Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal ProcessingCh-4 宽带雷达信号处理技术2Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.1 概述提高雷达距离分辨力的意义： 有利于在强杂波背景下的目标检测； 使目标成像成为可能，为目标识别创造了更好的条件； 增强雷达的电子抗干扰（ECCM ）能力。3Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.1 概述0 5000 100000102030405060708090100HRRPHigh-Resolution Range ProfileProfiling:距离域高分辨成像4Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.1 概述5Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.1 概述步进频率信号与脉冲相参合成处理： 对目标回波进行频域采样，然后再变换成时域回波。频域采样 发射 多个载频步进脉冲 ； 多脉冲合成处理(IDFT)； 优点： 中放带宽大大降低 AD采样率大大降低例：距离分辨率要求 0.3m (对应的脉冲宽度 2ns);窄脉冲（或chirp 信号）： 500MHz;步进跳频脉冲信号（ 250个脉冲合成）： 2MHz;6Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal ProcessingTpTr1 2 3 4 Nfo fo+1Fs fo+2Fs fo+3Fs fo+(N-1)Fs N： 序列中脉冲数； fo：载频初始值；Tp：脉冲宽度； Fs：跳频单位步长；Tr：脉冲重复周期.f0+(N-1) ft(N-1)Trff0f0+(N-1) ft(N-1)Trff0锯齿形 三角形步进跳频脉冲信号7Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.2 LFM脉冲信号的解线性调频处理处理框图与发射信号斜率相同的调频信号8Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.2 LFM脉冲信号的解线性调频处理实现高距离分辨力的机理：适应场合：远距离、小目标9Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.3 步进频率雷达脉冲合成处理步进频率雷达系统组成框图收发转换开关脉冲调制功率放大器BPF混频器中频信号源前置放大器混频器BPF中频放大器正交检波频率合成器A/D采样速度补偿(数据重组)距离延迟触发器I,QfIfIfI+fkfI+fkfIfIfIfkfkfkfkfkHRRPIDFTfk：发射频率，fk= f0+k f，k=0, N-1.f0为初始载频， f为跳频步长 .fI：中频频率 .BPF：带通滤波器 .11Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.3 步进频率雷达脉冲合成处理（以静止点目标为例）目标回波信号的频谱12Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.3 步进频率雷达脉冲合成处理脉冲相参合成处理 （以静止点目标为例） ： IDFT处理结果：主瓣宽度为 即 的sinc 函数型窄脉冲，如图 所示。)2(sin)2(sin)(cfNRnNNcfNRnnp=fN 1NTp距离分辨率较单个脉冲提高了 N倍13Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing静止点目标的HRRP合成距离像包络合成距离像离散采样（雷达系统参数：f0=35GHz, N=32, f =5MHz, Tp=0.2uS, Tr=50uS）14Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.3 步进频率雷达脉冲合成处理 HRRP的不模糊距离窗：= 窗长度； 系统采样速率要求：设 t 为采样间隔，则= 三角形步进跳频雷达成像实例 .fcRsw=2swRtc2 ft1f1（采样速率要求大为降低）15Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing某地面目标的实际成像结果（雷达系统参数：f0=35GHz, N=64, f =5MHz, Tp=0.2uS, Tr=50uS）16Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿设目标以 vt、 a相对于雷达作径向运动，则第 k个回波脉冲的复采样信号相位为 式中 R0为目标的起始距离； tk为第 k个回波零中频信号采样时间，若以回波包络中点为基准，可取)21(2220 kktkktatvRcf = rkkTt =17Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿vt对HRRP的影响 (令a=0) ： 相位展开式： 第一项 目标距离； 第二项 速度线性相位项=距离耦合=距离徙动， 第三项 速度二次相位项 波形失真， 峰值降低、波形展宽。 目标运动速度对合成距离像的影响图200444kvTfckvTfckRfctrtrk+=1,0 = Nk 18Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing目标运动速度对合成距离像的影响vt=0 m/svt=60 m/svt=360 m/s（雷达系统参数：f0=35GHz, N=64, f =5MHz, Tp=0.2uS, Tr=50uS）19Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿速度补偿： 补偿因子： 速度参数估计值 ；补偿精度要求： 距离像包络对齐的精度要求： 距离域成像精度要求： 二次相位项：)22exp()(kktcvfjkC = vrrNTTfNcv4400=smv /67.0rTv80rTfNcv28smv /62.36smv /4.2120Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿a 对HRRP 的影响。 分析表明，主要表现为二次相位项的影响。 补偿精度要求： 目标加速度对合成距离像的影响可以忽略不计。结论：一维距离成像的运动补偿 = 速度补偿= 速度估计2204rTNa2/26.209 sma 21Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿最小脉组误差速度参数估计方法 针对常用的三角形步进跳频雷达，拟采用最优化方法来完成速度参数的估计； 评价函数的构造： 正调频脉组： 负调频脉组：1,0),(22= NkkSscG)(22exp)(01 kkctvRcfjkS = 1,0),(22= NkkSscG)(22exp)(1202 kNkctvRcfjkS= 22Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿最小脉组误差速度参数估计方法 脉组误差函数（ burst error function）： 当 v = 0，即 时，脉组误差函数达到全局最小值； 脉组误差函数随运动补偿速度变化的关系曲线基于最小脉组误差准则可完成目标速度参数的最优估计。=1012)()()(NkcckSkSvBe=10)212(2sin2NkkrvkNfTctvv =23Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing脉组误差函数随补偿速度的变化曲线（雷达系统参数： f0=35GHz, N=64, f=5MHz, Tp=0.2uS, Tr=50uS）（目标速度 vt=300m/s）24Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿最小脉组误差速度参数估计方法的计算机仿真验证 目标模型： 多散射点模型，与雷达相距 6km; 对回波仿真数据进行加噪处理。 参数估计性能： 设 vt=35m/s，目标成像结果 ；正负调频法测速结果：-6.25m/s； 最小脉组误差法的参数估计曲线 ，估计结果：35.01m/s ；速度补偿后的距离像 。 噪声背景下的参数估计精度： 设 vt=10m/s （距离像无模糊），测量误差曲线 。25Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing最小脉组误差法参数估计曲线26Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing运动补偿前的成像结果27Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing运动补偿后的成像结果28Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing速度估计误差+：正负调频法*：最小脉组误差法+：正负调频法*：最小脉组误差法29Modern Radar Signal ProcessingKey Lab.for Radar Signal Processing4.4 目标运动的影响与运动补偿小结： 研究了步进跳频脉冲雷达在运动目标环境下的应用问题， 分析了目标运动对雷达相参合