相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 第9章高分辩力雷达 91高距离分辩力信号及其处理 92合成孔径雷达(SAR 9.3逆合成孔径雷达(ISAR 94陈列天线的角度高分辨力 BACK
第 9 章 高分辩力雷达 第 9 章 高分辩力雷达 9.1 高距离分辩力信号及其处理 9.2 合成孔径雷达(SAR) 9.3 逆合成孔径雷达(ISAR) 9.4 陈列天线的角度高分辩力
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 91高距离分辨力信号及其处理 当滤波器输入端为信号和噪声的混合物时,即 x(1)=S;(1)+n(t 先设噪声为均匀白噪声,其双边功率谱密度为Pn(=N2。S()为 确知,其频谱S、)为 S,(f)= S,()e/2rgfi 当滤波器的频响(为信号频谱S(0的复共轭时,称之为信号 的匹配滤波,在其输出端可获得最大信号噪声比。即匹配滤波器 的频率响应
第 9 章 高分辩力雷达 9.1 高距离分辨力信号及其处理 当滤波器输入端为信号和噪声的混合物时， 即 x(t) s (t) n(t) = i + 先设噪声为均匀白噪声，其双边功率谱密度为Pn (f)=No /2。Si (t)为 确知，其频谱Si (f)为 S f s t e dt j ft i i 2 ( ) ( ) − = 当滤波器的频响H(f)为信号频谱Si (f)的复共轭时，称之为信号 的匹配滤波，在其输出端可获得最大信号噪声比。即匹配滤波器 的频率响应
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 H()=ks()e Jzo κ为常数;是使滤波器物理可实现所附加迟延。匹配滤波器输 出端可获得的信号噪声功率比的最大峰值可求得为 信号输出功率最大峰值2E max 输出噪声平均功率N 式中,E为输入信号能量 E=」S()=」s( 若按发射机峰值功率的定义(高频周期平均值),则匹配滤波器输 出端的信噪比 输出信号峰值功率E 输出噪声平均功率N
第 9 章 高分辩力雷达 * 2 0 ( ) ( ) j f t i H f k S f e − = k为常数；t0是使滤波器物理可实现所附加迟延。匹配滤波器输 出端可获得的信号噪声功率比的最大峰值可求得为 0 max 2 N E d = = 输出噪声平均功率 信号输出功率最大峰值 式中，E为输入信号能量， E S f f s t t | i ( ) | d | i ( ) | d 2 2 − − = = 若按发射机峰值功率的定义(高频周期平均值)，则匹配滤波器输 出端的信噪比 0 ' max N E d = = 输出噪声平均功率 输出信号峰值功率
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 说明输出端最大信噪比只取决于输入信号能量E和输入噪声功率 谱密度N/2,而和输入信号形式无关 匹配滤波器的时域脉冲响应h()可由其频响H求得: h()=H()ex(j2)d=s(-) 由于物理上存在的实信号满足s(to-1)=s(t-1),故匹配滤波器 的脉冲响应h(o)=S(4-1),它是输入信号S(1)的镜像,并有相应的 时延。为保证滤波器在物理上可实现,其脉冲响应h(应满足 h(=0,t<0时
第 9 章 高分辩力雷达 说明输出端最大信噪比只取决于输入信号能量E和输入噪声功率 谱密度 ，而和输入信号形式无关。 匹配滤波器的时域脉冲响应h(t)可由其频响H(f)求得： N0 / 2 ( ) ( )exp( 2 ) ( ) 0 * h t H f j f t df s t t = = i − − 由于物理上存在的实信号满足s * i (t0 -t)=si (t0 -t)，故匹配滤波器 的脉冲响应h(t)=Si (t0 -t)，它是输入信号Si (t)的镜像，并有相应的 时延t0。 为保证滤波器在物理上可实现，其脉冲响应h(t)应满足 h(t)=0， t＜0时
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 如果信号出现于时间间隔(04)内,则应有≥t。为了充分利用输 入信号能量,也应选择,即输出达到最大峰值的时间,必 然在输入领事全部结束之后,即充分利用了信号的全部能量。 匹配滤波器输出y(1)是输入x(和h()的卷积,即 ()=「h()x(t-0)dh=|s(0-us(t-l)+n(t-)l y(1)+yn(1)=C(t-t0)+C(t-6) 从原理上讲,匹配滤波器等效为一个互相关器,它的输出是 信号s(t)的自相关函数及信号和噪声的互相关函数。匹配滤波和 相关接收在本质上是相同的,只是在技术实现的方法上有差异, 可根据使用时的不同情况选用其中之一。从输出y()可看出,信 号y(达到最大值的时间是t=1。,即自相关函数值最大
第 9 章 高分辩力雷达 如果信号出现于时间间隔(0,t s )内，则应有t0≥t s。为了充分利用输 入信号能量，也应选择to≥t s，即输出达到最大峰值的时间， 必 然在输入领事全部结束之后，即充分利用了信号的全部能量。 匹配滤波器输出y(t)是输入x(t)和h(t)的卷积， 即 ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( ) ( )[ ( ) ( )] 0 0 0 y t y t C t t C t t y t h u x t u du s t u s t u n t u du s n s s s n i i = + = − + − = − = − − + − − − 从原理上讲，匹配滤波器等效为一个互相关器，它的输出是 信号si (t)的自相关函数及信号和噪声的互相关函数。匹配滤波和 相关接收在本质上是相同的，只是在技术实现的方法上有差异， 可根据使用时的不同情况选用其中之一。从输出y(t)可看出，信 号ys (t)达到最大值的时间是t=to，即自相关函数值最大
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 信号自相关函数y()与其频谱S的关系为 y()=C(n)=s()(-m)=s()e2md 即自相关函数是信号功率谱的傅里叶变换,信号频谱愈宽时, 其时域上的自相关函数愈窄,相应的距离分辨力愈高。 距离(时延)分辨力是所用信号形式的固有特笥,信号通过 匹配滤波器后的输出,y(u4)是信号的自相关函数。在距离分辨 力的理论研究中,常定义时延分辨常数A来表征信号的时延分 辨特性: y2(0)
第 9 章 高分辩力雷达 信号自相关函数ys (t)与其频谱si (f)的关系为 y u C u s t s t u dt S f e df j f u s s s i i i 2 2 ( ') ( ) ( ) ( ) ( ) = = − = − 即自相关函数是信号功率谱的傅里叶变换，信号频谱愈宽时， 其时域上的自相关函数愈窄， 相应的距离分辨力愈高。 距离(时延)分辨力是所用信号形式的固有特笥，信号通过 匹配滤波器后的输出，ys (u′)是信号的自相关函数。在距离分辨 力的理论研究中，常定义时延分辨常数Aτ来表征信号的时延分 辨特性： (0) | ( ) | 2 2 s s y y u du A − =
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 1值愈小,信号固有的时延分辨力愈强。根据傅里叶变换式 y()<|S()P 以及巴塞瓦尔定理,A,可改写为 ∫|S()d I S(i df 其量纲为时间,而距离分辨力取决于信号的频谱结构。例如 简单矩形脉冲宽度为τ时,可计算得其A=2τ3,线性调频脉冲 其调频带宽为Bn时,A=1/Bn
第 9 章 高分辩力雷达 Aτ值愈小，信号固有的时延分辨力愈强。根据傅里叶变换式 2 y (u) | S( f ) | s 以及巴塞瓦尔定理，At可改写为 2 4 4 | ( ) | | ( ) | = − − S f df S f df A 其量纲为时间，而距离分辨力取决于信号的频谱结构。 例如， 简单矩形脉冲宽度为τ时，可计算得其Aτ =2τ/3，线性调频脉冲 其调频带宽为Bm时，Aτ = 1/Bm
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 根据匹配滤波器理论,在白噪声背景下,滤波器输出端信号 噪声功率比的最大峰值为2EN,即当噪声功率谱密度给定后, 决定雷达检测能力的是信号能量E。 早期脉冲雷达所用信号,多是简单矩形脉冲信号。这时脉冲 信号能量Epτ,P为脉冲功率,τ为脉冲宽度。当要求雷达探测 目标的作用距离增大时,应该加大信号能量E。增大发射机的脉 冲功率是一个途径,但它受到发射管峰值功率及传输线功率容量 等因素的限制,只能有一定范围。在发射机平均功率允许的条件 下,可以用增大脉冲宽度τ的办法来提髙信号能量。但应该注意 到,在简单矩形脉冲条件下,脉冲宽度τ直接决定距离分辨力。 为保证上述指标,脉冲宽度τ的增加会受到明显的限制。提高雷 达的探测能力和保证必需的距离分辨力这对矛盾,在简单脉冲信 号中很难解决,这就有必要去寻找和采用较为复杂的信号形式
第 9 章 高分辩力雷达 根据匹配滤波器理论，在白噪声背景下，滤波器输出端信号 噪声功率比的最大峰值为2E/N0，即当噪声功率谱密度给定后， 决定雷达检测能力的是信号能量E。 早期脉冲雷达所用信号，多是简单矩形脉冲信号。这时脉冲 信号能量E=pt τ，Pt为脉冲功率，τ为脉冲宽度。当要求雷达探测 目标的作用距离增大时，应该加大信号能量E。增大发射机的脉 冲功率是一个途径，但它受到发射管峰值功率及传输线功率容量 等因素的限制，只能有一定范围。在发射机平均功率允许的条件 下， 可以用增大脉冲宽度τ的办法来提高信号能量。但应该注意 到，在简单矩形脉冲条件下，脉冲宽度τ直接决定距离分辨力。 为保证上述指标，脉冲宽度τ的增加会受到明显的限制。 提高雷 达的探测能力和保证必需的距离分辨力这对矛盾，在简单脉冲信 号中很难解决，这就有必要去寻找和采用较为复杂的信号形式
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 匹配滤波器输出信号是波形的自相关函数,它是信号功率 谱的傅里叶变换值。因此距离分辨力取决于所用信号的带宽B。 B愈大,距离的分辨力越好。在简单矩形脉冲时,信号带宽B与 其脉冲宽度τ满足Bκ1的关系,因此用宽脉冲时必然降低其距 离分辨力。如果在宽脉冲内采用附加的频率或相位调制,以增 加信号带宽B,那么,当接收时用匹配滤波器进行处理,可将长 脉冲压缩到1/B宽度,这样既可使雷达用长的脉冲去获得大的能 量,同时又可以得到短脉冲所具备的距离分辨力。这种信号称 为脉冲压缩信号或称为大时宽带宽积信号。因为脉冲内有附加 调制后,其脉宽τ和带宽B的乘积大于1,一般采用Bτ>1
第 9 章 高分辩力雷达 匹配滤波器输出信号是波形的自相关函数，它是信号功率 谱的傅里叶变换值。因此距离分辨力取决于所用信号的带宽B。 B愈大，距离的分辨力越好。在简单矩形脉冲时，信号带宽B与 其脉冲宽度τ满足Bτ≈1 的关系， 因此用宽脉冲时必然降低其距 离分辨力。如果在宽脉冲内采用附加的频率或相位调制，以增 加信号带宽B，那么，当接收时用匹配滤波器进行处理，可将长 脉冲压缩到1/B宽度，这样既可使雷达用长的脉冲去获得大的能 量， 同时又可以得到短脉冲所具备的距离分辨力。这种信号称 为脉冲压缩信号或称为大时宽带宽积信号。因为脉冲内有附加 调制后，其脉宽τ和带宽B的乘积大于1，一般采用Bτ>>1
相关知识点第9章高分辩力雷达蕊 脉冲压缩的概念始于第二次世界大战初期,由于技术实现 上的困难,直到20世纪60年代初,脉冲压缩信号才开始使用于 超远程警戒和远程跟踪雷达。70年代以来,由于理论上的成熟 和技术实现手段日趋完善,使得脉冲压缩技术能广泛运用于三 坐标、相控阵、侦察、火控等雷达,从而明显地改进了这些雷 达的性能。为了强调这种技术的重要性,往往把采用这种技术 的雷达称为脉冲压缩雷达。为获得高的距离分辨力,必须采用 脉冲压缩信号。此外,大时宽带宽信号由于其发射功率的峰值 较低,还具有低截获概率的优点
第 9 章 高分辩力雷达 脉冲压缩的概念始于第二次世界大战初期，由于技术实现 上的困难，直到20世纪60年代初， 脉冲压缩信号才开始使用于 超远程警戒和远程跟踪雷达。70年代以来，由于理论上的成熟 和技术实现手段日趋完善，使得脉冲压缩技术能广泛运用于三 坐标、 相控阵、侦察、火控等雷达，从而明显地改进了这些雷 达的性能。 为了强调这种技术的重要性，往往把采用这种技术 的雷达称为脉冲压缩雷达。为获得高的距离分辨力，必须采用 脉冲压缩信号。此外，大时宽带宽信号由于其发射功率的峰值 较低， 还具有低截获概率的优点