信號檢測在雷達(dá)系統(tǒng)方面的應(yīng)用

1、信號檢測與估計(jì)理論在雷達(dá)系統(tǒng)方面的應(yīng)用信號檢測與估計(jì)理論在雷達(dá)系統(tǒng)方面的應(yīng)用摘要摘要：隨著互聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的普及及發(fā)展，信號的檢測與估計(jì)技術(shù)的應(yīng)用也越來越受到人們的關(guān)注。雷達(dá)中的信號檢測是一個(gè)綜合性問題，涉及多個(gè)學(xué)科，多領(lǐng)域知識，所以它是科學(xué)領(lǐng)域最為關(guān)注的問題。近年來已經(jīng)開展了大量雷達(dá)系統(tǒng)信號實(shí)現(xiàn)方法相關(guān)的研究課題，其中回波信號的檢測和估計(jì)是最為重要的方面。本論文就是針對雷達(dá)信號檢測和估計(jì)的精確性問題加以展開的。關(guān)鍵詞關(guān)鍵詞：雷達(dá)系統(tǒng)，信號估

2、計(jì)，信號檢測第一章第一章雷達(dá)系統(tǒng)雷達(dá)系統(tǒng)1.1起源和發(fā)展起源和發(fā)展早期雷達(dá)用接收機(jī)、顯示器并靠人眼觀察來完成信號檢測和信息提取的工作。接收機(jī)對目標(biāo)的回波信號進(jìn)行放大、變頻和檢波等，使之變成能顯示的視頻信號，送到顯示器。人們在顯示器的熒光屏上尋找類似于發(fā)射波形的信號，以確定有無目標(biāo)存在和目標(biāo)的位置。隨著雷達(dá)探測距離的延伸回波變?nèi)醴糯蟊稊?shù)需要增加。于是，接收機(jī)前端產(chǎn)生的噪聲和機(jī)外各種干擾也隨著信號一起被放大，而成為影響檢測和估計(jì)性能的重要因

3、素。這時(shí)除了降低噪聲強(qiáng)度之外還要研究接收系統(tǒng)頻帶寬度對發(fā)現(xiàn)回波和測量距離精度的影響。這是對雷達(dá)檢測理論的初期研究。后來，人們開始在各種干擾背景中對各種信號進(jìn)行檢測和估計(jì)的理論研究，其中有些結(jié)論，如匹配濾波理論，關(guān)于濾波、積累、相關(guān)之間等效的理論，測量精度極限的理論，雷達(dá)模糊理論等，已在實(shí)際工作中得到應(yīng)用.1.2雷達(dá)的概述雷達(dá)的概述雷達(dá)的英文名字是radar是“無線電探測與定位”的英文縮寫。雷達(dá)的基本任務(wù)是探測感興趣的目標(biāo)，測定有關(guān)目標(biāo)的

4、距離、方問、速度等狀態(tài)參數(shù)。雷達(dá)主要由天線、發(fā)射機(jī)、接收機(jī)（包括信號處理機(jī)）和顯示器等部分組成。雷達(dá)發(fā)射機(jī)產(chǎn)生足夠的電磁能量，經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)傳送給天線。天線將這些電磁能量輻射至大氣中，集中在某一個(gè)很窄的方向上形成波束，向前傳播。電磁波遇到波束內(nèi)的目標(biāo)后，將沿著各個(gè)方向產(chǎn)生反射，其中的一部分電磁能量反射回雷達(dá)的方向，被雷達(dá)天線獲取。天線獲取的能量經(jīng)過收發(fā)轉(zhuǎn)換開關(guān)送到接收機(jī)，形成雷達(dá)的回波信號。由于在傳播過程中電磁波會隨著傳播距離而衰減，

5、雷達(dá)回波信號非常微弱，幾乎被噪聲所淹沒。接收機(jī)放大微弱的回波信號，經(jīng)過信號處理機(jī)處理，提取出包含在回波中的信息，送到顯示器，顯示出目標(biāo)的距離、方向、速度等。為了測定目標(biāo)的距離，雷達(dá)準(zhǔn)確測量從電磁波發(fā)射時(shí)刻到接收到回波時(shí)刻的延遲時(shí)間，這個(gè)延遲時(shí)間是電磁波從發(fā)射機(jī)到目標(biāo)，再由目標(biāo)返回雷達(dá)接收機(jī)的傳播時(shí)間。根據(jù)電磁波的傳播速度，可以確定目標(biāo)的距離為：S=CT2其中S：目標(biāo)距離；T：電磁波從雷達(dá)到目標(biāo)的往返傳播時(shí)間；C：光速信號幅度和相位均屬未

6、知。這就是上述第二種信號，稱為不起伏信號。對于帶有起伏的復(fù)雜目標(biāo)，則要考慮隨機(jī)起伏的相關(guān)性和分布。在脈沖搜索雷達(dá)中，著重研究各重復(fù)周期間完全不相關(guān)的和各天線掃描次數(shù)間完全不相關(guān)的兩種情況，即快起伏信號和慢起伏信號。在任一種噪聲背景中發(fā)現(xiàn)任一種信號的檢測系統(tǒng)，在原理上都可以劃分成兩個(gè)部分：①對接收到的可能含有回波的信號進(jìn)行處理，獲得統(tǒng)計(jì)量。這種處理可以是線性的，也可以是非線性的。②將所得統(tǒng)計(jì)量同一個(gè)門限電平相比較，按其大于還是小于門限電平

7、作出有無目標(biāo)的判斷。這個(gè)門限可以是不變的，也可以是隨信號性質(zhì)而自動(dòng)調(diào)整的。還有一種采用兩個(gè)門限的序列檢測法，即當(dāng)統(tǒng)計(jì)量大于上門限時(shí)，判為有目標(biāo)；當(dāng)統(tǒng)計(jì)量小于下門限時(shí)，判為無目標(biāo)；而當(dāng)統(tǒng)計(jì)量處于兩門限之間時(shí)，增加信號持續(xù)觀察時(shí)間以獲得新的統(tǒng)計(jì)量進(jìn)行判決。雷達(dá)檢測的質(zhì)量可用兩種概率值表示。①發(fā)現(xiàn)概率PD：在有目標(biāo)條件下系統(tǒng)報(bào)出“有目標(biāo)”的概率，概率越大越好②虛警概率PF:在無目標(biāo)條件下系統(tǒng)報(bào)出“有目標(biāo)”的概率，概率越小越好。如果檢測系統(tǒng)的處

8、理部分僅是線性的輸出信號噪聲比同上述概率具有直接的關(guān)系（圖1）。對未知相位的單個(gè)脈沖進(jìn)行檢測時(shí)若要保證PD=0.9PF=106，則信號峰值應(yīng)比噪聲均方根值強(qiáng)12倍（即16分貝）。最佳線性處理由于輸入信號和噪聲的頻譜形狀不同，處理電路選擇適當(dāng)?shù)念l率特性，可使每個(gè)回波的輸出信號噪聲比達(dá)到最大從而使檢測性能最佳。這樣的線性電路稱為最佳濾波器。白噪聲中使信號－噪聲比最大的最佳濾波器，具有同信號頻譜共軛相似的頻率特性，其脈沖響應(yīng)是信號的共軛鏡像，