雷达系统接收端信号处理

雷达系统接收端建模
典型的雷达系统接收端信号处理流程如图1所示。信号被接收机收到后,一般会依次通过匹配滤波(脉冲压缩)、动目标显示(MTI)、动目标检测(MTD)、恒虚警率检测(CFAR)模块。经过这样的处理,可以对目标回波与各种干扰以及噪声的混叠信号进行有效的加工处理,最大程度的剔除无用信号。在一定条件下,保证以最大发现概率发现目标。

回波模拟
假设发射机发射的是线性调频信号(LFM),发射信号带宽为 ,发射信号时宽为 ,脉冲重复周期 ,采样频率 ,发射脉冲数目 。
图1为单个脉冲周期内雷达发射的线性调频信号。
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图 1 单个脉冲发射周期内发射信号
设定目标由三个,分别在距离雷达5000米、11050米以及20100米处。目标相对雷达径向速度分别为0m/s、150m/s、300m/s,由于存在动目标,运动目标会导致多普勒频移,所以仿真时要对各目标回波信号分别乘上多普勒相移 ,对目标回波进行仿真。
图2是对目标回波的生成,此时未添加噪声。可以明显的看出,总共有16个周期的信号,每个周期内明显由三个目标的回波。

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图 2 未添加噪声的回波信号
由于实际情况中会由噪声影响,因此对噪声进行仿真,生成复噪声,实部虚部均为高斯白噪声,总信噪比 。并且对接收机闭锁期(信号发射期)信号置零,仿真得到的总回波信号如图3。
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图 3 总回波信号实虚部
PC
匹配滤波器是最佳线性滤波器的一种,这种滤波器的准则是使输出信噪比最大化,在通信、雷达等系统中,皆有广泛的应用。匹配滤波可使低幅度宽脉冲信号累积为一个高幅度窄脉冲信号,故又称为脉冲压缩。
设匹配滤波器传递函数为 ,冲激响应为 ,输入信号为 。则有
( 略去 )
上式为实际进入匹配滤波器的信号。其中 为高斯白噪声。则该系统模型如图4所示。
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图 4 匹配滤波器模型
时域匹配滤波,即“共轭卷积”两步核心。做匹配滤波(即脉冲压缩)的最终目的,不是仅仅为了提高信噪比,而是为了提高信号分辨率。

LFM信号脉冲压缩
针对雷达发射的LFM信号设计匹配滤波器,为了对比结果正确性,分别在时域与频域对总回波信号进行脉冲压缩,之后在时域对比其差异。时域中,回波信号与滤波器冲激响应做卷积处理,频域中,信号傅里叶变换与滤波器传递函数相乘。
将两个压缩结果相减,可以得到两种脉冲压缩结果的差异。可以看出,两种脉冲压缩差值很小,信号在时域与频域脉冲压缩结果基本一致。

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