普勒雷達(dá)簡(jiǎn)介
脈沖多普勒雷達(dá)的應(yīng)用和發(fā)展是雷達(dá)理論與技術(shù)的發(fā)展，特別是新型電子器件和數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展的結(jié)果。目標(biāo)環(huán)境變化，以及下視，下射，反低空突防任務(wù)的迫切需要，以及為了獲得優(yōu)良的抑制嚴(yán)重的雜波干擾的性能，對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)信號(hào)源的穩(wěn)定度，寄生調(diào)制提出了極高的要求，對(duì)其天線旁瓣電平提出甚嚴(yán)的限制，同時(shí)還要求具有高速運(yùn)算能力和大存儲(chǔ)空間的處理機(jī)。一部實(shí)際的脈沖多普勒雷達(dá)幾乎包含了現(xiàn)代雷達(dá)的主要波形、測(cè)角體制和先進(jìn)的信號(hào)處理技術(shù)，采用了各種現(xiàn)代優(yōu)化的設(shè)計(jì)思想。因此，研制脈沖多普勒雷達(dá)是一個(gè)較為艱巨的工作。那么為了更好且更經(jīng)濟(jì)地研究其技術(shù)、戰(zhàn)術(shù)性能和抗干擾性能，采用計(jì)算機(jī)仿真方式進(jìn)行研究是最為合理地，因此，對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)的計(jì)算機(jī)仿真成為一項(xiàng)迫切的任務(wù)。
關(guān)于PD雷達(dá)的精確定義，1970年M.I.斯科爾尼克曾以三點(diǎn)特征進(jìn)行描述： 1)具有足夠高的脈沖重復(fù)頻率(PRF)，以致不論雜波或所觀測(cè)的目標(biāo)都沒有速度模糊； 2)能實(shí)現(xiàn)對(duì)脈沖串頻譜單根譜線的多普勒濾波，即頻域?yàn)V波； 3)由于PRF很高，通常對(duì)所觀測(cè)的目標(biāo)產(chǎn)生距離模糊。
上述定義僅適用于高PRF的PD雷達(dá)，隨著PD雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展，對(duì)PD雷達(dá)的定義有所延伸。一些PD雷達(dá)的設(shè)計(jì)允許工作在低、中高頻上來滿足不同的需要。目前關(guān)于PD雷達(dá)的定義為:能實(shí)現(xiàn)對(duì)信號(hào)脈沖串頻譜的單根譜線濾波，具有對(duì)目標(biāo)進(jìn)行速度分辨力的雷達(dá)稱為PD雷達(dá)。
根據(jù)PD雷達(dá)的系統(tǒng)重復(fù)頻率不同，可以對(duì)其進(jìn)行分類，令雷達(dá)與目標(biāo)的距離為RT，雷達(dá)與目標(biāo)的相對(duì)速度為從，最大不模糊距離為R man，最大不模糊速度為Vmah，
則可將PD雷達(dá)分為高、中、低PRF三類脈沖雷達(dá):
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
圖3.1 脈沖多普勒雷達(dá)分類
可以看到，低PRF雷達(dá)無距離模糊，有速度模糊；中PFR既有距離模糊，也有速度模糊，高PRF無速度模糊，但有距離模糊。對(duì)于PD雷達(dá)，選擇合適的PRF是一個(gè)十分重要的問題，需要考慮實(shí)際的應(yīng)用和設(shè)備的復(fù)雜性。
PD雷達(dá)采用相參技術(shù)從相參到非相參，這是雷達(dá)技術(shù)的飛躍。相參，是從光學(xué)領(lǐng)域引申而來的術(shù)語，在雷達(dá)中的含義是指目標(biāo)回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)之間應(yīng)保持嚴(yán)格的相位關(guān)系，并用以提取目標(biāo)的有關(guān)信息。早期的普通脈沖雷達(dá)都是非相參結(jié)構(gòu)，它們只是利用發(fā)射脈沖與回波脈沖之間的時(shí)間差提取目標(biāo)的距離信息，當(dāng)與目標(biāo)相等距離上，存在著大量的干擾物體的反射波（地物和海浪雜波，云雨氣象雜波以及投放物金屬箔條雜波等）時(shí)，微弱的目標(biāo)回波淹沒在其中，而使雷達(dá)失效。非相參的普通脈沖體制的雷達(dá)，無論架設(shè)在地面，艦船或是飛機(jī)上都無法對(duì)付這些來自低空的襲擊。在光學(xué)中早己為人們所熟知的相參概念，此刻卻為雷達(dá)技術(shù)帶來了生機(jī)。當(dāng)用時(shí)間差無法區(qū)別目標(biāo)與背景干擾時(shí)，速度差卻很容易把它們區(qū)別開來。
對(duì)于地面假設(shè)的雷達(dá)，與周圍地物不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)，因此從這些地物來的雷達(dá)回波信號(hào)的頻率與反射信號(hào)的頻率相同；而從運(yùn)動(dòng)目標(biāo)來的回波信號(hào)頻率，則有別于發(fā)射信號(hào)，而且這種差別額大小正比于目標(biāo)的速度。對(duì)于機(jī)載雷達(dá)，地物背景與雷達(dá)雖然存在著相對(duì)運(yùn)動(dòng)，但是這種相對(duì)運(yùn)動(dòng)的速度和方向是可知的，并有別于機(jī)載雷達(dá)和空中運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的相對(duì)速度。以雷達(dá)載機(jī)同運(yùn)動(dòng)目標(biāo)和地物的速度差為基礎(chǔ)發(fā)現(xiàn)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的技術(shù)途徑是可行的。但是要具體實(shí)現(xiàn)這種發(fā)射信號(hào)和
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
回波信號(hào)的有效相參并不十分容易。它要求發(fā)射信號(hào)具有很高的穩(wěn)定性，否則微小的回波頻率變化是無法察覺的。主振放大式發(fā)射機(jī)就是目前廣泛用來獲得高功率、高穩(wěn)定的發(fā)射信號(hào)的主要設(shè)備，盡管其成本高，構(gòu)造復(fù)雜，但這是雷達(dá)實(shí)現(xiàn)全相參所必須的。雷達(dá)實(shí)現(xiàn)了全相參，它的性能和應(yīng)用領(lǐng)域可能大為擴(kuò)展。
四、多普勒雷達(dá)工作原理
由于目標(biāo)和干擾物相對(duì)于雷達(dá)的徑向速度不同，回波信號(hào)也有不同的多普勒頻率，可用頻域?yàn)V波的方法選出目標(biāo)的多普勒頻率譜線，濾除干擾雜波的譜線，使雷達(dá)從強(qiáng)雜波中分離和檢測(cè)出目標(biāo)信號(hào)。為實(shí)現(xiàn)這一目的，一方面PD雷達(dá)的發(fā)射脈沖信號(hào)必須有穩(wěn)定的相參性能，通常采用主振放大式發(fā)射機(jī)，另一方面在接收機(jī)的信號(hào)處理中，把每一脈沖重復(fù)周期分成若干個(gè)距離門，再用多普勒頻率范圍內(nèi)的窄帶濾波器組對(duì)信號(hào)和雜波進(jìn)行過濾。下面先扼要講述PD雷達(dá)信號(hào)工作的基本原理，其中信號(hào)處理模塊、幾種典型的干擾，數(shù)據(jù)處理模塊中的解模糊算法，濾波算法是本論文重點(diǎn)講述的內(nèi)容，典型PD雷達(dá)原理方框圖4.1為例:圖中只畫出了一個(gè)接收通道。為了連續(xù)跟蹤一個(gè)目標(biāo)，還包括速度跟蹤、距離和角度跟蹤設(shè)施。PD雷達(dá)可以把位于特定距離上，具有特定多普勒頻移的目標(biāo)回波檢測(cè)出來，把其它的雜波和干擾濾除。
主振放大式相參發(fā)射機(jī):這種發(fā)射機(jī)信號(hào)質(zhì)量高，可以滿足PD雷達(dá)對(duì)發(fā)射信號(hào)的頻率穩(wěn)定度和頻譜純度的要求。影響PD雷達(dá)性能的主要因素是信號(hào)的短期不穩(wěn)定性，PD雷達(dá)的頻率穩(wěn)定度要達(dá)到很高的程度才能達(dá)到相參測(cè)速的要求。 距離門電路完成距離選通，雷達(dá)可以有多個(gè)距離通道。
單邊帶濾波器是一個(gè)帶寬近似等于脈沖重復(fù)頻率的帶通濾波器，主要作用是從回波頻譜中只濾出一根譜線和它所對(duì)應(yīng)的多普勒頻移分量，使后面的各種濾波處理在單根譜線上進(jìn)行，通常單邊帶濾波設(shè)置在中頻，選取回波頻譜的中心譜線。
主雜波抑制電路對(duì)干擾很強(qiáng)的主瓣雜波進(jìn)行抑制；機(jī)載PD雷達(dá)的高度雜波是由地面的垂直反射所形成的雜波，通常可以采用單獨(dú)的固定頻率抑制濾波器（零頻率濾波器）來濾除它。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
信號(hào)處理機(jī):PD雷同常規(guī)脈沖雷達(dá)的主要區(qū)別在于PD雷達(dá)利用了目標(biāo)回波中攜帶的多普勒信息，在頻域內(nèi)實(shí)現(xiàn)目標(biāo)和雜波的分離，從而可以從很強(qiáng)的地物雜波背景中檢測(cè)出動(dòng)目標(biāo)，并對(duì)其精確測(cè)速。簡(jiǎn)而言之，PD雷達(dá)信號(hào)處理機(jī)的核心。就是一個(gè)窄帶濾波器組，它濾除了各種干擾及雜波，保留了所需的目標(biāo)信號(hào)。由于雷達(dá)從天線到視頻的全部過程都是線性的，運(yùn)動(dòng)目標(biāo)信息在接收機(jī)中無畸變地保存到視頻級(jí)，因此多普勒濾波器可以在視頻（零中頻）實(shí)現(xiàn)。由于視頻濾波比中頻濾波易于實(shí)現(xiàn)，數(shù)字處理在視頻進(jìn)行量化也比在中頻容易，所以多普勒濾波將變得更加簡(jiǎn)單可靠。這是因?yàn)椋瑪?shù)字式濾波器具有高可靠性、抗干擾性和靈活性等優(yōu)點(diǎn)，精度也好。基本的數(shù)字濾波器的原理是利用快速傅立葉變換求取信號(hào)頻譜，從而為下一步的處理提供回波信號(hào)的頻譜分布信息。
數(shù)據(jù)處理機(jī):數(shù)據(jù)處理機(jī)的主要功能，一個(gè)是對(duì)工作方式、掃描圖形的產(chǎn)生、脈沖重復(fù)頻率的選擇、雜波頻潛的預(yù)測(cè)進(jìn)行控制；另一個(gè)功能是對(duì)數(shù)據(jù)相關(guān)和濾波、距離跟蹤、角度跟蹤、雷達(dá)罩和天線角度誤差修正進(jìn)行數(shù)據(jù)處理；再一個(gè)功能是對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行性能監(jiān)視和機(jī)內(nèi)自檢。
PD雷達(dá)必須采取恒虛警率（(CFAR）處理技術(shù)以便防止干擾增大時(shí)虛警概率過高，努力使得當(dāng)噪聲、雜波和干擾功率或其他參數(shù)發(fā)生變化時(shí)，輸出端的虛警概率保持恒定；速度、距離和角度跟蹤系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的有效跟蹤。
PD雷達(dá)系統(tǒng)中的很多理論己經(jīng)是比較成熟的理論，在本文中主要進(jìn)行雷達(dá)回波信號(hào)、信號(hào)處理中相關(guān)算法、數(shù)據(jù)處理相關(guān)算法、及PD雷達(dá)幾種主要干擾技術(shù)的建模仿真，本文主要做PD雷達(dá)測(cè)距、測(cè)速的研究。
多普勒雷達(dá)工作原理框圖如圖4.1:
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
圖4.1 典型脈沖多普勒雷達(dá)工作原理框圖
五、PD雷達(dá)信號(hào)處理仿真
PD雷達(dá)信號(hào)處理模塊的主要框圖:
圖5,1 雷達(dá)信號(hào)處理框圖
信號(hào)處理器主要是用來監(jiān)測(cè)目標(biāo)并利用一定的方法來抑制各種雜波和人為干擾所產(chǎn)生的不希望有的信號(hào)，處理后的視頻輸出信號(hào)再與某個(gè)門限比較。若信號(hào)超過監(jiān)測(cè)門限，便判斷為“發(fā)現(xiàn)目標(biāo)”，然后把目標(biāo)信號(hào)輸送下一級(jí)處理器進(jìn)行監(jiān)測(cè)，以便測(cè)量出目標(biāo)的距離，角度，徑向速度和其它一些目標(biāo)特性。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
下面對(duì)于其主要模塊進(jìn)行仿真。
5.1、正交雙通道處理
為將中頻信號(hào)轉(zhuǎn)換為視頻信號(hào)進(jìn)行數(shù)字處理，采用低通濾波法進(jìn)行相干檢波，低通濾波法是一種完全仿照傳統(tǒng)的模擬正交采樣的實(shí)現(xiàn)方法，只是將頻移放在了A/D變換之后。這樣混頻和濾波都是由數(shù)字系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)的，其原理框圖如圖5.2所示。
圖5.2 正交雙通道處理框圖
首先將中頻輸出信號(hào)進(jìn)行數(shù)字混頻，這樣就將正頻譜的中心移到了零頻，時(shí)域信號(hào)也應(yīng)的分解為實(shí)部和虛部，再讓混頻后的信號(hào)經(jīng)過低通濾波器，濾除高頻分量，即可得到所需的基帶正交雙路信號(hào)。
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
圖5.3 對(duì)信號(hào)濾波處理后
5.2、脈沖壓縮
匹配濾波器是以輸出最大信噪比為準(zhǔn)則的最佳線性濾波器。當(dāng)濾波器的頻率響應(yīng)H(f)為信號(hào)頻譜S(f)的復(fù)共扼時(shí)，稱之為信號(hào)的匹配濾波。根據(jù)匹配濾波器理論，在白噪聲背景下，濾波器輸出端信號(hào)噪聲功率比的最大峰值為2ElNo，即當(dāng)噪聲功率譜密度給定后，決定雷達(dá)檢測(cè)能力的是信號(hào)能量E。使用簡(jiǎn)單矩形脈沖信號(hào)，可以用增大脈沖寬度了來提高信號(hào)能量，但是這樣使得距離分辨力降低。因此，提高雷達(dá)的探測(cè)能力和保證必需的距離分辨力這對(duì)矛盾很難解決，有必要去尋找和采用較為復(fù)雜的信號(hào)形式。
匹配濾波器輸出信號(hào)是波形的自相關(guān)函數(shù)，它是信號(hào)功率譜的傅里葉反變換。由于脈寬和頻譜寬度之間成反比關(guān)系，因此B越大，距離分辨力越好，距離分辨力取決于所用信號(hào)的帶寬B。對(duì)于簡(jiǎn)單矩形脈沖，信號(hào)帶寬B與其脈沖寬度:滿足Bt約等于1的關(guān)系，因此用寬脈沖時(shí)必然降低其距離分辨力。如果在寬脈沖內(nèi)采用附加的幅度或相位調(diào)制，以增加信號(hào)帶寬B，那么當(dāng)接收時(shí)用匹配濾波器進(jìn)行處理，可將長(zhǎng)脈沖壓縮到1/B寬度，這樣既可使雷達(dá)用長(zhǎng)的脈沖去獲得大的能量，同時(shí)又可以得到短脈沖所具備的距離分辨力。這種信號(hào)稱為脈沖壓縮信號(hào)或大時(shí)寬帶寬信號(hào)，這種方法稱為脈沖壓縮。因?yàn)槊}沖內(nèi)有附加調(diào)制，其脈寬:和帶寬B的乘積大于1，壓縮比 ，一般采用BT約等于1.
脈沖多普勒雷達(dá)測(cè)速仿真
幅度調(diào)制會(huì)降低發(fā)射信號(hào)的平均功率，不能最大程度地利用發(fā)射管的效能，使雷達(dá)威力下降。相位調(diào)制是常用的寬帶信號(hào)產(chǎn)生方法，常用的相位調(diào)制信號(hào)有線性調(diào)頻信號(hào)和二相編碼信號(hào)，下面具體分析對(duì)這兩種信號(hào)的脈沖壓縮。脈沖壓縮濾波器是雷達(dá)視頻信號(hào)的匹配濾波器，是在時(shí)間軸上進(jìn)行的，可以針對(duì)一個(gè)脈沖重復(fù)周期或整個(gè)脈沖壓縮處理。
匹配濾波器的實(shí)現(xiàn)是脈沖壓縮處理的核心部分，主要分別可以通過時(shí)域卷積或頻域相乘實(shí)現(xiàn)。所謂匹配濾波器就是這樣一種最佳線形濾波器，在輸入為確知信號(hào)加白噪聲的情況下，所得輸出信噪比達(dá)到最大。匹配濾波器的沖激響應(yīng)函數(shù)為:
要實(shí)現(xiàn)數(shù)字脈沖壓縮，需先對(duì)模擬的線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行A/D變換，經(jīng)過采樣量化后的信號(hào)簡(jiǎn)記為s(n) 。
頻域處理公式為y（n)=IFFT(S（ f）H（ f ））=IFFT（FFT(s(n)）FFT（h(n)）)。通常情況下，基于FFT算法特有的高速性，頻域?qū)崿F(xiàn)比直接時(shí)域卷積運(yùn)算要快。用快速傅立葉變換實(shí)現(xiàn)的脈沖壓縮頻域處理過程如圖5.4。
圖5.4 脈沖壓縮頻域處理
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圖5.5 脈沖壓縮頻域處理
5.3、線性調(diào)頻信號(hào)的脈沖壓縮
線性調(diào)頻信號(hào)的數(shù)字脈沖壓縮處理可在時(shí)域，也可在頻域進(jìn)行。由于高速A/D變換器、大規(guī)模集成電路技術(shù)以及FFT的應(yīng)用，使寬帶信號(hào)的實(shí)時(shí)處理成為可能，采用DSP處理的頻域數(shù)字脈沖壓縮具有處理速度高、工作穩(wěn)定、重復(fù)性好、靈活性高的優(yōu)點(diǎn)。所以，在仿真中對(duì)于線性調(diào)頻信號(hào)在頻域進(jìn)行壓縮。
線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮后的旁瓣較高，最大旁瓣為13.2dB，一般不能滿足系統(tǒng)要求，常采取窗函數(shù)抑制旁瓣，可根據(jù)對(duì)旁瓣和主瓣寬度的要求選擇窗函數(shù)，其中海明窗較為常用。加窗處理同樣可在時(shí)域進(jìn)行也可在頻域進(jìn)行，對(duì)于時(shí)寬帶寬積較大的信號(hào)時(shí)域和頻域加窗效果接近，但時(shí)寬帶寬積較小的信號(hào)時(shí)域加窗的效果優(yōu)于頻域加窗，所以仿真中采用時(shí)域加窗頻域壓縮的方法。圖5.6為線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮處理的流程框圖。
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圖5.6 線性調(diào)頻信號(hào)脈壓處理框圖
由于線性信號(hào)存在距離速度禍合，當(dāng)目標(biāo)回波中存在多普勒頻率時(shí)，經(jīng)脈沖壓縮后會(huì)產(chǎn)生距離誤差。多普勒頻率大于零時(shí)脈沖壓縮后的主瓣向左偏移，即距離變小，多普勒頻率小于零時(shí)脈沖壓縮后的主瓣向右偏移，即距離變大。在精密跟蹤雷達(dá)中需進(jìn)行誤差補(bǔ)償，用于補(bǔ)償由于目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)引起的測(cè)距誤差。
誤差補(bǔ)償模型僅適用于單目標(biāo)環(huán)境，而且僅是在雷達(dá)工作在跟蹤狀態(tài)時(shí)才做誤差補(bǔ)償，雷達(dá)工作在搜索狀態(tài)時(shí)不做誤差補(bǔ)償處理。
圖5.7 線性調(diào)頻信號(hào)脈沖壓縮處理結(jié)果
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5.4、巴克碼信號(hào)的脈沖壓縮
巴克碼脈沖壓縮器采用和線性調(diào)頻脈沖壓縮相同的方法，時(shí)域加窗頻域壓縮。當(dāng)不存在多普勒失諧時(shí)，巴克碼經(jīng)過相關(guān)處理后輸出的主瓣高度等于碼長(zhǎng)N，旁瓣高度為1，即主副瓣比為N。當(dāng)采用最大長(zhǎng)度13時(shí)，主副瓣比約為22.3dB需要抑制旁瓣以提高目標(biāo)檢測(cè)能力。如果回波信號(hào)有多普勒頻移，主瓣幅度下降，旁瓣幅度上升，應(yīng)設(shè)法克服由多普勒失諧帶來的影響。
圖5.8 巴克碼處理過的信號(hào)
5.5、恒虛警處理
PD雷達(dá)用于機(jī)載下視或類似的條件下，由不同的地物回波所形成的雜波的強(qiáng)度和分布情況極為復(fù)雜。為了在復(fù)雜的雜波環(huán)境中檢測(cè)出所關(guān)心的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波，要求PD雷達(dá)必須采用某種恒虛警率（(Const False Alarm Rate, CFAR）處理技術(shù)，以便在雜波環(huán)境變化時(shí)，防止雷達(dá)的虛警概率發(fā)生太大的變化，同時(shí)保證一定的檢測(cè)概率。同常規(guī)脈沖雷達(dá)不同，PD雷達(dá)一般是在經(jīng)過多普勒濾波后在
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頻域進(jìn)行檢測(cè)，因此PD雷達(dá)所采用的CFAR處理方式也有所不同。
參量法CFAR處理是基于數(shù)理統(tǒng)計(jì)中的參數(shù)估計(jì)理論，它的前提是要知道雜波幅度分布的類型，未知的只是分布函數(shù)中的參數(shù)。對(duì)于不同的雜波分布類型，實(shí)現(xiàn)CFAR處理的方法也不同，但他們的基本思想是一樣的，即在假設(shè)檢測(cè)單元附近各背景單元的雜波輸出為獨(dú)立同分布的前提下，通過處理各背景單元的輸出而對(duì)雜波分布中的參數(shù)進(jìn)行估計(jì)，然后構(gòu)造一個(gè)分布不依賴雜波強(qiáng)度的新的統(tǒng)計(jì)量去與門限比較，從而達(dá)到CFAR的目的。
圖5.9 恒虛警處理結(jié)果
雷達(dá)雜波可以看作是來自大量獨(dú)立反射體的回波信號(hào)的總和。這些回波信號(hào)的幅度和相位都是隨機(jī)的，因此合成后雜波的幅度是一個(gè)隨機(jī)變量，其統(tǒng)計(jì)特性隨雜波環(huán)境的不同而變化。若粗糙地面的散射單元是均勻的，則根據(jù)中心極限定理，合成后的雜波近似服從高斯分布，經(jīng)過包絡(luò)檢波后，雜波包絡(luò)幅度服從瑞利分布，其概率密度函數(shù)為
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?**2exp[?]x?0?
2f(x)???22??0,其他? （5.1）
瑞利分布是描述雷達(dá)雜波時(shí)適用范圍最廣的一種分布。對(duì)于工作在無雜波區(qū)的高重復(fù)頻率的PD雷達(dá)而言，由于接收機(jī)噪聲一般服從高斯分布，所以噪聲包絡(luò)幅度也可以用瑞利分布來描述。下面針對(duì)瑞利分布雜波介紹CFAR技術(shù)。 5.5.1、單元平均恒虛警處理(CA-CFAR) 瑞利分布雜波幅度的數(shù)字特征為
E(x)??2?，E(x2)?2?2
（5.2）
其中E(X)為均值，E(Xz)表示雜波的功率。當(dāng)方差變化時(shí)，X的概率密度函數(shù)也將隨之變化，對(duì)于給定的門限UT，相應(yīng)的虛警概率
pfa???xJT?2x2VTexp[?]d?exp[?]x2
2（5.3）
2?2?2也發(fā)生變化。若定義一個(gè)新的隨機(jī)變量Y，令
Y?X?
（5.4）
則容易求得Y的概率密度函數(shù)為
fY(y)?yexp（?y22），y?0
（5.5）
CA-CFAR檢測(cè)在雜波邊緣中要引起虛警率的上升，而在多目標(biāo)環(huán)境中將導(dǎo)致檢測(cè)性能下降，這些不足促進(jìn)了對(duì)其它CFAR方案的尋求。新的CFAR方案應(yīng)該能夠區(qū)分干擾和主目標(biāo)，平均選大GO(Greatest o介CFAR是一種滿足上述要求的修正方案。
5.5.2、平均選大恒虛警處理(GO-CFAR)
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平均選大在雜波邊緣環(huán)境中能保持較好的控制虛警性能。圖5.10是單元平均選大CFAR.模型，通過兩側(cè)L/2個(gè)距離單元的數(shù)據(jù)平均值估計(jì)雜波功率，用雜波功率對(duì)所檢測(cè)的距離單元數(shù)據(jù)進(jìn)行歸一化并乘以門限乘子后作為檢測(cè)門限，與檢測(cè)門限比較，超過門限判斷為有目標(biāo)，低于門限判斷為無目標(biāo)。
圖5.10 GO-CFAR實(shí)現(xiàn)框圖
呈現(xiàn)在脈沖多普勒接收機(jī)輸出端的雜波分布特征是各種雜波的混合，在距離一多普勒?qǐng)D的范圍內(nèi)這個(gè)混合雜波的變化可能很大，并且強(qiáng)點(diǎn)狀雜亂回波的位置也是隨機(jī)的。因此，必須對(duì)鄰近測(cè)試單元的多個(gè)單元組成的當(dāng)?shù)貐⒖即翱谶M(jìn)行檢查，用這種方法來估計(jì)測(cè)試單元干擾功率。根據(jù)PD雷達(dá)工作頻率的不同，在距離一多普勒?qǐng)D中設(shè)置參考窗口的方式也不同。對(duì)于低重復(fù)頻率，需要在距離維中設(shè)置參考窗口:對(duì)于高重復(fù)頻率，需要在多普勒頻率維設(shè)置窗口；然而對(duì)于中重復(fù)頻率的雷達(dá)，則需要設(shè)置兩維窗口。
以上分析的是在瑞利雜波情況下的恒虛警處理過程和相關(guān)電路。雷達(dá)在實(shí)際工作環(huán)境中所接收的雜波可能并不是瑞利分布，那么通過上面處理步驟得到的恒虛警效果可能不明顯。某種具體的恒虛警電路一般只適用于對(duì)應(yīng)的特定雜波情況，對(duì)于不同的雜波，應(yīng)該對(duì)恒虛警處理電路做必要的調(diào)整才能滿足要求。總的原則是根據(jù)雜波的具體模型，通過參數(shù)估計(jì)和適當(dāng)?shù)淖儞Q構(gòu)造出新的隨機(jī)變量，使它的概率密度函數(shù)與輸入雜波強(qiáng)度無關(guān)。
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5.6、動(dòng)目標(biāo)檢測(cè)(MTD)模型
由于MTI的雜波抑制能力有限，為了彌補(bǔ)MTI的缺陷，為此在MTI后串接一窄帶濾波器組覆蓋整個(gè)頻率的范圍。當(dāng)不同的目標(biāo)有不同的速度時(shí)，應(yīng)的不同多普勒頻率對(duì)應(yīng)不同的窄帶濾波器輸出，因此可以利用MTD測(cè)出多普勒頻移，確定目標(biāo)的速度，這樣，濾波器組實(shí)現(xiàn)了速度分辨和精確測(cè)量的作用。具有N個(gè)輸出的橫向?yàn)V波器（N個(gè)重復(fù)周期和N-1根延遲線），經(jīng)過各重復(fù)周期的不同加權(quán)并求和后，即可實(shí)現(xiàn)上面所述的窄帶濾波器組。其原理結(jié)構(gòu)框圖如5.11。
圖5.11 MTD橫向?yàn)V波器結(jié)構(gòu)
當(dāng)滿足采樣定理的條件時(shí)，一個(gè)時(shí)間函數(shù)的取樣序列經(jīng)過DFT處理之后，輸出為該信號(hào)的頻譜取樣。我們可以將每根譜線看成一個(gè)窄帶濾波器的輸出，這就是DFT的濾波特性。因而利用DFT的濾波特性可以形成窄帶多普勒濾波器組，其振幅特性可以表示為|fg|。
|Hk(f)|?|sin[?N(fTr?KN)]|，K?0,1,2.。.，N?1 （5.6）
sin[?(fTr?KN)]
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圖5.12即N=8, fr =lOKHz時(shí)DFT等效橫向?yàn)V波器振幅特性。
圖5.12 DFT等效橫向?yàn)V波器的幅頻響應(yīng)
現(xiàn)在用來產(chǎn)生數(shù)字濾波器組的最普遍的方法是FFTo FFT是離散傅立葉變換的快速算法，通常采用每個(gè)脈沖同一個(gè)距離單元的一組數(shù)據(jù)FFT來實(shí)現(xiàn)濾波器組。
其實(shí)使用數(shù)字方法計(jì)算離散信號(hào)的頻譜，每個(gè)固定頻率分量的輸出就相當(dāng)于中心頻率在此固定頻率的窄帶濾波器輸出。
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圖5.13 MTD求模處理結(jié)果
六、總結(jié)與展望
本文簡(jiǎn)單的對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)做了簡(jiǎn)單介紹，對(duì)脈沖多普勒雷達(dá)系統(tǒng)中的信號(hào)處理部分，有源干擾及數(shù)據(jù)處理中的典型算法進(jìn)行建模仿真的探索，脈沖多普勒雷達(dá)系統(tǒng)仿真是一個(gè)內(nèi)容復(fù)雜、涉及廣泛的研究課題，采用的仿真軟件不同，仿真方法不同，實(shí)現(xiàn)的仿真系統(tǒng)的功能、復(fù)雜程度也會(huì)有所不同。本文采用功能強(qiáng)大的計(jì)算仿真軟件MATLAB對(duì)其進(jìn)行仿真，主要目的在于使仿真模塊的程序易讀易懂，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，能夠基本反映出該體制雷達(dá)主要處理過程的工作原理。
對(duì)雷達(dá)系統(tǒng)仿真是一個(gè)非常有價(jià)值的研究領(lǐng)域，隨著計(jì)算機(jī)仿真技術(shù)的不斷提高，仿真領(lǐng)域?qū)⒉粩鄶U(kuò)大。由于本人學(xué)識(shí)有限，時(shí)間有限，本文還存在很多的缺點(diǎn)不足，例如，本文僅嘗試對(duì)雷達(dá)信號(hào)處理部分及部分干擾的建模，系統(tǒng)的跟蹤模塊未能完善，雷達(dá)數(shù)據(jù)處理只涉及到算法的研究，并未將其與前面的信號(hào)處理組合到一個(gè)完整的系統(tǒng)，希望本文些許的分析可以對(duì)以后的學(xué)友提供一些幫助，更希望以后的研究能在此基礎(chǔ)上不斷完善，如果能夠結(jié)合到實(shí)際系統(tǒng)中，那么其仿真系統(tǒng)的意義將更加深廣。
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本人水平有限，論文中錯(cuò)誤及不當(dāng)之處，懇請(qǐng)各位老師批評(píng)指正。 參考文獻(xiàn)
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