上海羊羽卓进出口贸易有限公司课件｜雷达系统和数字信号处理
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
相干公司 MTI非相干 MTI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雷达相干MTI雷达非相干 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公司 使用功率放大器作为发射器的雷达MTI公司 使用磁控管振荡器代替放大器的雷达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
发射器位于振荡器上，反之亦然锁定发生在 RF 或 IF 处回波和参考信号在RF或IF下完成。这导致了八种可能的组合。优点 MTI雷达
消除杂波信号。检测较小的移动目标 杂波回声的存在。将噪音影响降至最低对于给定的，可以增加有用范围 权力。的缺点 MTI雷达
低次杂波能见度设备不稳定性高导致设备低 MTI雷达的改进系数。MTI 雷达可以受到内部限制 杂物的波动（来自树木、雨水、谷壳和海洋的杂物）。由于 MTI 雷达中的限制器，性能 可能会降解。的应用 MTI雷达
星载应用无人驾驶飞行器与地面 MTI 相关的一些应用 正在定位、跟踪、分类和识别移动的车辆。海上移动目标指示器（MMTI）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
它简单、便宜、易于维护且完全自动化。它需要低功耗，并且尺寸紧凑。峰值功率较小，因为占空比是统一的。静止物体不会影响雷达的性能。弊 连续波多普勒雷达
CW雷达最大范围内的功率存在限制。最大功率取决于隔离量和发射机噪声，这会影响接收机灵敏度。CW多普勒雷达无法获得目标范围。当有多个目标时，可能会产生歧义。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
它可以在板球中用于测量球速连续波雷达可用于交通监控交通在警察雷达中捕捉超过限速的汽车它可用于飞机导航以测量速度在飞机上作为垂直起飞飞机的爬升率指标相关问答
雷达信号处理要学什么?
雷达信号处理涉及多个领域的知识,要学习雷达信号处理需要掌握以下内容:1.信号处理基础:包括数字信号处理、模拟信号处理、傅立叶变换、滤波器设计、采样定理...
雷达速度跟踪的方法具体点,越详细越好,不要简单说用多普勒频...
[最佳回答]多普勒原理!f1=(u+v0)/(u-vs)f,其中vs为波源相对于介质的速度,v0为观察者相对于介质的速度,f表示波源的固有频率,u表示波在静止介质中的传播速度...
【关于雷达发射的信号所写的方程中,有一个Kt^2,这其中的K指...
[最佳回答]利用简单雷达方程,根据增益和天线面积的关系,推导出来的
目标是怎么改变雷达信号的?
RADAR(雷达)一词是RAdioDetectionAndRanging的缩写,意思是以无线电波探测及测距。雷达发明于二次世界大战前夕,最初用于军事上,其后雷达应用涵盖多个领域...
雷达信号处理方面，除了matlab用的较多之外，还需要掌握哪些编程语言?
可以学习下python,因为它是开源免费的,而且可扩展性比MATLAB强。至于雷达信号处理方面,MATLAB那些现成的工具包是很有优势的,如果说除开MATLAB还有哪个更适合...
信号+和信号-什么意思?
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有可能的。相干积累相当于对雷达基带信号进行慢时间维度的时间采样(采样频率为脉冲重复频率prf),然后FFT。即然是采样,那么就必须要满足乃奎斯特定律,即基带...
