读书笔记—《雷达信号处理基础》第一章 雷达系统与信号处理概述

为什么想要进行雷达信号处理基础的学习呢，因为现在学习阶段，做项目的阶段，确实对于很多雷达基础不是很清楚，之前学习的课程《雷达系统导论》是水过去的，感到知识的匮乏，所以整理了一下书中的一些重点内容以及要点，自己在学习的过程中也分享给各位做雷达的同学。

本周对于《雷达信号处理基础》进行了第一章节的学习。

主要学习内容如下：

1.2雷达的基本功能

主要用途：检测、跟踪、成像

距离公式： ，c为光速、 是脉冲发射以后的某一时刻

如何对于目标位置和速度进行跟踪：

在单基雷达中，在一个球坐标系中可以检测以天线指向为参考的俯仰角 和方位角 。

雷达采用微波波段电磁波（具有极低的衰减特性）具有很好的穿透能力。

在分析雷达的检测性能时，基本指标是检测概率 和虚警概率 ，这又由信号和干扰的统计特性决定，尤其是信干比（SIR）对于SIR，某些可能不清楚，可以类比为SNR（信噪比），下面博客会更新对其详细的解释。

观测多个目标时，对于检测性能的估计，还需要考虑雷达的分辨率和旁瓣特性。

在跟踪功能中，基本的性能指标是距离、角度、速度估计的精度，通过信号处理后，同样取决于具体的SIR。

成像中，基本指标是空间分辨率和动态范围。动态范围决定图像的对比度。

雷达信号处理的目的就是提高这些指标。比如通过脉冲积累提高SIR，脉冲压缩改善分辨率，加窗技术改善雷达的旁瓣特性。

雷达信号中还用到了其它技术：线性滤波和统计检测理论是目标检测的核心，FFT用于匹配滤波的卷积实现、多普勒估计等，基于现代谱估计和自适应滤波的波束形成和干扰抑制。

1.3脉冲*雷达的基本组成

波形发生器：产生脉冲波形

双工器（收发开关）：

超外差接收机：进行放大以及变换到中频和基带

信号处理器：进行脉冲压缩、匹配滤波等

图1.1 某种脉冲单基雷达的组成框图

1.3.1发射机和波形产生器

发射机和波形产生器对于确定雷达的灵敏度和距离分辨率是非常重要的。

一般雷达系统的工作频率为2MHz-220GHz，不过大多数为200MHz-95GHz。因为不同频率下大气衰减程度不一样，低频的大气衰减弱，高频适用于近距离高分辨率探测，可以得到较高的波束带宽，不过也会有较大的大气衰减，低功率。

脉冲之间的间隔为脉冲重复间隔（PRI）,其倒数为脉冲重复频率(PRF),绝大多数雷达的脉冲宽度为100ns-100us。

雷达的距离分辨率 是由波形带宽 决定的，即

                                                                  

对于一个没有调制的脉冲，其带宽反比于时宽。对于给定的脉冲宽度，为了增加波形带宽的同时不损失能量，很多雷达采用对脉冲进行相位调制或频率调制的方法。

1.3.2天线

天线主要是确定雷达灵敏度和角度分辨率，主要有抛物面反射天线，扫描馈源天线，透射天线和相控阵天线等。

信号处理中，天线最重要的特性是增益、波束带宽和旁瓣电平，这些又是由天线的功率方向图得到。

天线的角度分辨率由天线的主瓣宽度定义，通常采用3dB波束带宽。

可以解得

3dB波束带宽 

很多时候人们会忽略0.89，直接采用 ，是因为考虑到孔径加权会展宽主瓣的宽度，也是3dB波束带宽的一个比较好的经验公式。

                                                                          

天线功率增益G定义：在输入功率相同的情况下，天线辐射的峰值强度与一个无损耗的各向同性（全向）天线的辐射强度的比值。

天线功率增益取决于天线的方向图和损耗。

功率增益同样有一个经验公式

                                                                    

天线用于接收时，一个重要指标为有效孔径 。如果功率密度为  的电磁波照射天线传送到天线负载的功率为P，则

                                                                    

对于大多数天线，效率近似为1，此时有效孔径和增益的关系为

                                                                       

还有就是阵列天线，和孔径天线有类似，也有不同。

 

下面会继续更新。。。待续