雷达、信号处理方向的理解
此文檔記錄從2021.05.08開始所有雷達信號處理方向的理解，可能會記得比較細碎，只是為了自己理解和學習，會持續記錄
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目錄
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2021.05.08
信號參數
信號波形樣式
信號處理
干擾信號
SAR成像
RCS
仿真過程
信號分選
2021.05.10
輻射源、散射源、干擾、傳輸損耗的關系
2021.05.11
海雜波相關知識
極化知識
脈沖壓縮
2021.05.12
參數
面雜波和體雜波
天線
2021.05.13
《雷達原理》讀書筆記
2021.05.14
雜波譜
MTI和雜波抑制
2021.05.25
A/D變換
2021.06.02
雷達接收機組成
雷達接收機的性能指標
雷達接收機的增益控制
濾波和接收機帶寬
天線
2021.05.08
信號參數
bw,f0,tp(pw),fs,A，pri，snr，scr
1.脈沖寬度是時域上的信號長度，tp*fs是信號的點數
2.帶寬是在中心頻率兩側的寬度，在頻域上能體現出
3.載頻和中心頻率是一個概念，在中心頻率兩側是bw的概念，
4.fs采樣的話，最好是大于2fmax，這樣原始信號才能被完全的采出來
5.多普勒頻率，2v/lamda，通過物體的相對運動產生多普勒頻率，所以速度拖引干擾會改變多普勒頻率
6.pri和prt是別名，是pri = 1.0/prf，一個pri里包括信號長度和空信號長度，空信號的長度
7.信噪比，snr，信雜比，scr，不是代表一個東西，信雜比認為，除了原始信號外的都是雜波，是處理信號以外的所有雜波的功率和信號的功率的比
信號波形樣式
有連續波樣式，有矩形的樣式，有線性調頻的樣式，
1.線性調頻的樣式，只是調制了頻率，讓頻率變為j*pi*br/tp*t^2*signOfChirpSlope,然后線性調頻的頻譜也會很有特點
2.諧波，代表的是主波束旁側的平滑的小波束
信號處理
頻譜分析fft，ifft，fftshift
1.一段信號如果，從頻率不變，在頻域里就是靜止的，只有一條線
2.頻譜上是顯示信號的頻率，在時域上可能看不清楚的信號樣式，在頻譜上都能看的清
3.ifft，從頻域變成時域
干擾信號
有源信號、無源信號
噪聲壓制：寬帶阻塞，窄帶瞄準，函數掃頻，梳狀譜，間斷噪聲，隨機脈沖，靈巧噪聲
欺騙干擾：密集假目標，多普勒閃爍，多普勒噪聲，轉發干擾，多假目標，間歇采樣假目標，速度拖引，距離拖引，距離速度聯合拖引等
1.寬帶阻塞干擾，干擾機的頻率 > 5 *雷達接收機的頻率
2.窄帶瞄準干擾，干擾機的頻率 > 2 * 雷達接收機的頻率，干擾機的頻率? < 5 * 雷達接收機的頻率
3.函數掃頻，有正弦掃頻，三角掃頻，鋸齒掃頻，階梯掃頻，矩形掃頻，是指頻率發生改變，頻率的改變的形狀是正弦，鋸齒，階梯，矩形等
4.梳狀譜通過巴特沃斯濾波器濾掉多余的波形，然后保留的在頻域上就是梳狀的信號
5.間斷噪聲,使用濾波器濾掉多余的波，剩下的就是間斷噪聲的
6.隨機脈沖，根據隨機數生成隨機的脈沖寬度，生個隨機個數的脈沖
7.靈巧噪聲，高斯白噪聲數據濾波后，生成延遲信號，然后通過白噪聲信號和延遲信號做卷積生成靈巧噪聲信號
8.密集假目標，多假目標，根據假目標的位置計算卷積核，然后用原始信號回波進行卷積
9.距離，速度，距離速度聯合拖引，距離是改變時間，速度是改變多普勒頻率，聯合的是同時改變速度和距離，注意這個速度和距離是需要改變的，得有個改變的速率控制
10.多普勒噪聲，多普勒閃爍，多普勒閃爍是通過用戶設置的干擾中頻，然后讓噪聲信號在一定范圍內閃爍出現，多普勒噪聲是使用fir1改變時間序列
11.角度欺騙，需要兩個以上的干擾源實現不同的閃爍
SAR成像
sar成像都是根據物體的相對運動，要么是雷達動，物體不動，要么是物體動，雷達不動，要么是都動
常見的有bp，rd成像算法，bp的效率很低
1.bp，首先進行脈沖壓縮計算距離一維像，然后通過一維像（濾掉-4kpit），通過分辨率距離，對一維像進行相干疊加
RCS
雷達散射截面積
影響rcs的因素有三個，視角，頻率，極化等
后散射系數為歸一化后的rcs
仿真過程
仿真過程中，首先生成信號，然后會設置輸出信號步長和輸出信號的起始位置，然后進行輸出
在設置仿真參數時候，分清仿真想定參數和，會實時變化的參數
分為發現方和被發現方，被發現方是輻射源方，發現方是散射源方，散射源方具有目標的回波和背景回波，背景回波可以分為地面回波和海面雜波，目標回波，根據目標的模型參數和視角，極化，頻次等計算目標的rcs，
然后根據雷達公式進行生成回波，可以說回波會影響的參數有幅度和相位等，然后再有什么調頻調相等參數；
信號分選
這里只是簡單的看了下webrtc的代碼，在modules/audio_processing/ns目錄下，根據噪聲信號的一些特征，預測是不是噪聲信號，然后計算信燥比，然后把噪聲信號和原始音頻信號分出來
不太清楚是否信號處理都是這樣
至此，就是2021.05.08的腦子里所有的知識的梳理，過程像一個流水賬，但是以后會持續記錄，記錄編程過程中出現的問題，由于代碼有保密機制，所以代碼不會發
接下來，會進一步的補充和研究雷達系統設計matlab實現這本書，和雷達原理這本書，會記錄不知道的問題和梳理知道的流程，爭取在2022.04月成為一個合格的信號處理算法工程師
2021.05.10
輻射源、散射源、干擾、傳輸損耗的關系
輻射源是目標雷達
散射源包括，目標和典型的大地海面等的散射特性進行求解，建立散射數據庫;
可以理解為輻射源為被動方，是目標；散射源為觀察他的主動方，但是散射源觀察到的不僅僅是目標，還有目標所處的環境，所以需要對所處的環境進行建模，求得他的rcs，計算其回波，所以干擾部分也會部署在輻射源的附近；
天線方向圖是信號的在各個方向的增益，影響信號的幅度，傳輸損耗是信號在大氣或各個天氣中所帶來的損耗，是負面增益；
今天不理解的處在于求一維距離像時，固定方位角，算一個寬帶信號的散射特性？？？
2021.05.11
海雜波相關知識
由于海雜波是服從時間空間相關的，所以有效的選取海雜波模型就相關重要了
1.介紹k分布和伽馬分布的相關關系如下網址：
https://www.docin.com/p-1557911235.html
2.介紹生成k分布的海雜波模型的網址如下：
https://wenku.baidu.com/view/5acd0a0a581b6bd97f19ea2e.html
3.各種雜波知道的建模需要考慮，幅度模型，后散射系數模型，頻譜模型等等
然后，調制信號類型相關的，大多是調頻
A*exp(phi+ phi2 + phi3 + ....?)等等；
A各種雜波會服從一個分布，而phi1..等就是頻譜分布
K分布是，首先有一個高斯分布，然后對這個高斯分布進行時間和空間的調制，然后得出一個三維數組？脈沖 柵格坐標 （x ，y）??
時間調制會影響多普勒？
空間調制會影響不同柵格的值？
計算出柵格需要求得每個柵格的后定散射系數，然后對此時的波束進行疊加。
若兩個信號不具備脈沖間的相關性，就無法做距離脈壓了?
了解到具有兩個相關性的雜波的生成方法，先產生復高斯序列，再產生實高斯序列，然后對兩種序列使用濾波器進行調制，這也就是SIRR方法。。。
極化知識
。。。
脈沖壓縮
1.分辨率公式為 c / 2B 要想得到高距離分辨率可以用減少B來得到，但現實中會影響到雷達的工作，所以需要脈沖壓縮的方法解決，脈沖壓縮的辦法有兩種，
? 處理窄帶或者中等帶寬的脈壓，使用匹配濾波器
（1）和脈沖壓縮系數進行時域的卷積（2）和脈沖壓縮系數進行頻域的相乘，再做一步傅里葉變換得到
? 處理大帶寬的脈壓，使用去斜處理器
（1）雷達回波和發射的副本做混頻（2）低通濾波器相干檢波（3）模數轉換（4）使用窄帶濾波器提取與目標距離成正比的音頻信號
2.時間帶寬積，tp * B，一般未進行調制的信號的時間帶寬積為1，通過頻率或者相位調制的帶寬積會大于1，這個參數是評估所選的壓縮增益的好壞，壓縮系數若偏離，壓縮增益會小于B*tp,否則等于
3.壓縮增益代表匹配濾波器增益
4.名詞HRR代表高分辨雷達
5.距離補償，主要是應對多普勒頻率的，多普勒頻率會對接收脈沖產生兩個影響，第一個是脈沖寬度（tp）會被時間膨脹因子擴展或壓縮，其次中頻也會改變；所以要做距離補償
? 在做目標檢測時候，會做這個識別出有幾個目標
2021.05.12
今天5.12，13年過去了
參數
1.載頻特性，包括常規，頻率捷變（脈內捷變，脈組捷變），頻率分集（同時分集，分時分集）
2.重頻特性，包括常規，重頻參差（固定，組變），重頻抖動
3.脈寬特征，包括常規，組變
4.雷達體制，包括脈沖，連續波，準連續波
5.調頻類型，包括常規，調頻（線性調頻，三角調頻，正弦調頻，階梯調頻），調相（巴克碼，M，L，泰勒四象碼）
面雜波和體雜波
1.面雜波包括地雜波和海雜波這些
1.1無論計算的是面雜波還是體雜波，所需要的都是他們的rcs，然后通過雷達公式，以及rcs計算幅度功率P，然后通過Cos(2*pi*f*t? + fuai)生成回波，而計算地雜波的rcs，可以等同于用大地散射系數和地雜波系數之和，以及柵格的面積乘積得到
1.2對于海雜波就比較麻煩了，由于海雜波的海面會動，所以海雜波系數會變化，地雜波的公式是高斯分布，海雜波的分布是K分布，所以那個海雜波的系數的K分布的值，但是每一個時刻K分布的值都不同啊，最笨的辦法是每一個時刻都計算出一組數據
這塊敘述的比較亂，只是自己的思路，可以得知，k分布的系數是凌駕于海面的視角，頻次，極化信息等影響rcs的上一級
天線
天線在接收系統中，提供增益和方向性，天線是將電磁波轉換為電信號的裝置，
天線的常見的參數有，增益，頻率覆蓋，帶寬，極化，波束寬度，效率；
增益是信號經過天線處理后增加的信號強度，常用dB表示。增益可正可負，各向同性天線增益為1，即0dB;
頻率覆蓋，天線可發射或接受信號，并提供適當參數性能的頻率范圍。
帶寬，天線頻率范圍，常用百分比帶寬表示，（最大頻率 - 最小頻率） / 平均頻率 * 100%；
極化，發射或接受E波和H波的方位，主要又水平極化，垂直極化，右旋極化，左旋極化，或橢圓極化
波束寬度，天線的角的覆蓋范圍，通常以度表示，
效率，發射或接受信號的功率來自天線 波束覆蓋球體部分的理論功率之比百分數。
2021.05.13
《雷達原理》讀書筆記
1.測斜距，通過Tr * c / 2可以測距離
2.測角，指的是方位角和俯仰角，利用天線的方向性測得，雷達天線將電磁能量匯聚在窄波束內，當天線波束對準目標時候，回波信號最強，根據回波最強的天線波束指向，就可以確定目標的波束的方 向
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設目標位置為（tx,ty,tz）,雷達位置為(rx,ry,rz)，波速角度為theta，斜距為R
3.那么可以算得目標的角度為beta =? asin(( ty - ry) / R) - theta;
4.相對速度（多普勒）的測量
fd? = 2*vr?/ lamda; vr代表雷達和目標的徑向速度，lamda代表的是波長
多用于MTI（動目標顯示），脈沖卜勒（PD）等；
5.雷達的組成，天線，發射機，接收機，信號處理，終端等，如果將雷達比作人，那么發射機就是嘴巴，接收機就是耳朵，信號處理就是大腦的處理單元，終端就是大腦的成像，而天線可能就是手持的喇叭；
試想，肯定是聲音越大，被人收到的就越清楚，所以會將信號調到高頻，以此更好的傳輸，然后接受時候再調到低頻，讓信號更好的處理，了解信號的樣式，信號的樣式可以當做語調，憤怒的，高興的，傷心的等等，讓你發出這些情緒的就可以比作是激勵器，
終端就是我們的思維本身，由此作出判斷?？赡苷f的不嚴謹不準確，就是為了記憶。
天線，天線的方向性越強，越能獲得集中的較大的探測距離，要想天線的方向性強，就需要減窄波束的寬度，雷達探測的精度和分辨率就越高。常見的微波雷達的天線就是拋物面的反射體。天線目前我知道的有機械掃描，和相控陣那種的，相控陣是控制電流的流動來實現掃描
脈沖雷達收發并用，發射時發射開關開，天線與發射機相連接，
接收機里，有撿波器，撿波器分為包絡檢波器和相位檢波器，做卜勒處理的話用相位撿波器，我理解的是包絡撿波波器，撿到的是一個一個完整的波，而相位撿波器件撿到的是一定范圍的相位
信號處理的目的是消除需要的信號，雜波或者干擾，通過或加強由目標產生的回波信號，信號處理是作出檢測之前完成的，通常包括目標顯示(MTI)和脈沖卜勒雷達中的卜勒濾波器。很多現代雷達，去雜波技術比較好，若輸入端有雜波剩余，那么就用CFAR技術加以補救。
2021.05.14
雜波譜
靜止雜波的功率譜可以用一個沖激函數來展現。但雜波并不是靜止的，它實際上由于風速和天線的轉動會發生一定程度的多普勒頻率擴展，通常雜波幾種在f=0和雷達PRF的整數倍處。
那么在生成雜波時候，這個多普勒是咋加進去的？
MTI和雜波抑制
動目標顯示，是利用雜波集中在f=0，f=nprf，將此處的雜波通過特殊的濾波器進行消除，除此之外還會有盲速的概念，為了減少盲速，可以用多個脈沖重復頻率（重頻參差）和高PRF，后者容易產生距離模糊
2021.05.25
A/D變換
由模擬信號變成數字信號，雷達工作過程，先由激勵器產生一定能量的波形信號后，通過A/D變化發出去，送到天線，產生天線增益加成發出去。然后過一段時間后，由天線接收后，通過雜波抑制，噪聲放大，相位調制后，再轉換原來的信號進行處理。
2021.06.02
雷達接收機組成
雷達接收機的組成由
前端部分：
收發開關、接收機保護器、低噪聲高頻放大器、混頻器、高頻放大器
中頻部分：
中頻增益衰減、中頻濾波器
檢波或視頻放大器/AD變換：
不相參：a）對數放大器? b）線性放大器>同頻檢波器
相參? ?：c）線性放大器>同頻檢波器 d）限幅放大器>相位檢波器
經過上述這些過程后，進入AD變換或者視頻放大器。
重點說下這些放大器，都是可以選擇對特定頻段的頻率增益增大
然后進行包絡檢波等分離出信號進行上位機等展示
雷達接收機的性能指標
1.噪聲系數及噪聲溫度
噪聲可以包括，電阻熱噪聲、額定噪聲功率、天線噪聲
其中天線熱噪聲影響最大，并且天線熱噪聲也是有起伏的，所以在做仿真時候，如果要求真實的場景可能要加上這個天線熱噪聲，這一塊要和甲方進行商議；
噪聲帶寬
一般功率譜均勻的白噪聲，經過接收機后就變得頻率譜不均勻了，但是為了方便計算，通常把這個不均勻的噪聲功率頻譜等效噪音頻譜寬度，一般簡稱噪聲帶寬。
一般計算這個噪聲帶寬有一個公式，都是根據調諧的數量所決定的。
噪聲系數，一般用輸入端的信號功率和輸出端的信號功率之比，簡稱SNR
2.靈敏度
靈敏度表示雷達接收微弱信號的能力，能接收的信號越弱，則接收的靈敏度越強，因而雷達的作用距離就越遠。
s = k*T0*Bn*F0*(S0/N0)
3.接收機的工作頻帶寬度
接收機工作頻帶帶寬指的是接收機瞬時工作范圍。接收機工作帶寬主要影響的是高頻帶部件的性能。接收機工作帶寬較寬時候，必須選擇較高的中頻，以減少混頻器的寄生響應對接收機性能的影響。
4.動態范圍
指的是，接收機正常工作所容許的輸入信號變化范圍，信號過強，會使接收機飽和負載，信號過弱，會使接收機檢測不出來信號。為了增加范圍，就需要有個增益電路，這就是增益控制。
5.中頻選擇和濾波特性
中頻選擇的大小，會決定噪聲進去處理部分的多少；
白噪聲的，接收機頻率特性匹配濾波時，輸出的信噪比最大；
6.工作穩定性和頻率穩定度
環境條件和電源電壓發生變化時候，接收機的性能參數也會發生變化。
7.抗干擾能力
從海浪地物反射的雜波和敵軍放置的角反鉑條等都會影響雷達的正常工作
8.微電子化和模塊化的結構
現代相控陣雷達。
相控陣雷達的好處是
1）不用像機械掃描那樣需要轉動，僅需要控制電流等就可以實現掃描環境
2）同時可以發送多組信號，速度快
3）掃描域廣
4）波束窄，掃描能力好
5）抗干擾
但是相控陣雷達有波束展寬效應，大概為1.0 / cos ( theta ) theta為方位角，一般用sin坐標系解決。
雷達接收機的增益控制
首先，增益控制可以解決，接收機接收范圍的問題，上邊已經敘述了，就不贅述了。然后其他，還可以解決增加抗干擾能力。
1.AGC
采用反饋技術，在輸出信號后將自動增益電壓發送到輸出處，再進行中頻放大，包絡檢波，視頻放大等。
當輸入信號增大時候，視頻放大信號也增大，控制電壓Eagc也變大，使受控中頻放大器的增益降低，總體來說是個負反饋的系統。
2.IAGC
瞬時自動增益控制目的是，使干擾電壓收到的衰減，維持目標信號增益盡量不變。
3.STC
防止近程的雜波干擾而過載。
濾波和接收機帶寬
1.匹配濾波器
當輸入端出現的是信號與加性白噪聲時，使其輸出的信噪比最大的濾波器。
對于接收機，匹配濾波器指的是，發射信號和輸出信號
2.接收機帶寬的選擇
天線
將電信號，轉成電磁波信號，不變形式的發出去。
1.天線指標
天線效率:
p1為輻射效率功率
p2為損耗功率
ya為效率
ya = p1? / (p1 + p2);
輸入阻抗:
天線方向圖:
1.主瓣和旁瓣的電平
表示同樣遠場距離r內，天線輻射場和空間方位之間的關系，這便是設計到方位角和俯仰角。
theta0,第一零點，零功率波瓣寬度
theta3db,主瓣最大值，其余的強度為0.707Emax
旁瓣電平:FSLL=10 lg（P2/P1） = 20lg(E2/E1)
2.方向系數
D = 120 | fmax| ^2 / P;
極化
分為線極化，左圓極化，右圓極化，橢圓極化；
極化描述的是電場的矢量運動變化，和空間方向有關系
以下的連接，可以很清楚的說明極化的效果，在我看來，極化就是電磁波傳播過程的方向的合成軌跡？？不知道其他小伙伴贊同不？
https://blog.csdn.net/qq_45020818/article/details/106226612
HH HV VH VV 等極化方式有啥不同？？
HH HV VH VV 和極化的形式怎么合在一起？？
天線增益
天線增益表征天線輻射能量的集束程度和能量轉換效率的總效益；
在某方向點產生的相同電場強度的條件下，理想點源的輸入功率pin0和某天線輸出功率pin1的比值
G = 10 lgG;
天線頻帶寬度
方向圖帶寬
方向系數帶寬
輸入阻抗帶寬
接收機的信號仿真要考慮的是：
1.背景雜波，海面，地面
2. 目標回波 這些回波都需要計算損耗，計算天線增益
接收機仿真過程，首先經過收發開關，然后進入到天線，獲得天線增益，然后計算損耗，然后計算幅度，然后計算相位，然后計算信號，然后計算極化方向的信號，最后要考慮信號的形式，是單脈沖的形式，還是連續波，還是momo等，然后要收到后做高頻噪聲放大，然后轉換到中頻，然后通過中頻放大器后，再過中頻增益衰減，濾波器，最后再成像或者做其他操作，如航跡關聯，航跡濾波，航跡預測等
雷達方程和RCS
P = P*G^2* lamda^2*xigema /? (4*pi)^3 *R^4
P是發射功率，G是天線增益，lamda是波長，xigema是后定散射系數（RCS）
R是和目標的徑向距離，這里注意如果不在一個坐標系下需要換到一個坐標系
但凡設計角度的都要考慮坐標系的問題
坐標系有，大地、地心直角、雷達直角（北天東、東北地）、雷達球面（方位俯仰和距離）
天線陣面直角，天線陣面球面等
接下來介紹rcs的測量過程
1.測試暗室的背景散射電平，并將改背景反射電平數據儲存
2.放好定標體，測試反射電平
3.接測量得到的定標反射體反射電平減去暗室背景反射電平
4.放好被測目標，測試反射電平
5.將測試好的唄測目標反射電平減去背景反射電平
6.帶入公式，求西格瑪
7.旋轉得到不同角度的西格瑪
但測量過程中可能會有起伏，用swerling模型（斯維林模型）
在我看來，無論是目標還是以后關心到的雜波，最關鍵的是對他這個后定散射系數建模，然后這個后定散射系數的功率譜計算之后再通過公式計算出這個值，
現實中是通過雷達方程，先建模出一個物體的功率譜符合什么分布后，再通過雷達方程導出西格瑪的大小？？？？？？？這句話不知道是不是正確的
2021.06.04
雷達信號波形
距離分辨率：c / 2*B B是信號帶寬?
速度分辨率：lamda / 2 * tp
中頻正交采樣的實現辦法：
1.低通濾波器
2.插值法
3.多相濾波法
總結
以上是生活随笔為你收集整理的雷达、信号处理方向的理解的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。
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