雷达信号处理及目标识别分析系统方案.doc

发布时间：2022-06-08 发布人：admin 分类：说明书资料大小：1.68M 资料格式：doc 举报版权申诉

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雷达信号处理及目标识别分系统方案

一信号处理及目标识别分系统任务和组成

二测高通道信号处理

三识别通道信号处理

四数字正交变换

五数字脉冲压缩

六动目标检测

七恒虚警处理(CFAR)

八窄带识别工作模式

九步进频率识别工作模式

十系统定时及对外接口

十一信号处理分系统硬件及实现

雷达信号处理及目标识别分系统方案西安电子科技大学雷达信号处理国家重点实验室二○一○年八月

一信号处理及目标识别分系统任务和组成根据雷达系统总体要求，信号处理系统由测高通道目标识别通道组成。它应该在雷达操控台遥控指令和定时信号的操控下完成对接收机送来的中频信号的信号采集，目标检测和识别功能，并输出按距离门重排后的信号检测及识别结果到雷达数据处理系统，系统组成见图 1-1。图 1-1 信号处理组成框图二测高通道信号处理测高信号处理功能框图见图 2-1。图 2-1 测高通道信号处理功能框图 -1-

接收机通道送来中频回波信号先经 A/D 变换器转换成数字信号，再通过正交变换电路使其成为 I 和 Q 双通道信号，此信号经过脉冲压缩处理，根据不同的工作模式及杂波区所在的距离单元位置进行杂波抑制和反盲速处理，最后经过 MTD 和 CFAR 处理输出检测结果。三识别通道信号处理识别通道信号处理首先根据雷达目标的运动特征进行初分类，然后再根据目标的回波特性做进一步识别处理。目标识别通道处理功能框图见图 3-1 所示。目标距离目标回波正交变换脉冲压缩高分辨距离像中频信号接口 A/D sf 识别处理目标识别结果输出目标运动参数图 3-1 识别通道处理功能框图四数字正交变换数字正交变换将模拟中频信号转换为互为正交的 I 和 Q 两路基带信号，A/D 变换器直接对中频模拟信号采样，通过数字的方法进行移频、滤波和抽取处理获得基带复信号，和模拟的正交变换方法相比，消除了两路 A/D 不一致和移频、滤波等模拟电路引起的幅度相对误差和相位正交误差，减少了由于模拟滤波器精度低，稳定性差，两路难以完全一致所引起的镜频分量。 -2-

低中频信号（f0，B） A/D 变换器 sf 数字鉴相器 I Q 图 4-1 数字正交变换的原理我们希望得到的复包络信号，即数字鉴相器输出信号的频谱，正交插值实现原理图如图 4-1，数字鉴相器的任务就是如何使频谱为图 4-2(a)所代表的信号转换成频谱为图 4-2(f)所示的信号，方法有四种： X中频频谱 f f f B 0 (a) X~频谱 B sf 0 (b) sf X采样后频谱 sf 信号频移后的频谱图 0 (c) sf 理想低通滤波器特性 0 (d) 0 (e) 期望频谱 0 (f) sf sf 图 4-2 正交插值实现原理图低通滤波器法数字乘积检波器法 -3-

Hilbert 变换法 Bessel 插值法这些方法实现过程特点各有不同，但在基本原理上是一致的。下面以低通滤波法为例来进行设计。采用低通滤波法的数字正交变换原理框图见图 4-3。 f0=B 带通滤波 A/D fs=2B 2cos 2sin  0, {1, ntf 0 0, {1, ntf  0 } 0, 1,  } 0, 1,  FIR低通滤波器 1/2抽取 FIR低通滤波器 1/2抽取 I Q 图 4-3 采用低通滤波器法的数字正交变换原理图经过数字正交换后，I(n) 和 Q(n) 的数据速率可以通过抽取降低下来，在 sf  80MHz 的情况下如果按 16:1 抽取，这时 I(n)和 Q(n) 的速率为 5MHz，即 t   200 ns 。下面以仿真的形式验证中频数字正交插值的有效性。低通滤波器的参数：B＝5MHz， F0=60MHz，Fs＝80MHz。设计的低通滤波器为 32 阶，阻带-50dB。幅频特性 / B d 度幅 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 0 10 20 30 40 频率 (MHz) 50 60 70 80 图 4-4 低通滤波器的幅频特性仿真信号条件:信号形式为线性调频信号，信号参数为带宽 B＝5 MHz，信号中心频率 f0＝60 MHz，采样率 fs＝80 MHz，AD 采样之后的数据的时域波形和频 -4-

谱如下图所示： 1 0.5 0 -0.5 度幅 -1 0 40 20 0 -20 0 ） B d （度幅 1 0.5 0 -0.5 部虚及部实 -1 0 20 10 0 -10 0 ） B d （度幅 100 200 300 400 500 采样单元 600 700 800 900 10 20 30 40 频率（ MHZ） 50 60 70 80 图 4-5 AD 采样的中频数字信号 20 40 60 采样单元 80 100 120 1 2 3 5 4 6 频率（ MHZ） 7 8 9 10 图 4-6 数字正交变换后的基带信号五数字脉冲压缩 1、脉冲压缩信号形式如下表 5.1 信号形式序号信号种类时宽（us）带宽（MHz） 1 2 线性调频线性调频 10 20 5 5 -5-

2、不同时宽下的脉冲压缩结果（加海明窗）： 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 0 5 10 15 20 us 25 30 35 40 图 5-1 时宽＝10us、带宽＝5MHz 脉压结果 0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 0 10 20 30 40 us 50 60 70 80 图 5-2 时宽＝20us、带宽＝5MHz 脉压结果 3、三种脉冲宽度下脉冲压缩处理所得的噪声改善因子：表 5.2 脉压处理噪声改善因子时宽（us） 10 20 带宽理论改善因子加窗处理损失实际改善因子（MHz）（dB）（dB）（dB） 1.1 1.1 15.9 18.9 5 5 17 20 -6-

六动目标检测 1、固定重复频率的工作模式：固定重频分别为：800Hz 和 400Hz，动目标检测按照目标所处区域是否含有杂波分别采用不同的滤波器进行处理。表 6.1 不变 T 工作模式的重复周期表脉冲模式（PRT1M） 1250μs 脉冲模式（PRT2M） 2500.0μs 杂波谱的分布情况：假定：地物杂波： v  0.3 米/秒气象杂波： v  2m/s 雷达杂波谱宽：  f  2 v   在 0.0318m(f=9432MHz)的情况下可以计算得到： f 地  f 气  2 0.3  0.0318 2 2  0.0318  18.9 Hz  125.8 Hz （6.1）（6.2）（6.3）考虑到雷达天线扫描会引起杂波谱的展宽，实际的杂波谱会比上述值略宽一些，同时考虑雷达的重频较低，气象杂波的谱较宽，而且存在多普勒模糊，因此我们将在分析雷达回波气象杂波特性的基础上，优化滤波器凹口来实现对气象杂波的抑制。 2、MTD 滤波器的设计（1）重复频率为 800Hz，积累脉冲数为 16 a．对不含有杂波区域的 MTD 滤波器组采用均匀多普勒组和海明加权，实际处理中可采用 FFT 处理来实现。16 个滤波器组的特性如下图所示： -7-

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