雷達(dá)信號(hào)處理基本流程

1、基本雷達(dá)信號(hào)處理流程一、脈沖壓縮窄帶（或某些中等帶寬）的匹配濾波：相關(guān)處理，用FFT數(shù)字化執(zhí)行，即快速卷積處理，可以在基帶實(shí)現(xiàn)（脈沖壓縮）快速卷積，頻域的匹配濾波脈寬越小，帶寬越寬，距離分辨率越高 ；脈寬越大，帶寬越窄，雷達(dá)能量越小，探測(cè)距離越近；D=BT（時(shí)寬帶寬積）；脈壓流程：頻域：回波譜和參考函數(shù)共軛相乘時(shí)域：相關(guān)即輸入信號(hào)的FFT乘上參考信號(hào)FFT的共軛再逆FFT；Sc=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S);Task1f0=10e9;%載頻tp=10e-6;%脈沖寬度B=10e6;%信號(hào)帶寬fs=100e6;%采樣率 R0=3000;%目標(biāo)初始距離N=4096;c=3e8

2、;tau=2*R0/c;beita=B/tp;t=(0:N-1)/fs;Sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*beita*(t-tp/2-tau).2).*exp(-2j*pi*f0*tau);%回波信號(hào) S=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(i*pi*beita*(t-tp/2).2);%發(fā)射信號(hào)（參考信號(hào)）So=ifft(fft(Sb).*conj(fft(S);%脈壓figure(7);plot(t*c/2,db(abs(So)/max(So)%歸一化dBgrid on2、 去斜處理（寬帶的匹配濾波）去斜處理“有源相關(guān)”，通常用來處理極

3、大帶寬的LFM波形（如果直接采樣的話因?yàn)轭l帶很寬所以在高頻的時(shí)候需要的采樣率就很大，采樣點(diǎn)數(shù)就很多，所以要經(jīng)過去斜處理）Stretch方法是針對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)而提出的，其方法是將輸入信號(hào)與參考信號(hào)（經(jīng)適當(dāng)延遲的本振信號(hào)，延遲量通常由窄帶信號(hào)測(cè)距結(jié)果估計(jì)出）混頻，則每一個(gè)散射點(diǎn)就對(duì)應(yīng)一個(gè)混頻后的單頻分量，對(duì)混頻輸出的信號(hào)進(jìn)行DFT處理，即可獲得目標(biāo)的距離像，對(duì)參考信號(hào)的要求是應(yīng)具有與輸入信號(hào)相同的調(diào)頻斜率。去斜處理流程：混頻過程為回波信號(hào)在時(shí)域與參考信號(hào)的共軛相乘混頻后得到一個(gè)瞬時(shí)頻率和目標(biāo)距離成正比的單頻信號(hào)，對(duì)其進(jìn)行頻譜分析即可得到目標(biāo)的距離像；去斜處理一般情況下可降低信號(hào)帶寬；% 去斜處理仿

4、真程序 %clc;clear all;close all;B=10e6;%帶寬10MHztp=10e-6;%脈寬10usk=B/tp;%LFM系數(shù)fs=50e6;R0=3e3;R1=2000;R2=3500;R=5000;c=3e8;f0=60e6; N=round(2*R/c*fs);fft_N=2nextpow2(N);t=linspace(0,2*R/c,N); % 參考信號(hào) %Sref=exp(2i*pi*f0*t).*exp(1i*pi*k*t.2); % 回波信號(hào) %Sb0=exp(1j*pi*k*(t-2*R0/c).2).*exp(2j*pi*f0*(t-2*R0/c);Sb1

5、=exp(1j*pi*k*(t-2*R1/c).2).*exp(2j*pi*f0*(t-2*R1/c);Sb2=exp(1j*pi*k*(t-2*R2/c).2).*exp(2j*pi*f0*(t-2*R2/c);Sb=Sb0+Sb1+Sb2; % 混頻信號(hào) %SSb=Sref.*conj(Sb);%去斜后時(shí)域信號(hào)spectrum=fft(SSb,fft_N);%去斜后頻域信號(hào)f=fs*(0:fft_N-1)/fft_N-fs/2;%從-fs/2到fs/2f=f*c*tp/2/B;%瞬時(shí)頻率對(duì)應(yīng)的距離sf=exp(-j*pi/k*f.2);%濾波器傳輸函數(shù)SSb=spectrum.*sf;%從

6、頻域去距離扭曲，實(shí)現(xiàn)了壓縮和去RVPfigure;SSb=fftshift(SSb);SSb1=ifft(SSb);%消除了距離扭曲和RVP的時(shí)域信號(hào)subplot(211);plot(f,db(abs(SSb)/max(SSb)xlabel('距離/m');grid onsubplot(212);plot(f,abs(SSb)xlabel('距離/m');grid on三、加窗信號(hào)的截取產(chǎn)生了能量泄漏，而用FFT算法計(jì)算頻譜又產(chǎn)生了柵欄效應(yīng)，在FFT分析中為了減少或消除頻譜能量泄漏及柵欄效應(yīng)可采用不同的截取函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行截短，截短函數(shù)稱為窗函數(shù)，簡(jiǎn)稱窗。% 窄

7、帶加窗處理 %clc;clear all;close all;f0=10e9;%載頻 B=10e6;%信號(hào)帶寬 tp=10e-6;%脈沖寬度 fs=100e6;%采樣頻率 k=B/tp;%LFM系數(shù)，線性調(diào)頻率 R0=3000;%初始距離c=3e8;%光速 R=6000;tau=2*R0/c;N=round(2*R/c*fs);fft_N=2nextpow2(N);t=(0:fft_N-1)/fs;s=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(j*pi*k*(t-tp/2).2); % 發(fā)射信號(hào)spectrum_s=fft(s,fft_N);%參考信號(hào)頻譜spectrum_s=ffts

8、hift(spectrum_s);sb=rectpuls(t-tp/2-tau,tp).*exp(j*pi*k*(t-tp/2-tau).2).*exp(-2j*pi*f0*tau); % 回波信號(hào)% 時(shí)域加窗sm=hamming(round(tp*fs)'.*s(1:round(tp*fs);%參考信號(hào)加窗 % 頻域加窗%找頻譜的-4dB壓縮點(diǎn)，窗函數(shù)嚴(yán)格與該壓縮點(diǎn)之間的頻譜對(duì)應(yīng)hamming1=zeros(1855,1)',hamming(387)',zeros(1854,1)'spectrum_sm=hamming1.*spectrum_s;% 脈壓fft

9、_ssb=ifft(fft(sb).*conj(fft(s);fft_smsb=ifft(fft(sb).*conj(fft(sm,length(sb);fft_spsb=ifft(fft(sb).*conj(fftshift(spectrum_sm);% 去斜加窗處理 %B=10e6;%帶寬10MHz tp=10e-6;%脈寬10us u=B/tp;%LFM系數(shù)fs=50e6;%fs>=2*B/tp*tau R0=3000;%初始距離 R=4500;%距離波門c=3e8; f0=60e6;%載頻N=round(2*R/c*fs); fft_N=2nextpow2(N); t=linsp

10、ace(0,2*R/c,N);f=fs*(0:fft_N-1)/fft_N-fs/2;%從-fs/2到fs/2% 參考信號(hào) %Sref=exp(1i*pi*u*t.2);% 回波信號(hào) %Sb=rectpuls(t-2*R0/c,tp).*exp(1j*pi*u*(t-2*R0/c).2);% 混頻信號(hào) %ssb=Sref.*conj(Sb);% 加窗% w = hamming(502)'% hamming=zeros(749,1)',w-min(w),zeros(249,1)'% hamming=abs(hamming)/max(hamming); hamming=ze

11、ros(749,1)',hamming(502)',zeros(249,1)'ssb0=hamming.*ssb;spectrum_ssb0=fft(ssb0,fft_N); %一維距離像spectrum_ssb=fft(ssb,fft_N);f=f*c*tp/2/B;%瞬時(shí)頻率對(duì)應(yīng)的距離figure; %圖6plot(f,db(abs(fftshift(spectrum_ssb)/max(fftshift(spectrum_ssb)hold onplot(f,db(abs(fftshift(spectrum_ssb0)/max(fftshift(spectrum_ss

12、b0),'r')hold off二、檢測(cè)1、脈沖多普勒（PD處理）多普勒效應(yīng)：fd=2v/c*f0，v為鏡像速度；慢時(shí)間維上的采樣點(diǎn)做FFT可以測(cè)出目標(biāo)的速度；使用復(fù)信號(hào)：頻率正負(fù)可測(cè)量目標(biāo)速度的方向；clc;clear all;close all;f0=10e9;%載頻tp=10e-6;%脈沖寬度B=10e6;%帶寬fs=100e6;%采樣頻率R0=3000;%初始距離c=3e8;%光速R=4500;%距離波門 gate=R+tp*c/2;%距離波門加脈寬對(duì)應(yīng)距離N=round(2*gate/c*fs);%波門內(nèi)采樣點(diǎn)個(gè)數(shù)fft_N=2nextpow2(N);t=0:1/fs

13、:tp;%信號(hào)長(zhǎng)度echo_t=linspace(0,2*gate/c,N);%波門長(zhǎng)度tau=2*R0/c;k=B/tp;%調(diào)頻系數(shù)Tr=100e-6;%脈沖重復(fù)周期CPI=64;%總脈沖個(gè)數(shù)v=60;%目標(biāo)速度，朝向雷達(dá)%發(fā)射信號(hào)s=exp(i*pi*k*t.2);%回波信號(hào)for m=1:CPI sb(m,:)=rectpuls(echo_t-2*(R0-(m-1)*v*Tr)/c-tp/2)/(tp).*exp(1i*pi*k*(echo_t-2*(R0-(m-1)*v*Tr)/c).2-1i*pi*2*f0*round(2*R0/c*fs)+1i*2*pi*(2*f0*v/c)*(m

14、-1)*Tr)+sqrt(0.1)*(randn(1,N)+1i*randn(1,N);end%脈壓fft_n=2nextpow2(length(t)+N-1);fft_s=fft(s,fft_n);for m=1:1:CPI fft_sb(m,:)=fft(sb(m,:),fft_n); fft_ssb(m,:)=ifft(fft_sb(m,:).*conj(fft_s); z(m,:)=abs(fft_ssb(m,(1:N); z1(m,:)=z(m,:)/max(z(m,:); z1(m,:)=20*log10(z1(m,:); maxval,maxpo=max(z1(m,:);end

15、%FFTfor fm=1:N dop(:,fm)=fft(fft_ssb(:,fm); a_dop(:,fm)=fftshift(abs(dop(:,fm);end%求極大值對(duì)應(yīng)的坐標(biāo)maxva,max_v=max(a_dop(:,maxpo);%PD測(cè)速fd=(max_v-33)/CPI/Tr;v_pd=fd*c/2/f0%測(cè)速范圍fd_max=1/Tr/2;v_max=fd_max*c/2/f0%測(cè)速精度det_fd=1/Tr/64;det_v=det_fd*c/2/f0figure;mesh(echo_t*c/2,linspace(-75,75,64),a_dop);axis tight

16、;xlabel('距離：m');ylabel('速度：m/s');title('二維距離-多普勒平面');v_pd =60.9375 v_max =75 det_v =2.34382、 形心法測(cè)距測(cè)速% 形心法 % clc;clear all;close all f0=10e9;%載頻tp=10e-6;%脈沖寬度B=10e6;%帶寬fs=100e6;%采樣頻率R0=3000;%初始距離c=3e8;%光速N=4096; %此為培訓(xùn)期間數(shù)據(jù)，實(shí)際情況可以根據(jù)波門和信號(hào)寬度求出Nt=(0:N-1)/fs;snr=20; tau=2*R0/c;k=B/t

17、p;%調(diào)頻系數(shù)Tr=100e-6;%脈沖重復(fù)周期CPI=64;%總脈沖個(gè)數(shù)v=60;%目標(biāo)速度，朝向雷達(dá)sigmaf=12/(10(snr/10); s=rectpuls(t-tp/2,tp).*exp(j*pi*k*(t-tp/2).2);%發(fā)射信號(hào)% figure;% plot(t,real(s)% xlabel('時(shí)間 /s');% ylabel('幅度');% title('發(fā)射信號(hào)實(shí)部');% grid on for m=1:CPI taum=2*(R0-m*Tr*v)/c; sb=rectpuls(t-taum-tp/2).*exp(

18、j*pi*k*(t-taum-tp/2).2).*exp(-2j*pi*f0*taum);%回波信號(hào) sb_noise=sb+sqrt(sigmaf/2)*(randn(1,N)+1i*randn(1,N);%加噪聲的回波信號(hào) fft_ssb=ifft(fft(sb).*conj(fft(s);%脈壓處理 fft_ssb_snr=ifft(fft(sb_noise).*conj(fft(s); Group(m,1:N)=fft_ssb; Group_snr(m,1:N)=fft_ssb_snr;end figure;imagesc(t*c/2,1:CPI,abs(fft_ssb)figure;

19、imagesc(t*c/2,1:CPI,abs(fft_ssb_snr) for n=1:N Group2=fft(Group(1:CPI,n);%縱向做FFT Group2_2=fftshift(abs(Group2); Group3(n,1:CPI)=Group2_2;endfor n1=1:N Group2_snr=fft(Group_snr(1:CPI,n1);%縱向做FFT Group2_2_snr=fftshift(abs(Group2_snr); Group3_snr(n1,1:CPI)=Group2_2_snr;end figure;mesh(abs(Group3)figure

20、;mesh(abs(Group3_snr) line,row=find(abs(Group3)=max(max(abs(Group3);line_snr,row_snr=find(abs(Group3_snr)=max(max(abs(Group3_snr);Range=t*c/2;PRF=1/Tr;fd=(-CPI/2:CPI/2-1)*PRF/CPI;v=fd*c/2/f0; for Ra=line-3:line+3 amp=abs(Group3(Ra,row); C(Ra)=amp*Range(Ra); D(Ra)=sum(amp);endsum(C)/sum(D)for V=row-3

21、:row+3 index=abs(Group3(line,V); E(V)=index*v(V); F(V)=sum(index);endsum(E)/sum(F) for Ra_snr=line_snr-3:line_snr+3 amp_snr=abs(Group3_snr(Ra_snr,row_snr); C_snr(Ra_snr)=amp_snr*Range(Ra_snr); D_snr(Ra_snr)=sum(amp_snr);endsum(C_snr)/sum(D_snr)for V_snr=row_snr-3:row_snr+3 index_snr=abs(Group3_snr(l

22、ine_snr,V_snr); E_snr(V_snr)=index_snr*v(V_snr); F_snr(V_snr)=sum(index_snr);endsum(E_snr)/sum(F_snr) 結(jié)果：ans =3.0000e+003ans =60.3560ans =3.0000e+003ans =60.35333、 信號(hào)檢測(cè)結(jié)果：mean_noise =0.0010 + 0.0079ivar_noise = 1.0123pf1 =1.0000e-0034、 單脈沖測(cè)角仿真單脈沖跟蹤雷達(dá)是通過比較來自兩個(gè)或多個(gè)同時(shí)波束的信號(hào)獲得目標(biāo)角位置信息的一種雷達(dá)；目前常用的單脈沖測(cè)角方法主要有幅

23、度和差單脈沖測(cè)角和相位和差單脈沖測(cè)角。幅度和差單脈沖測(cè)角通過比較兩個(gè)相位中心重合但指向不同的波束得到目標(biāo)角度信息；相位和差單脈沖測(cè)角則通過比較兩個(gè)相位中心有一定距離但波束指向相互平行的波束得到目標(biāo)角度信息。相位和差單脈沖與幅度和差單脈沖的相似之處在于：目標(biāo)角度坐標(biāo)都是由一個(gè)和通道和兩個(gè)差通道來提取的。主要不同之處在是，幅度和差單脈沖產(chǎn)生的四個(gè)信號(hào)具有相同的相位但具有不同的幅度，而相位和差單脈沖信號(hào)具有相同的幅度但有不同的相位。相位和差單脈沖對(duì)每個(gè)坐標(biāo)系（方位和俯仰坐標(biāo)）使用最少由兩個(gè)陣元組成的陣列天線。相位誤差信號(hào)是由于不同天線陣元產(chǎn)生的信號(hào)之間的相位差來計(jì)算得出的。% 單脈沖測(cè)角仿真 %f0

24、=10e6;R0=3e3;%目標(biāo)距0號(hào)陣元的距離d=10;%陣列接收天線之間的距離theta0=0.2*pi/180;%目標(biāo)角度%R0=R0+d*sin(theta0)/2;c=3e8;%光速lamda=c/f0;tau0=2*R0/c;%到0號(hào)陣元的時(shí)延theta=linspace(-1*pi/180,1*pi/180,1000);thetaP=0.15*pi/180;%偏置角N=4;%天線個(gè)數(shù)% 幅度和差單脈沖測(cè)角%相同相位不同幅度%波束形成結(jié)果Y=exp(2j*pi*f0*tau0)*exp(j*pi*(N-1)*d*sin(theta0)/lamda).*(sin(N*pi*d*(si

25、n(theta0)-sin(theta)/lamda)./sin(pi*d*(sin(theta0)-sin(theta)/lamda);thetaA=theta+thetaP;thetaB=theta-thetaP;%偏置波束A、BY_thetaA=exp(2j*pi*f0*tau0).*exp(j*pi*(N-1)*d*sin(theta0)/lamda).*(sin(N*pi*d*(sin(theta0)-sin(thetaA)/lamda)./sin(pi*d*(sin(theta0)-sin(thetaA)/lamda);Y_thetaB=exp(2j*pi*f0*tau0).*exp(j*pi*(N-1)*d*sin(theta0)/lamda).*(sin(N*pi*d*(sin(theta0)-sin(thetaB)/lamda)./sin(pi*d*(sin(theta0)-sin(thetaB)/lamda);%差波束Y_delta=Y_thetaA-Y_thetaB;%和波束Y_sigma=Y;%復(fù)比Y_AB=Y_delta./Y_sigma