雷达脉冲积累

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第四讲 雷达脉冲积累,Integration of Radar Pulses,4-1,积累过程所依赖的信号特性,4-2,雷达脉冲积累方式,4-3,脉冲积累效率,4-4,考虑脉冲积累后的雷达方程,发现概率及虚警概率与门限电平的关系,4-1,积累过程所依赖的信号特性,脉冲积累,4-1,积累过程所依赖的信号特性,为什么要积累？,在同样的系统参数、配置和同样的目标环境，,通过脉冲积,累，提高雷达系统的输出信号噪声比,，进而提高雷达系统的探测,性能：,提高系统的探测概率 （,不变）,增大系统的探测距离,提高系统测试精度,:( ),积累过程所依赖的信号特性,通过时间积累来提高信噪比的方法，是利用了,信号波形随时间变化的规律性和噪声波形 随时间变化 的不确定性。,信号波形的瞬时幅度值是时间的确定性函数，因而，信号能量能够按某种方式进行有效积累；,目标运动状态的稳定性（惯性）；,噪声波形的瞬时幅度值随时间变化完全是随机的，相对于有利于信号积累的方法，噪声能量的积累是低效率的。,4-1,积累过程所依赖的信号特性, 可供积累的回波脉冲数,-,积累时间（点目标,/,单次扫描）,4-1,积累过程所依赖的信号特性,设：雷达天线,半,功率点波束宽度为 ，天线扫描速度为 ，脉冲,重复周期为 ，则，对于点目标，天线一次扫描，雷达接,收机所,能收到,的回波脉冲个数为：,例,一个地基远距离搜索雷达，,带入上式可得：,可供积累的回波脉冲数,-,积累时间（点目标,/,单次扫描）,4-1,积累过程所依赖的信号特性,4-2,雷达脉冲积累方式,相参积累,Coherent (,Predetection,) Integration,非相参积累,Noncoherent(Postdetection,)Integration,二元序列,积累（检测）,Binary Integration,视 频,累加器,中 频,累加器,雷达检测器,相参积累,Coherent integration,非相参积累,Noncoherent,integration,接收机,前 端,中频滤波器,Bn,包 络,检 波 器,雷达接收机功能示意框图,门限电压,1,、 雷达回波脉冲的相参积累,Coherent Integration,在中频滤波器的输出端直接进行中频积累，各脉冲的中频信号电压同,相相加，若对,n,个脉冲进行积累，则积累后的信号功率是单脉冲功率的,倍，而噪声是功率相加，积累后噪声功率增加了,n,倍。因而积累后，,信号噪声功率比增加了,n,倍。,需要中频脉冲信号相位的先验知识，根据各中频信号相位，调整中频累加器的相位响应，以实现中频脉冲信号电压的同相相加。,对于运动目标，中频累加器要匹配由目标运动引起的脉冲到脉冲的相位变化。,相参积累效率高，实现困难，在实际中用得比较少,4-2,雷达脉冲积累方式,A/D,距离选通,距离门,1,距离门,2,距离门,N,接收机,前 端,中频滤波器,Bn,FFT,FFT,FFT,信号检测器,思考题,：,雷达工作频率,10GHz,中频输出频率,30MHz,，中频滤波器带宽,500KHz,，脉冲宽度,4us,，脉冲重复周期,0.4ms;,天线转数,15,转,/min,波束宽度,3,度；高斯白噪声，零均值，功率谱密度为,N,0,；目标的径向速度为,19,节。,要求：,1,）参照下图，试分析实现相参积累的条件和最长可用的积累时间？,2,）它与中频脉冲直接积累（对脉冲的相位调整后相加）区别是什么？,3,）试求积累后的信号噪声功率比与积累时间,-,频率分辨带宽的关系。,4-2,雷达脉冲积累方式,2,、 雷达回波脉冲的非相参积累,抽头延时线累加器,1,）相邻抽头间的延时等于脉冲重复周期,2,）延时线总的延时时间等于观测时间,3,）延时线的抽头数等于积累脉冲个数,1 2 3 4,（,n,）,接收机,前 端,中频滤波器,Bn,包 络,检 波 器,累加器输出,（,1,）,加法器,4-2,雷达脉冲积累方式,3,、 二元序列,(,非相参,),积累,接收机前 端,中频滤波器,距离门,1,距离门,2,距离门,N,计数器,1,计数器,2,计数器,N,信号检测器,包络检波器,门限限幅器,1dB,A/D,比较器,1,比较器,2,比较器,N,m1,m2,第一门限,第二门限,4-2,雷达脉冲积累方式,4-2,雷达脉冲积累方式,门限电平,b.,门限电平,c.,R1,计数脉冲,R3,计数脉冲,重复周期,a.,d.,R1,.,R2,.,Rn,.,距离选通,同步脉冲，,b.,包络检波器输出波形，,c.,第一门限检测结果，,d. 1dB,量,化后计数脉冲,R1,R2,Rn,分别为距离门,R1,R2,Rn,的计数,脉冲。,R1,R2,R3,1dB,量化,下限幅器和脉冲波形整形电路,距离选通,1,）距离选通将回波脉冲串，按距离门分成若干个距离单元；,2,）选通距离间隔一般为一个脉冲宽度所对应的距离；,3,）选通脉冲是发射脉冲的位移脉冲；,4,）多通道处理,.,计数方式,1,）滑窗式计数（,Moving Window Integrator),2,）分段式计数（,Batch Integrator),检测方式,1,）直接比较式，数字硬件直接实现；,2,）信号处理机。,4-2,雷达脉冲积累方式,关于二元序列,(,非相参,),积累的讨论,1,）第二门限的选择,4-2,雷达脉冲积累方式,2,）二元序列累加器没有模拟存储器件,所具有的积累损失，积累脉冲数可以非,常多；,3,）在一定程度上，不受目标起伏（视频,脉冲幅度变化）的影响；,4,）对于大的随机干扰有较强的抵抗能力。,相参积累信噪比提高了,n,倍，在系统参数不变条件下，为保证系统在同样,的探测概率和虚警概率约束下，具有相同的的探测能力，积累后每脉冲,所需信噪比应为单脉冲信噪比的,1/n,；既：积累后每脉冲所需信噪比为：,积累效率的定义,设有,n,个视频脉冲进行非相参积累，为保证系统在同样探测概率和虚警概率约束下，具有相同的的探测能力，每脉冲所需信噪比为 ，积累效率的定义为：,4-3,脉冲积累效率,=,相参积累每脉冲所需信噪比,非相参积累每脉冲所需信噪比,积累效率,积累效率：,积累损失：,积累改善因子：,相参积累改善因子：,4-3,脉冲积累效率,(S/N),1,为保证一定的探测概率，所需要的单个脉冲信噪比,(S/,N),n,为保证同样探测概率，当有,n,个脉冲积累时，所需要的,每脉冲信噪比,为保证同样探测概率，当有,n,个视频脉冲积累时，所需要的每脉冲信噪比。,4-3,脉冲积累效率,查表求改善因子,4-3,脉冲积累效率,定义,:,在虚警时间内能够独立进行判断的平均次数,n,f,为虚警数,虚警概率可以解释为：在虚警时间内一共能够独立进行,n,f,次,判断，其中出现一次虚警的,概率。,已知虚警概率：,查表求改善因子,1,、依据给定的虚警时间,T,fa,、接收机带宽,B,IF,和脉冲积累个数求出虚警概率,P,f,a,，,4-3,脉冲积累效率,2,、依据给定的,P,d,和计算得到的,P,fa,，查检测概率曲线得到满足探测要求所需的单个脉冲信噪比：,3,、依据给定的,P,d,和虚警数,n,f,，,查改善因子曲线得,4,、,求出,n,个脉冲积累时，为保证探测性能，每脉冲所需的信噪比：,4-4,考虑脉冲积累后的雷达方程,