雷达信号分析与处理

关键词：

第一篇：雷达信号分析与处理

相控阵雷达信号处理的基础

摘要

本文节给出了一个关于相控阵雷达原理和术语的简短的调查研究。波束形成、雷达探测与参数估计已经描述过了。子阵的概念，单脉冲与任意子阵的估计开发。作为一个自适应波束形成，这是在其他几个部分处理的准备，关于模型塑造的确定性加权的主题将会进行详细的介绍。

1.0 引言

当今阵列在许多应用程序、视图和术语中的运用是完全不同的。我们在这里介绍几个相控阵雷达天线和相关信号处理的具体特点。首先，雷达原理和术语的解释。大量阵列单元的波束形成是典型雷达天线的特点和问题，在其他应用程序众所周知。因此，我们讨论了阵列填满、大光圈和带宽的特殊问题。为了降低成本和空间，天线的输出通常归结于子阵。数字化处理只能靠子阵输出解决。等部分模拟和数字波束形成的问题，特别是光栅的问题进行了讨论。本主题将重新考虑自适应波束形成，空时自适应处理(STAP)，和SAR。

雷达探测范围和方向估计由统计假设检验和参数估计理论进行计算。这一理论的主要应用将在下一章的自适应波束形成中进行讨论。在这个章中，我们提出了单脉冲估计的应用，并且在下一章中扩展到自适应阵列或STAP的单脉冲估计。

由于波束形成在相控阵中起着核心作用，也为各种自适应波束形成做了准备，并且为确定性天线波束形成和和相关通道精度要求做了详细介绍。

2.0雷达和阵列的基础

2.1基本概念

雷达原理在图1中进行了描述。一个长度为τ的脉冲被传输，被反射在目标上和在t0时刻雷达再次收到该脉冲。这个信号的传输时间经计算为

R0ct0/2。这个过程中脉冲重复间隔为(PRI)T。因此，最大的明确范围为

RmaxcT/2。

比之/T称为占空比。

1PSignalPnoisePmGt.0.Gr2.244RkT0FB.L1接收到的信号与噪声功率比(SNR)由雷达方程描述。

SNR4R22.

 波长 (cm)kT0 =4*10-21 Ws (W/Hz)F 噪声系数 (dim-less)B 带宽 (Hz)L 损耗 (dim-less)

这是的1/R规则要求雷达设计师必须尽可能增加传送或接收的能量。 快速实时处理：过滤接收到的脉冲使得信号能量能够最大限度地提取(匹配滤波，脉冲压缩)。这是实现卷积接收到的数据样本yk4zk发射波的形式sk，k1..L,szr1Lkr。脉冲压缩后距离分辨率为Rc/2，其中τ是脉冲压缩后的有效脉冲长度。通过压缩后较短的长度对长发射脉冲进行适当的编码，因此可以实现很高的分辨率。这需要一个更大的带宽。脉冲之前的么长度和压缩后的长度之比称为压缩比K，与时间带宽积类似，

K=before/afterBbefore。模拟波形，如用于脉冲压缩的线性频率调制(调频)，或通过某种子脉冲切换的离散码，例如：二进制代码或多相码。脉冲压缩后的雷达旁瓣对于避免假目标非常重要。此外，压缩脉冲必须适应多普勒频移，多普勒频移是一个典型的目标重复移动的频率。

慢时处理：接收信号能量可以增加整合电源脉冲。由于多普勒效应，具有一定径向速度R的目标回波经历了一个fD2R/的频移。从脉冲间隔时间T，我们可以观察到一次相移

D2fDT。如果这次变换得到补偿就能收集到最大

yej2fDkTykk1K能量。正确的相位补偿的总和被称为连贯整合，向速度和因此导致的多普勒频为相干处理间隔，CPI。

fD。当然，径

是未知的，必须进行估计。积分时间KT被称此外，也可以只对幅度进行相加，叫做非相干积分，

yy2k1K2k。在一

个雷达的固定观察方向(例如若干CPI)上的所有处理时间称为延时。

2.2相控阵原理

相控阵的原理是从大量的基本球面波形如图2所示，生成一个波前平面。一些阵列天线的技术实现也显示在图中。球面波通过基本天线单元的全方位特征来近似实现。在基本天线上应用适合的激励和接收的所有信号的总和被称为波束形成。

为什么人们对相控阵天线如此感兴趣?它的主要优点是几乎是无限快速地转换阵列的观察方向。这使得我们可以根据一些最优准则，而不是根据一个连续的

41R机械运动来阐明搜索空间。回顾准则，这迫使我们集中传输能量。优化目标接收的能量的各个方面都可以用关键词——能量管理来表示，这是相控阵的本质上的优势。特定的能源管理组成部分是

 相干积分几乎可以达到任意长。这可以做到更好的杂波抑制(多普勒分辨力)，通过提取光谱的特征来进行目标分类，并最终进行SAR和ISAR处理。

 时分复用的不同雷达的任务，如搜索和跟踪多个目标的性能。这允许使用单相位阵列雷达作为多功能雷达。

 个别的雷达任务的优化：优化搜索，采集和跟踪波形，需要时的高精度测量，变量的光束形状，跟踪优化算法(雷达通过跟踪算法和一个先验信息来进行控制)。

 较低的主要能量消耗(仅适用于主动阵列，节省约2倍)

 高故障间的平均时间间隔(MTBF)由于优美的退化(只对于主动阵列)  如果在天线孔径的空间样本可供选择：自适应波束形成(ABF)的时空自适应处理(STAP)，超高分辨率

2.3 波束形成

相控阵的关键技术问题之一是波束形成的操作。为了连贯地总结所有信号，在位置rx,y,zT的天线单元的接收信号的时间延迟必须进行补偿。我们通过如图3所示的天线坐标系统U中的单位方向向量(有时也被称为“方向余弦”)，来表示入射波平面的入射角。绿色的平面可能代表一个平面天线的口径。公式对于三维阵列也有效。位置r的元素和原点之间的路径长度是

对于如图3左边子图所示的线性天线，它等于xsin。 在元素r处的信号可写为

其中，f是发射频率，c是光速。相应地，我们在方向U0上用N个天线单元形成一个波束，通过补偿这些延迟

上标H表示共轭转置。我们称有等距单元的线性天线在众所周知的函数。

au0为控制向量。对于一个特殊的情况下的

xd/2xkkd/2(此单元被k分开)，此结果导致了

第二篇：信号分析与处理读书报告

读书报告

随着低碳经济的提出和节能减排的号召，绿色汽车、节能减排已经成为当今汽车工业发展的主旋律，然而，面对因汽车增多而日益突出的交通拥堵问题、安全问题，使得车辆“智能化”，成为汽车工业的发展方向之一。

汽车的智能化是环境感知、规划决策、多等级辅助驾驶等功能于一体的综合系统，它集中运用了计算、现代传感器、信息融合、通信、人工智能及自动控制技术，是典型的高新技术综合体。他的实现必须要求汽车系统与环境系统之间发生信息的流动和监测，以使得汽车能够在环境发生变化时做出正确的决策，所以信号分析与处理在现代汽车以及其研发过程中具有重要的地位。

我参与的项目是ESP的硬件在环仿真实验研究，通过学习《信号分析与处理》这本书，对我的科研工作有如下帮助：

1、它在试验方案设计中具有重要的作用，帮助我们对整过试验工作做全盘的计划，在给定的目的要求下，有效、方便、真实、充分地再现某种物理现象，取得能揭示该现象内在规律的信息和数据，主要包括：实验原理和方案的确定;测量系统的配置;试验条件、步骤、方法;数据处理方案和精度要求。

2、试验信号的采集，它是在人为控制下重现某种物理现象，并测取变化规律的信号和数据。关键是要保证采集后的信号和原始信号的真实性，即要避免出现采集信号失真的情况发生，那就需要在采集过程中要满足不失真条件：系统的输入/输出信号归一化相关函数的值至少有一点为+1或者是-1。

3、数据的处理与分析，是对原始数据进行综合、概括和信息变换，目的是去伪存真、由表及里，解释现象的本质规律。

试验对于工程技术科学是非常重要的，而试验在论证工程技术时，信号的采集与处理扮演了很重要的作用。所以我觉得《信号分析与处理》这本书中重要的知识点是：对信号的时域和频域分析以及它们之间的对应关系和内在关系的分析;由于在采集信号过程中会出现很多干扰，故还应该对滤波器的设计进行好好学习。

在时域和频域分析时，有一个重要的分析工具就是傅里叶变换，其中快速傅里叶变换(FFT)尤其重要。FFT并不是一种新的变换形式，它只是离散傅里叶变换(DFT)的一种快速算法。FFT主要应用在快速卷积、相关和频谱分析中，主要的算法有时间抽选和频率抽选FFT算法两种，以时间抽选FFT算法来讲，它 的特点是：基本运算单元都是蝶形，任何一个长度为N=2M的序列，总可通过M次分解最后成为2点的DFT计算;原位计算，这是由蝶形运算带来的好处，每一级蝶形运算的结果Xm+1(p)无须另外存储，只要再存入Xm(p)中即可，Xm+1(q)亦然。

这样将大大节省存储单元;变址计算，输入为“混序”(码位倒置)排列，输出按自然序排列，因而对输入要进行“变址”计算(即码位倒置计算)。“变址”实际上是一种“整序”的行为，目的是保证“同址”。要注意的是：该算法必须遵循两条准则，对时间奇偶分，对频率前后分。

《工程信号分析与处理》这门课程对我的论文工作有诸多帮助，是一门非常有用的课程，在以后的科研过程中还会更认真的来阅读相关书籍。

第三篇：信号分析与处理综合作业

作业一：信号分析与处理在某一方面的应用综述

要求：

1、查阅学校图书馆的纸质和电子图书与期刊，撰写一篇信号分析与处理在某一方面的应用的小论文，要求至少查阅5篇以上的论文;

2、论文的格式要按照期刊论文发表的格式，由以下几个部分组成;

题目，中文摘要，英文摘要，中文关键词，英文关键词，前言，正文，结论，参考文献;

3、论文中引用的部分要注明;

4、论文字数不少于1500字，要求手写，不能打印。

作业二：声音信号的分析与处理

1、 利用windows里的录音机等工具，记录声音“专业班级姓名”，如“勘查083班张三”，最好存储为wav的单声道格式;

2、 在公用邮箱中下载地震数据文件和测井数据文件;

3、 对上述信号的频谱进行分析，写出其频谱特征;

4、 对上述信号进行时域简单处理，如反褶，尺度变换，试听处理后的结果;;

5、 分别设计低通，高通和带通滤波器对此信号进行处理，试听处理后的结果;

6、 (选做)对此信号进行纯相位滤波或其他的处理;

7、 写出相应的分析与处理的报告，报告中要插入有关的图件(要有分析)和分析与处理的程序;

8、 将报告、程序和处理前后的声音信号压缩成一个文件，发送到邮箱，邮件的标题格式为“专业班级学号姓名”。

第四篇：信号分析与处理综合设计实践

一、设计实践目的：

综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，并利用MATLAB作为工具进行实现，从而复习巩固课堂所学的理论知识，提高对所学知识的综合应用能力，并从实践上初步实现对数字信号的处理。

二、课程设计时间安排：

第一天：布置设计任务，讲解设计要求，提示设计要点。

第二～四天：查阅资料(在图书馆或上网)，弄清题目要求，提出解决方案。) 第五～十一天：根据题目要求，将理论推导与编程实现相结合，写出设计报告。

第十二天：答辩。

三、设计内容：

1. 设计题目一: 语音信号的处理与滤波(难度系数：0.8)

1.熟悉并掌握MATLAB中有关声音(wave)录制、播放、存储和读取的函数。

2.在MATLAB环境中，使用声音相关函数录制2秒左右自己的声音，抽样率是8000Hz/s。(考虑如何解决一个实际问题：录制刚开始时，常会出现实际发出声音落后录制动作半拍的现象，如何排除对这些无效点的采样?)

3.分别取8000个和16000个数据进行频谱分析，得到幅度和相位谱，比较二者异同并分析原因。

4.针对电话信道(最高3500Hz)，设计一个FIR或IIR滤波器进行滤波，把抽样率转变为7000Hz/s，并进行频谱分析，得到幅度和相位谱。

5.把处理后的所有数据储存为声音文件，与原始声音进行比较。

2. 设计题目二：编程实现任意确定信号的频谱分析算法。(难度系数：0.9)

(1)对给定的CEG和弦音音频文件取合适长度的采样记录点，然后进行 频谱分析(信号的时域及幅频特性曲线要画出)。

(2)分析CEG和弦音频谱特点，对该信号频谱能量相对较为集中的频带(分低、中、高频)实现滤波(分别使用低通，带通及高通)，显示滤波后信号的时域和频域曲线，并对滤波后的信号与原信号的音频进行声音回放比较。

(3)在低、中、高三个频带中，各滤出三个能量最集中的频簇，显示滤波后信号的时域和频域曲线。

(4)任意选择几个滤出的频带(或频簇)进行时域信号重建(合成)，与原信号的音频进行声音回放比较。

讨论：根据上述结果，分析什么是和弦音。

3. 设计题目三：设计并实现FIR数字滤波器的窗口设计算法(难度系数：0.7) 要求：输入数字滤波器指标，包括滤波器类型(低通、带通、带阻或高通等)，通带截止频率，通带最大波动，阻带开始频率，阻带衰减，设计得到FIR滤波器，并画出设计得到的滤波器的增益曲线图(要有坐标标度)。为了使编制的程序操作方便，设计处理系统的用户界面：在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择输入信号并显示相应的输出信号等。

讨论：对多种窗口、不同阶数设计结果进行比较。

4. 设计题目四：语音信号的处理与滤波(难度系数：1)

内容：录制一段个人自己的语音信号，并对录制的信号进行采样;画出采样后语音信号的时域波形和频谱图;给定滤波器的性能指标，采用窗函数法和双线性变换法设计滤波器，并画出滤波器的频率响应;然后用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波，画出滤波后信号的时域波形和频谱，并对滤波前后的信号进行对比，分析信号的变化;回放语音信号;换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容，分析两段内容相同的语音信号频谱之间有什么特点;再录制一段同样长时间的背景噪声叠加到你的语音信号中，分析叠加前后信号频谱的变化，设计一个合适的滤波器，能够把该噪声滤除;最后，设计一个信号处理系统界面。

基本步骤：

1.语音信号的采集

熟悉并掌握MATLAB中有关声音(wave)录制、播放、存储和读取的函数，在MATLAB环境中，使用声音相关函数录制3秒左右自己的声音。(考虑如何解决一个实际问题：录制刚开始时，常会出现实际发出声音落后录制动作半拍的现象，如何排除对这些无效点的采样?)

2.语音信号的频谱分析

要求首先画出语音信号的时域波形;然后对语音号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性，从而加深对频谱特性的理解。

3.设计数字滤波器并画出其频率响应

给出各滤波器的性能指标：

(1)低通滤波器性能指标：fb=1000 Hz，fc=1200 Hz，As=100dB，Ap=1dB。

(2)高通滤波器性能指标：fc=4800 Hz，fb=5000 Hz As=100dB，Ap=1dB。

(3)带通滤波器性能指标：fp1=1200 Hz，fp2=3000 Hz，fsc1=1000 Hz，fsc2=3200Hz，As=100dB，Ap=1dB。

要求用窗函数法和双线性变换法设计上面要求的3种滤波器。在Matlab中，使用函数butter，cheby1等函数设计IIR滤波器;利用Matlab中的函数freqz画出各滤波器的频率响应。

4.用滤波器对信号进行滤波

要求用自己设计的各种滤波器分别对采集的信号进行滤波，在Matlab中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。

5.比较滤波前后语音信号的波形及频谱

要求在一个窗口同时画出滤波前后的波形及频谱。

6.回放语音信号

在Matlab中，使用相关声音函数对声音进行回放。辨别滤波前后的声音有何变化。

7.男女声语音信号频谱特点分析

换一个与你性别相异的人录制同样一段语音内容，分析两段内容相同的语音

信号频谱之间有什么特点。

8. 背景噪声滤除

再录制一段同样长时间的背景噪声(频谱能量集中在某个小范围内)叠加到你的语音信号中，分析叠加前后信号频谱的变化，设计一个合适的滤波器，能够把该噪声滤除。

9.设计系统界面(用MATLAB中GUIDE工具，要求自学)

为了使编制的程序操作方便，要求有能力的同学，设计处理系统的用户界面。在所设计的系统界面上可以选择滤波器的类型，输入滤波器的参数，显示滤波器的频率响应，选择信号等。

四、课程设计要求：

1.设计说明书(约3000～4000字)，按照毕设范文格式来撰写，包括：

(1)封面;

(2)目录;

(3)摘要;

(4)正文。

①设计内容(简述本设计的任务和要求，可参照任务书和指导书); ②设计原理(简述设计过程中涉及到的基本理论知识);

③设计过程(按设计步骤详细介绍设计过程，即任务书和指导书中指定的各项任务)

I.程序源代码：给出完整源程序清单;程序流程图：用VISIO绘制; II.调试分析过程描述：包括测试数据、测试输出结果，以及对程

序调试过程中存在问题的思考(列出主要问题的出错现象、出错

原因、解决方法及效果等);

III.结果分析：对程序结果进行分析，并与理论分析进行比较。

(5)结论：包括课程设计过程中的学习体会与收获、对Matlab语言和本次

课程设计的认识以及自己的建议等内容;

(6)参考文献。

2.附件：(可以将设计中得出的波形图和频谱图作为附件，在说明书中涉及

相应图形时，注明相应图形在附件中位置即可;也可不要附件，所有内容全部包含在设计说明书中。所有的实验结果图形都必须有横纵坐标标注，必须有图序和图题。)

3.设计报告提交电子版和打印版各一份。

注意：

鼓励互相讨论交流，但不得抄袭他人的报告(或给他人抄袭)，一旦发现，抄袭者和被抄袭者成绩均为零分!!!

第五篇：信号分析与处理复习资料全

信号分析与处理

1.什么是信息?什么是信号?二者之间的区别与联系是什么?

信号是如何分类的?

2.非平稳信号处理方法(列出方法就行)

3.信号处理内积的意义，基函数的定义与物理意义。

4.什么叫自相关函数?其意义与性质是什么?

5.什么叫互相关函数?其意义及性质是什么?

6.举例说明互相关函数，自相关函数的应用(船速测量)

7.快速傅里叶变换(FFT)的基本思想是什么?

以长度为8的数据序列为例说明FFT的计算流程(P50~P51)

8.如何通过自功率谱密度函数和互功率谱密度函数计算系统的传递函数或性质?(P55~P56)

9.什么是想干函数?其物理意义是什么?

10.什么是倒频谱?及其应用与物理意义。

11.什么是Hilbert变换?其原理及应用条件是什么?

12.循环平稳信号的定义

一阶循环统计量与二阶循环统计量的物理意义及应用。

13.短时傅里叶变换的概念(主思想)及物理意义是什么?

14.什么是小波变换?从母小波到紫晓波如何构造小波基函数?

15.Mallat算法原理。

16.谐波小波定义。说明Newland快速算法的过程及思想。

17二代小波的原理是什么?如何计算?