雷达信号处理基础-基本流程

后续的内容主要涉及信号处理中的各个部分,在这之前,了解一个常见的信号处理流程,有助于后续的认知和理解。

下面仅给出了一个常见的信号处理流程,主要包括现象,信号的调节与干扰抑制,成像,检测和后处理。

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雷达的时间尺度

在雷达的信号处理中,由于涉及到不同类型的处理或操作,其对应的时间尺度可以很短,也可以很长。

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FMCW雷达系统中对应的快时间与慢时间

在这里主要分为两类,一类是单个脉冲的处理,另一类则是对多个脉冲的处理。其中在对单个脉冲进行处理的时候,对应的时间尺度往往都极短。因此在进行雷达信号处理的时候,我们通常定义单个脉冲对应的时间尺度为快时间。在快时间上,会进行脉冲压缩和匹配滤波等操作。

对于多个脉冲的处理,考虑到脉冲的重复间隔PRI,对比单个脉冲的采样时间,此时的采样较慢,因此通常定义对多个脉冲的操作和处理是在慢时间维进行的。快时间上的处理一般包括多普勒处理,以及一些空时自适应处理,成像等等。

现象学

在进行信号处理之前,首先要对所要处理信号的特性进行了解。现象即指雷达接收到的信号特性。这些特性主要有:功率,频率,极化,到达角,信号随时间的变化,随机性等。这些现象即与发射回波的特性决定,也和雷达自身的特性决定,如发射波形,极化,天线增益等。

信号调节和干扰抑制

信号的调节主要是为了提高数据的SIR,便于后续的参数估计,检测成像等处理。通常包括一些波束形成,脉冲压缩,杂波滤除和一些多普勒处理等。

成像

大多数人对雷达的了解都是屏幕上不断闪烁的光点,实际中的检测和跟踪雷达系统的确有可能是这样子的。雷达在成像中相比于光学成像,它的分辨率和图像的质量是不能比较的,但是雷达所采用的射频波长具有一个显著的特点,穿透性,这就使得雷达在恶劣天气下工作的可靠性,而光学成像在这种恶劣天气下则是失效的。

为了得到高分辨的成像,雷达采用两种方法,一种大带宽的波形,可以获得距离维得高分辨率。另一种是采用合成孔径雷达技术,可以获得垂直距离维的高分辨率。

检测

雷达信号处理的目的就是希望判知回波中是否有我们感兴趣的目标,这个时间就需要到检测,大多数情况下,采用门限检测的方法可以获得最佳的检测性能。此时的信号已经经过了前面一系列的信号调节和干扰抑制等处理,通过将信号的幅度和门限进行比较,判断该回波中是否存在目标。

当然这种处理方法也存在着一定的错误概率,有可能出现的干扰强过我们认为的目标信号,导致检测到虚假目标,雷达信号处理中将其定义为“虚警”,在实际中,我们往往是通过估计接收回波数据本身的统计特性进行门限计算,这一过程即为“恒虚警率CFAR”检测。

其他处理

在进行检测处理后,即为数据处理的部分,一般在经过检测处理,我们可以得到目标信号,然后根据得到的目标信号,可以估计出其相应的参数,比如距离,速度,角度等等。给出目标的这些参数,主要用于后面的数据处理,数据处理中一般主要实现跟踪轨迹等功能。

题图:organization-chart-geralt,来自网络


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