雷达信号处理和调制

作为其在汽车雷达、无人机和工业应用领域的研究的一部分，微波工程研究所致力于改进和增强基础信号处理方法，以及为当前和未来的雷达系统开发新的概念和方法。

在汽车场景、工业等不同应用领域以及无人机等新领域，对雷达技术的需求不断增长和不断变化，对信号处理提出了前所未有的挑战。该研究所与各种行业合作伙伴一起，在公共研究基金的支持下，正在开发、推进和研究已建立的模拟调制技术，如啁啾序列调制，以及新的数字雷达方法，如OFDM和PN（伪噪声）。除了与硬件相关的信号处理和调制设计外，还正在开发和研究新的和先进的信号处理方法和算法，以实现高性能和高分辨率的雷达成像。对现有方法进行了改进和改进，并研究和开发了基于压缩感知和机器学习的新方法。通过在雷达评估中应用机器学习方法，可以获得有关交通中车辆环境的其他信息。因此，神经网络降低了与车辆通信的弱势交通参与者的手势分类。对此类手势的检测和分类是实现自动驾驶复杂交通场景的重要一步。

该研究所的另一个研究领域是雷达干扰，由于雷达在车辆和交通中的数量不断增加，雷达干扰越来越受到重视和关注。雷达的相互干扰会限制雷达功能，直至完全失效。因此，正在研究相互干扰的影响和特性，并考虑到典型交通场景和可用雷达的多样性，制定合适的对策。目前正在研究使用离散信道的跳频、与行进方向相关的工作频率和协作雷达等方法。该研究包括FMCW、啁啾序列、PN和OFDM调制雷达的相互干扰。

此外，该研究所还研究了不同的复杂合成孔径 （SAR） 处理方法，以便在汽车和无人机应用中实现高效和超高分辨率的环境成像和映射。研究重点是探测障碍物和探测埋藏物体，例如杀伤人员地雷。

目前大多数雷达系统都需要复杂的数字实现，包括数字信号处理器 （DSP） 和现场可编程门阵列 （FPGA） 的正确编码。此外，经典文献并没有特别关注与雷达相关的数字信号处理视角。因此，雷达界普遍缺乏对基本雷达信号处理技术进行简明、统一和现代处理的当前文本：信号建模、匹配滤波、波形设计、多普勒处理、阈值检测、恒定误报率 （CFAR） 检测和脉冲压缩。

移动目标指示器 （MTI） 雷达

MTI雷达

MTI雷达代表移动目标指示雷达。

MTI雷达：MTI雷达的主要目标是 拒绝来自静止无用信号的信号，即地面杂波、雨水 杂波、鸟类杂波等，与所需的回声一起作为回声到达 的信号。在MTI中，处理系统用于消除不需要的 来自背景的杂波，即使在速度 这些目标相对于雷达平台很小。有两个基本 MTI雷达的类型，即

在连贯 接收器保留发射波相位以检测的系统 频率的多普勒频移。在相干 MTI 系统中，多普勒频移 来自移动目标的回波信号用于将其与 静止目标。但在非相干 MTI 系统中，移动目标可以是 通过观察目标和杂波之间的相对运动来检测 背景，并通过观察振幅的相应变化 脉冲。相干检测需要处理信号的包络 g （t）和正弦载流子的相位Φ（t）。它们不需要测量 直接，但可以使用同相 （I） 和正交 （Q） 通道推导。

MTI雷达的类型

有两个 MTI雷达的基本类型，即相干和非相干MTI。连贯的 MTI 雷达通过使用 多普勒频移通过移动目标传递到反射信号。这 非相干雷达通过 目标和杂波背景，从而通过相应的振幅 从一个脉冲到另一个脉冲或从一个天线扫描到下一个天线扫描的变化。在相干公司 系统，应保存传输波的相位以便使用 通过接收机检测频率的多普勒频移，但不需要 非相干系统。

复合材料 回波信号在从 移动目标和杂波。移动目标的多普勒分量可以是 由相干脉冲多普勒雷达和MTI雷达使用 信号相位的波动。MTI雷达分为两种 类型。

非相干 MTI 雷达

非相干雷达被定义为使用幅度波动而不是相位波动的 MTI 雷达。非相干MTI雷达不需要内部相干参考信号或鉴相器。该雷达中使用的中频放大器应该是线性的，并且应该具有较大的动态范围。它可以是对数的，因此对数增益特性可防止饱和。振幅检测器在IF放大器之后使用，该检测器是常规检测器。本振不需要非常稳定。下图显示了非相干雷达的框图。

非相干MTI雷达框图

专业 非相干 MTI 的优点是它简单，主要用于 空间和重量有限的应用。的改善因素 非相干的MTI，不好。杂波本身就是 非相干雷达。如果没有杂波，它不会检测到移动的目标 目前。

相干公司 MTI 雷达

相干公司 MTI 雷达可以有两种类型：

MTI雷达 （使用功率放大器作为发射器）

MTI雷达的简单框图如下图所示。功率放大器用作此类MTI雷达的发射器。两个本地振荡器为混频器提供参考信号。相干参考由称为 Coho 的振荡器提供，意思是相干振荡器，它是一种稳定的振荡器。它与接收器中使用的 IF 频率相同。除了提供参考信号外，Coho fc 的输出还与稳定的本地振荡器频率混合。另一个本振应该是稳定振荡器，称为稳定本振（STALO）。

对于MTI雷达， 本振对超外差接收机的稳定性必须大于 没有多普勒的雷达本振的稳定性。那里 可能在输出时出现未取消的杂波残留物 延迟线消除器。这可能会导致错误检测移动目标 虽然只存在杂乱无章。

MTI雷达（使用功率放大器作为发射器）

与非相干雷达中的振幅检测器不同，在IF级之后存在相位检测器。该行为类似于混频器，其中来自IF的接收信号和来自Coho的参考信号被混合以产生它们之间的频率差。这个差值就是多普勒频率。施加到功率放大器的输入信号只不过是 Coho fc 和 Stalo 信号 fl 的总和。如上图所示，这是在混合器中完成的。

MTI雷达使用 磁控振荡器代替放大器

MTI雷达的框图如下图所示。在这个磁控振荡器中充当发射器。IF拍频信号的相位取决于Coho的相位。该IF拍频信号是通过混合发射信号和Stalo输出产生的。银河相位和发射脉冲是相互关联的。银河信号可用作特定发射脉冲回波的参考信号。COHO锁定脉冲由发射脉冲产生。为了再次重新锁定 CW Coho 的相位，会产生另一个 IF 锁定脉冲并持续到下一个锁定脉冲。MTI雷达带功率振荡器发射机的框图如图所示。

带功率振荡器发射器的MTI雷达

前面描述的两种方法并不是用于在MTI中获取相干参考信号的唯一方法。各种安排可以相应地分类：是否

优点 MTI雷达

的缺点 MTI雷达

的应用 MTI雷达

连续波 （CW） 雷达

以恒定频率运行的连续波 （CW） 雷达系统可以测量速度，但不能测量距离。从具有一定频率的天线发射的信号被目标反射回来，频率略有变化，即多普勒频移。发射频率与接收频率的比较导致确定目标的速度（但不是其范围）。连续波雷达利用 cos 2π f0t 形式的正弦波，其中来自杂波（即静止目标）的回波集中在频谱中的 f0。从运动目标的回波中提取的中心频率将偏移一个称为多普勒频率的频率，fd.因此，通过测量频移（f0~fd），可以准确确定目标速度。

多普勒效应

如果发射器或接收器处于运动状态，导致频率发生明显偏移，这就是多普勒效应，是连续波 （CW） 雷达的基础。假设目标的范围是 R，波长是 λ。根据定义，每个波长 （λ） 对应于 2π 弧度的相位变化。双向传播路径（即从雷达到目标及其返回雷达）的总波长为2R/λ。然后，信号双向路径中的总相位变化由下式给出，

连续波（CW）雷达框图

简单连续波（CW）雷达的框图如下图所示。CW雷达利用多普勒频移原理来识别移动目标。

连续波 （CW） 雷达

连续波（CW）雷达的工作原理

多普勒滤波器的主要用途是过滤和消除来自静止目标的回波，并放大微弱的多普勒回波信号，使其可以在显示设备中识别。这些微弱信号在滤波器的频域中被滤波。混频器将频率为 ft ± fd 的回波信号与相应的发射信号（或参考信号）混合，ft 是连续正弦振荡的频率。在传输时，天线以一个频率辐射连续的正弦振荡，ft.

被目标截获的辐射能量的一部分和再辐射的能量被接收天线收集。如果我们认为目标正在以速度移动vr，相对于雷达，则接收到的信号从发射频率的频率偏移ft ± fd.如果目标向雷达移动，则频移由下式给出ft + fd.因此，来自较近目标的回波信号具有比发射的频率更高的频率。如果目标远离雷达，则频移由下式给出ft−fd.为了使用多普勒频移，雷达应该能够区分接收到的回波信号和发射信号之间的差异。

在连续波雷达中，每个目标速度都会产生一个独特的连续波载波多普勒频率。这导致了清晰的多普勒测量，这是连续波雷达的主要优势。而使用连续波雷达测量距离存在任何不确定性，因为所有返回的波形都是连续的，因此雷达无法区分接收到的不同回波。大多数现代雷达都采用脉冲波形技术，其中单个天线用于发射和接收功能。

连续波多普勒雷达的优点

弊 连续波多普勒雷达

连续多普勒雷达的应用：

连续波多普勒雷达用于确定速度信息，但不用于确定距离;例如

通联入门——呼叫规范、信号报告的内容

业余无线电通信是借助业余电台来完成的，业余电台的性质确定了它的通信内容，在正常情况下仅限于技术交流、个人情况的介绍以及竞赛。

业余电台的通信内容

在遇到自然灾害或紧急救援等特殊情况下，经受灾国家主管部门同意，业余电台可临时用于抢险救灾。业余无线电通信不以谋取利润为目的，除因紧急救援外，使用业余电台为第三者传送国际通信是绝对禁止的。

在业余通信中不涉及政治、宗教是全世界爱好者恪守的信条，把业余电台用于广播娱乐、或是传递不宜公开的消息、泄露国家机密更是国法所不允许的。在业余电台上漫无边际长时间的聊天甚至调笑则是全世界爱好者都十分讨厌的。

按照惯例任何业余电台都必须遵守以下各点

① 只准与业余电台联络并使用明语通信。

② 至少每十分钟发出一次呼号。

③ 语言、态度文明礼貌，通信联络简明扼要。

④ 不得做广播娱乐之用，不得在机上调笑、嘻闹。

⑤ 在电台执照和《操作证书》核准的项目范围内进行操作。

⑥ 不准无《操作证书》的人员上机操作。

⑦ 不得阻碍他台通信，不得截听和扩散其他电台的通信内容。

⑧ 每次联络必须如实填写电台日记，并长期保存。

⑨ 承担按国际惯例交换QSL卡片的义务。

⑩ 严禁从事商业或其他与盈利有关的活动。

⑪ 严禁利用业余电台进行政治、宗教活动。

⑫ 严禁在业余电台上议论个人隐私以及国家和单位的秘密。

一次成功的联络，至少应包括三件事：双方都正确地抄收了对方的呼号，交换信号报告，将这次联络情况正确地记录在电台日记上。

一般情况下，业余通信还应包括这样一些内容：介绍自己的姓名，电台所在的地理位置，交换相互通信的凭证—QSL卡片的地址或途径，交换所用设备的情况，天气情况等。

友好是全世界爱好者的信条之一，所以在每一次联络中都少不了热情的问候。说一声“73”是HAM向对方致敬的独特方式，也是业余通信与其他业务通信用语区别之一。

以上内容在每次联络中如何筛选，则应视联络当时的情况而定，双方收听情况良好且频率空闲，则可多选、甚至可超出上述范围，交谈双方都感兴趣且为法则所允许的内容，可多讲，反之则应少讲甚至不讲这些内容。

业余电台的信号报告

业余无线电通信的宗旨之一就是交流技术，而收听到对方信号的情况则是最必要的技术数据，所以业余通信中有义务首先向对方报告信号。

业余电台的信号报告由代表信号可辨度的“R”（Readability，即信号的清晰程度）、代表信号强度的“S”（Strength，即信号的大小）以及代表信号音调的“T”（Tone，即信号的质量）三部分组成，所以信号报告也常称为“RST”。在语言通信中，只报告前两项；在电报、电传及其他一些数字通信中应报告全部3项。

信号可辨程度“R”，位于报告的第一位，共分5级，用1～5中的一位数字表示：

1—信号不可辨。

2—不容易辨别，偶尔个别字可辨。

3—能辨别，但困难。

4—能辨别，没什么困难。

5—非常清楚。

信号可辨程度的判断依靠主观经验。在通常情况下，有经验的HAM对于能顺利进行联络的信号总是给予最高等级—5的报告。

信号强度“S”，位于报告的第二位，共分9个级别，用1～9中的一位数字表示：

1—刚有些知觉，极弱。

2—很弱。

3—弱。

4—强度尚可。

5—信号还好。

6—好信号。

7—有一定强度的信号。

8—强信号。

9—特别强的信号。

信号强度报告可以借助收发信机面板上的仪表指示判读。一般情况下，收信部分仪表的指针能随着信号的大小摆动。仪表度盘上有一条标有“S”的弧线，上面有1～9的刻度。只要观察指针摆动幅度最大时指示的位置便可准确地给出信号强度报告。

当特别强的信号使指针摆动超过9时，你可将超出指示的读数“10、20、…、60”等报给对方，这些读数的单位是分贝（dB）。如59超出20，表示了信号强度超过9级20dB。有些收信机没有“S表”，则应参照上述定级标准依靠主观判断。

音调报告“T”，位于报告的第三位，也用1～9中的一位数字表示，每一级差代表接收到的信号功率相差6dB。

数字1表示有很强的交流声，以后随着数字增大，表示音质不断改善，直至数字9表示非常纯正悦耳的声音。音调报告依赖于主观判断。在用语言通信中，信号报告不含本项，只需可辨度和强度两项。

而且，由于设备质量的提高，现在一般的商品机都能保证发出的信号不含有明显的交流声，也没有明显的音调漂移，因而很容易得到音调“9”的报告。

在报告信号时，代表“RST”的三位数字应同时报出，因此，对于好信号的报告，在语言通信中就是“59”，而在电报、电传等通信中的报告就是“599”了。

准确的信号报告，可以使双方了解自己收、发信设备的效率、电磁波的传播情况等，以保证通信的顺利进行或采取有效的改进措施。

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