雷达系统中的信号处理技术
孙中山简历-
雷达系统中的信号处理技术
摘要
本文介绍了雷达系统及雷达系统
信号处理的主要内容，
着重介绍与分析了雷达
系统信号处理的正
交采样、
脉冲压缩、
MTD
和恒虚警检
测几种现代雷达技术，
雷达
系统通过脉冲压缩解决解决雷达作用
距离和距离分辨力之间的矛盾，通过
MTD
来
< br>探测动目标，通过恒虚警（
CFAR
）来实现整个系统对
目标的检测。
关键词
雷达系统
正交采样
脉冲压缩
MTD
恒虚警检测
1
雷达系统概述
雷达是
R
adar
（
Radio Detection And Ran
ging
）的音译词，意为“无线电检测和
测距”，即利用无线
电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶
段的功能。雷达的任务就是
测量目标的距离、方位和仰角，还包括目标的速度，以
及从目标回波中获取更多有关目标
的信息。典型的雷达系统如图
1
，它主要由雷达
发射机、天线、雷达接收机、收发转换开关、信号处理机、数据处理机、终端显示
等设备组成。
图
1
雷达系统框图
随着现代电子技术的不断发展，特别是数字信号处理技术、超大规模集成数字
电路技
术、计算机技术和通信技术的告诉发展，现代雷达信号处理技术正在向着算
法更先进、更
快速、处理容量更大和算法硬件化方向飞速发展，可以对目标回波与
各种干扰、噪声的混
叠信号进行有效的加工处理，最大程度低剔除无用信号，而且
在一定的条件下，保证以最
大发现概率发现目标和提取目标的有用信息。
雷达发射机产生
符合要求的雷达波形，然后经馈线和收发开关由发射天线辐射
出去，
遇到目标后，
电磁波一部分反射，
经接收天线和收发开关由
雷达接收机接收，
然后对雷达回波信号依次进行信号处理、数据处理，就可以获知目标的
相关信息。
雷达信号处理的流程如下：
图
2
雷达信号处理流程
2
雷达信号处理的主要内容
雷达信号处理是雷达系统的主要组成部分。信号处理消
除不需要的杂波，通过
所需要的目标信号，并提取目标信息。内容包括雷达信号处理的几
个主要部分：正
交采样、脉冲压缩、
MTD
和恒虚警检测。
正交采样是信号处理的第一步，担
负着为后续处理提供高质量数据的任务。采
样的速率和精度是需要考虑的首要问题，采样
系统引起的失真应当被限定在后续信
号处理任务所要求的误差范围内，直接中频数字正交
采样是当代雷达的主要技术之
一。脉冲压缩技术在现代雷达系统中得到了广泛的应用。脉
冲压缩雷达既能保持窄
脉冲雷达的高距离分辨力，又能获得脉冲雷达的高检测力，并且抗
干扰能力强。现
在，脉冲压缩雷达使用的波形正在从单一的线性调频发展到时间、频率、
编码混合
调制，在尽可能不增加整机复杂度的条件下实现雷达性能的提升。杂波抑制是雷
达
需要具备的重要功能之一。动目标指示与检测是通过回波多普勒频移的不同来区分
动目标和固定目标，通过设计合理的滤波器（组），就可以把目标号和杂波分开。
一个完备的杂波抑制系统
MTD
、杂波图、
CFAR
检测等技术的综合应用，实现从杂
波
和噪声环境中检测目标任务。
3
雷达系统信号处理关键技术及分析
3.1
数字正交相干检波
随着数字电路技术的发展，数字信号处理技术在高性能雷达等系统中得到广泛
的应用。在这些应用中，对接收通道的要求越来越高，数字正交相干检波技术成为
了提
高现代雷达性能的重要技术之一。传统的模拟正交接收机由于模拟器件的不一
致性，且受
到环境温度、电源电压等影响较大，其
I/Q
通道存在较大的幅
度和相位
正交误差，并因此严重影响雷达的整机性能。而基于直接中频采样的数字正交相
干
检波技术具有镜频抑制比高、
体积小、
一致性好等优点。
它基于带通信号采样理论，
在欠采样情况下
保证信号的有用频谱不发生混叠，从而恢复得到正确的
I/Q
信
号，
因此得到了广泛的应用。
正交双
通道处理就是中频回波信号经过两个相似的支路分别处理，其差别仅是
其基准的相参电压
相位差
90
°，这两路称为：
同相支路
(Inphase Channel)
——
I
支路
正交支路
(Quadrature Channel)
——
Q
支路
传统方法使用的是模拟正交双通道处理，正交
I
、
Q
通道处理是将接收机输出
的中频
回波信号分别与正交的两路相参信号混频（采用模拟乘法器），然后进行低
通滤波，从而
得到
I
、
Q
两
路基带信号，再通过
A/D
变换给出同相分量和正交分量
的数字量，如图
3
所示：
图
3
正交双通道采样结构图
正交双通道处理的优点
(
相对于单通道处理
)
：
（
1
）可区分±
f<
/p>
d
，以确定目标相对运动方向；
（
2
）
能消除盲相
（单通道
MTI
时目标多普勒信号的相位取样对消导致零输出）
。
3.2
雷达脉冲压缩技术
雷达是通过对回波信号做一些相应的处理来识别复杂回波中的有用信息的。因
此，波形设计有着相当重要的作用，不同的波形将影响雷达发射机形式的选择、信
号处
理方式、雷达的作用距离及抗干扰、抗截获等很多重要问题。现代雷达为了提
高雷达发射
机平均功率，往往采取了时宽很宽的发射脉冲，脉宽甚至达到了若干毫
秒。由雷达的模糊
函数的概念可知，雷达的距离分辨率和发射信号的有效带宽成反
比，为了能达到要求的距
离分辨力，必须提高发射信号的有效带宽，常用的方法是
采用脉冲压缩处理方式。
脉冲压缩技术可以获得较大的时宽带宽信号，使雷达同时具有作用距
离远、高
测距、高测速精度和好的距离、速度分辨率的优点。同时，在密集的有源电磁环
境
中，雷达之间的相互干扰会成为严重的问题。采用脉冲压缩技术的雷达发射端可以
采用不同的调制波形，接收端采用不同的匹配滤波器，从而减少了雷达之间的相互
干扰。
线形调频信号是一种典型的脉冲压缩信号
，也是研究最早而又应最广泛的一种
脉冲压缩信号。它具有对目标回波信号多普勒频移不
敏感，技术较成熟等优点。但