西安电子科技大学：《毫米波雷达综合实验》课程教学资源（课件讲稿）第6讲 毫米波雷达检测、跟踪原理及实验

厚德求真砺学笃行 历婴毛子代找大学 XIDIAN UNIVERSITY 毫米波雷达综合实验 第6讲毫米波雷达检测、跟踪原理及实验

目录ENTS 历噪子代牧大碧 检测原理介绍 跟踪原理介绍 厚德求真砺学笃行 XIDIAN UNIVERSITY

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PART 01 检测原理介绍

01检测实验原理 ◆雷达信号检测流程： 差拍信号 脉压 相干积累 质心凝聚 目标检测信息 CFAR DBF 一维FFT:测距 相干积累：测速 CFAR:目标/杂波噪声判断 质心凝聚：目标归并 DBF:测角 厚德求真面学笃行 4 XIDIAN UNIVERSITY

01 检测实验原理 4 一维FFT： 测距 相干积累：测速 CFAR ：目标/杂波噪声判断 质心凝聚：目标归并 DBF：测角 脉压 相干积累 CFAR 目标检测信息 质心凝聚 差拍信号 DBF ◆雷达信号检测流程：

01实验原理 ◆信号模型 发射信号： s,(t)=cos(2t+u2) 发射信号 回波信号 回波信号： s.()=s,((-7)=cos2(-)+z(t-z)) 回波延迟： x=28-w) B 发射信号和回波信号混频、低通滤波后得到差拍信号 (a) 差拍信号： δ (单脉冲) =50+j-,0)=e2mr）etml fb (6) 锯齿波信号发射接收时频图 5=e4% 厚德求真砺学笃行 XIDIAN UNIVERSITY

01 实验原理 5 t f f0 B Tr  fb t （a） （b） 发射信号 回波信号 ◆ 信号模型 发射信号： ( ) ( ) 2 0 s t cos 2 f t t t =  + 回波信号： ( ) ( ) ( ( ) ( ) ) 2 2 0 s t = s t − = cos f t − + t − r t 发射信号和回波信号混频、低通滤波后得到差拍信号 ( ) ( ) j ( f t) j f t d I Q s s t j s t e e        − −       − − + = +  =  0 2 0 2 2 1 2 差拍信号： （单脉冲） 回波延迟：        + −      − − = 0 2 0 2 0 2 0 2 2 2 t c v c R t f c vf c R j d s e    锯齿波信号发射接收时频图

01实验原理 面账毛子代技大碧 DFT选频特性 ◆脉压 离散复指数信号： 差拍信号 )se宗m =e2普}%- DFT变换： -e22622] --星 0≤k≤N-1 ≈Ae2m DFT选频特性： 2Ro f≈ Xk)=1-e2U- N k=f 1-e 差拍信号经过FFT变换到频域， )0k≠f 获取目标距离信息 厚德求真面学笃行 6 XIDIAN UNIVERSITY

01 实验原理 6 ( ) ( ) ( )   − = − − = = = 1 0 1 2 0 N n f k n N j N n kn N X k x n w e  ( ) fn N j x n e 2 = ( ) ( ) ( )     = = − − = − − k f N k f e e X k f k N j j f k 0 1 1 2 2   0  k  N −1 差拍信号 ◆ 脉压 差拍信号经过FFT变换到频域， 获取目标距离信息 j f t Ae e s e t c v c R t f c vf c R j t c v c R t f c vf c R j d −   = =        + −      − −        + −      − −        2 0 2 0 0 0 0 2 0 0 0 2 2 2 2 2 2 2 2 2 2 ◆ DFT选频特性 离散复指数信号： DFT变换： DFT选频特性： c R f 0 2  

01实验原理 相参积累 原理 对目标所在距离单元在每个T采样 相邻脉冲等重复周期T x(i)=aexp(j2f iT)i=0,1,...,M-1 多普勒频率：f= 2v M 差拍信号： 。-2212必}62）2 s=e 冲 ≈AeJ2对aiz 差拍信号沿脉冲维经FFT变换，获 距离门 N 取目标速度信息 积累过程示意图 厚糖求真砺学笃行 XIDIAN UNIVERSITY

01 实验原理 7 相邻脉冲等重复周期Tr 1 距离门 N M 脉 冲 数 1 x(i) = a exp(j2f d iTr ) i = 0,1,,M −1 对目标所在距离单元在每个Tr采样 ( ) ( ) d r r r j f i T t c v c R viT t f c vf c R viT j d Ae s e     2 2 2 2 2 2 0 2 0 0 0  =       − −  +      − − −  v f d 2 = 差拍信号： ◆ 相参积累 多普勒频率： 原理 差拍信号沿脉冲维经FFT变换，获 取目标速度信息 积累过程示意图

01实验原理 ◆相参积累 1#滤波器幅频响应曲线(FFT方法) 30 X:0.05 Y:2406 工程实现 x015 Y:10.89 x(1) 延时 延时 延时 延时 10 T : 10 y(t) -20 工程实现： -30 0.2 0 、0.6 0.8 归一化频率所 x因ep(2mk7N 对于FFT滤波器组中的每个滤波器，根据sinc函 数性质，采用FFT方法进行相参积累，主副瓣比 ∑k)w,n=0,12N-1 约为-13.2dB。 厚德求真面学笃行 8 XIDIAN UNIVERSITY

01 实验原理 8 ( ) ( ) ( ) ( ) 1 0 1 0 exp 2 / , 0,1,2, , 1 N k N nk k X n x k j nk N x k W n N  − = − = = − = = −   工程实现： 对于FFT滤波器组中的每个滤波器，根据sinc函 数性质，采用FFT方法进行相参积累，主副瓣比 约为-13.2dB。 延时 Tr 延时 Tr 延时 Tr 延时 Tr Σ … N j e N 1 j e N 2 j e 1 j e xt( ) y t( ) 0 0.2 0.4 0.6 0.8 1 -30 -20 -10 0 10 20 30 X: 0.06 Y: 24.06 归一化频率f/fr 幅度响应/dB 1#滤波器幅频响应曲线（FFT方法） X: 0.15 Y: 10.89 ◆ 相参积累 工程实现

01实验原理 ◆相参积累 特点 (1)相参积累只适用于“等T”（重频不变)的场合。如果脉间 “变T”（重频参差)，则不能采用FT的处理方法进行相参积累。 (2)相参积累时间或间隔(CP1)取决于一个波位的驻留时间和目 标运动速度的限制。一般警戒雷达在一个CPI内目标运动不超过一个距 离分辨单元，同时在一个CPI内目标运动的多普勒频率变化也不能超过 一个多普勒分辨单元。 厚德求真砺学尊行 XIDIAN UNIVERSITY

01 实验原理 9 （1）相参积累只适用于“等T”（重频不变）的场合。如果脉间 “变T”（重频参差），则不能采用FFT的处理方法进行相参积累。 （2）相参积累时间或间隔（CPI）取决于一个波位的驻留时间和目 标运动速度的限制。一般警戒雷达在一个CPI内目标运动不超过一个距 离分辨单元，同时在一个CPI内目标运动的多普勒频率变化也不能超过 一个多普勒分辨单元。 ◆ 相参积累 特点

01实验原理 ◆相参积累 特点 (3)相参积累可以提供一定的多普勒分辨性能。目标的不模糊多 普勒频率为fd<f/2。 (4)相参积累是以一组W个脉冲为单位进行处理的，在一个CPI 输出一个结果。 (5)理论上，W个脉冲进行相参积累的信噪比改善可以达到单个 脉冲的W倍。即要达到同样的检测性能，对单个脉冲的检测因子可以 降低1/W。因此，有利于降低发射功率或提高检测性能。 厚德求真面学笃行 0 XIDIAN UNIVERSITY

01 实验原理 10 （3）相参积累可以提供一定的多普勒分辨性能。目标的不模糊多 普勒频率为 。 （4）相参积累是以一组N 个脉冲为单位进行处理的，在一个CPI 输出一个结果。 （5）理论上，N 个脉冲进行相参积累的信噪比改善可以达到单个 脉冲的N 倍。即要达到同样的检测性能，对单个脉冲的检测因子可以 降低1/N 。因此，有利于降低发射功率或提高检测性能。 / 2 d r f f  ◆ 相参积累 特点