雷達(dá)的分類及雷達(dá)信號(hào)處理詳解

雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)發(fā)展綜述雷達(dá)工作原理簡(jiǎn)述雷達(dá)為英文Rader一詞的譯音，來(lái)源于詞組RadioDetectionandRanging，意為無(wú)線電監(jiān)測(cè)與定位，即雷達(dá)是利用無(wú)線電方法來(lái)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)并測(cè)定目標(biāo)位置參數(shù)的一種電子系統(tǒng)。雷達(dá)種類繁多，以下是雷達(dá)的一種分類方法：監(jiān)視雷達(dá)：一次監(jiān)視雷達(dá)二次監(jiān)視雷達(dá)場(chǎng)面監(jiān)視雷達(dá)海上監(jiān)視雷達(dá)遠(yuǎn)程監(jiān)視雷達(dá)氣象雷達(dá)：地面氣象雷達(dá)機(jī)載氣象雷達(dá)測(cè)速雷達(dá)測(cè)高雷達(dá)著陸雷達(dá)軍用雷達(dá)下面以脈沖雷達(dá)為例，說明雷達(dá)探測(cè)目標(biāo)的基本原理。雷達(dá)是通過目標(biāo)對(duì)雷達(dá)波的反射來(lái)探測(cè)目標(biāo)并進(jìn)而確定目標(biāo)的位置及其他性質(zhì)的。具有一定反射面積的金屬物體能夠有效的反射雷達(dá)天線所輻射的電磁波，這就是雷達(dá)發(fā)現(xiàn)目標(biāo)的基本原理。物體對(duì)電磁波的反射能力的影響因素：物體本身的物理性質(zhì)（導(dǎo)電性質(zhì)）、形狀、反射面積電磁波的頻率，、入射角度等因素。探測(cè)范圍探測(cè)范圍指雷達(dá)正常工作的感應(yīng)范圍，即雷達(dá)能夠探測(cè)到在此范圍以內(nèi)的所有物體運(yùn)動(dòng)從而產(chǎn)生報(bào)警狀態(tài)。探測(cè)距離雷達(dá)在正常工作下所能探測(cè)到的最遠(yuǎn)距離，雷達(dá)分為四檔;分別是2-3m、3-4m、5-6m、6-8m。發(fā)射距離報(bào)警系統(tǒng)中無(wú)線器件在被觸發(fā)后將無(wú)線報(bào)警信號(hào)以電磁波的形式發(fā)射出去的最遠(yuǎn)距離，雷達(dá)在空曠地帶為100M。發(fā)射頻率電磁波發(fā)射的頻率用HZ計(jì)算，國(guó)家電磁波管理委員會(huì)規(guī)定的公用波段頻率是315/433MHZ航跡形成過程航跡：通常是指航行時(shí)在水面所留下的痕跡。即船舶、艦艇、魚雷航行時(shí)在水面所留下的痕跡。而在航空領(lǐng)域航跡則指飛機(jī)、火箭等飛行器在空中或空間中形成或遵循的飛行軌跡。雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)處理設(shè)備接收了由信號(hào)處理設(shè)備送來(lái)的檢測(cè)點(diǎn)跡報(bào)告,并對(duì)雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤濾波和航跡關(guān)聯(lián)等處理,可以有效地抑制量測(cè)過程中引入的隨機(jī)誤差,精確估計(jì)目標(biāo)位置和有關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù),預(yù)測(cè)目標(biāo)下一時(shí)刻的位置,并形成穩(wěn)定的目標(biāo)航跡。航跡處理——濾波器等的應(yīng)用什么是航跡處理？雷達(dá)航跡處理是從每一時(shí)刻雷達(dá)探測(cè)到的點(diǎn)跡中找出目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)軌跡并對(duì)目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)進(jìn)行跟蹤或預(yù)測(cè)。通常人們把經(jīng)回波信號(hào)處理和確定點(diǎn)跡的過程做雷達(dá)信號(hào)的一次加工或雷達(dá)目標(biāo)的點(diǎn)跡處理,而把經(jīng)過點(diǎn)跡關(guān)聯(lián)處理獲得航跡文件及目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)的過程叫做雷達(dá)信息的二次加工或雷達(dá)目標(biāo)的航跡處理。由于高頻地波對(duì)海探測(cè)超視距雷達(dá)的角分辯率和距離分辯率低,使得接收機(jī)、FFT處理器、恒虛警估值器得到的數(shù)據(jù)集合中除了帶噪聲的目標(biāo)點(diǎn)跡外,還包含大量的假目標(biāo)。為此,在高頻雷達(dá)中,航跡處理的主要任務(wù)是在剔除假目標(biāo)的基礎(chǔ)上對(duì)目標(biāo)進(jìn)行位置和運(yùn)動(dòng)參數(shù)的估計(jì),它主要包括截獲目標(biāo),起始跟蹤跟蹤,目標(biāo)互聯(lián),新舊航跡計(jì)算,航跡刪除,不良數(shù)據(jù)補(bǔ)償?shù)炔僮?。航跡處理的性能指標(biāo)直接影響著雷達(dá)系統(tǒng)的指標(biāo)。雷達(dá)航跡處理主要包括雷達(dá)航跡起始、雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和雷達(dá)航跡跟蹤濾波。什么是濾波器？改變一個(gè)信號(hào)中各頻率分量的相對(duì)大小，或者全部消除某些頻率分量，這樣的一種過程稱為濾波。目前航跡處理中多采用卡爾曼濾波的三種非線性卡爾曼濾波算法：擴(kuò)展卡爾曼濾波、不敏卡爾曼濾波和平方根不敏卡爾曼濾波。濾波器的工作原理濾波器的工作原理是在射頻電磁波的傳輸路徑上形成很大的特性阻抗不連續(xù)，將射頻電磁波中的大部分能量反射回源處。航跡處理中為什么運(yùn)用濾波器？如果直接將接收到的數(shù)據(jù)在顯示系統(tǒng)中顯示，則有可能會(huì)發(fā)生某段航跡的缺失或跳躍等，將其平滑地顯示出來(lái)，對(duì)多源數(shù)據(jù)進(jìn)行取舍、驗(yàn)證、修改等處理,生成綜合信息?；跀?shù)據(jù)融合技術(shù)的航跡處理采用多雷達(dá)獲取航跡信息,因此需要對(duì)航跡用卡爾曼濾波算法進(jìn)行濾波融合，通過建立備選與正式航跡,進(jìn)行航跡點(diǎn)互連和對(duì)多部雷達(dá)濾波數(shù)據(jù)進(jìn)行線性加權(quán)融合處理,得到唯一航跡。當(dāng)新點(diǎn)跡來(lái)到時(shí),根據(jù)它和等待著的預(yù)測(cè)點(diǎn)的遠(yuǎn)近,判斷這一數(shù)據(jù)是屬于哪一批目標(biāo)的。為此必須在每一個(gè)預(yù)測(cè)點(diǎn)的周圍劃定一個(gè)大小適中的區(qū)域,稱作“波門”。航跡處理的典型過程如圖1所示：航跡處理流程圖航跡在跟蹤過程中，由于雜波或者不同航跡的相關(guān)波門重疊的問題，導(dǎo)致相關(guān)波門內(nèi)有多個(gè)候選回波，航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)的目的是在眾多的候選回波中找到最有可能是真實(shí)目標(biāo)的那個(gè)量測(cè)點(diǎn)。航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)分為單目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)和多目標(biāo)航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)。本文研究并對(duì)這些算法進(jìn)行仿真，且對(duì)其性能進(jìn)行分析。(4)航跡跟蹤濾波保證了目標(biāo)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的一致性。在航跡處理過程中，主要有航跡起始、跟蹤濾波、航跡關(guān)聯(lián)、航跡終止等環(huán)節(jié)運(yùn)用到濾波器。航跡起始雷達(dá)航跡起始的工作是從眾多的點(diǎn)跡中建立目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的航跡；雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)決定如何從多個(gè)候選回波中找出最可能的那個(gè)回波作為目標(biāo)點(diǎn)；2.跟蹤濾波雷達(dá)航跡跟蹤濾波根據(jù)已有的航跡推測(cè)下一個(gè)目標(biāo)點(diǎn)的位置。雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)處理設(shè)備接收了由信號(hào)處理設(shè)備送來(lái)的檢測(cè)點(diǎn)跡報(bào)告,并對(duì)雷達(dá)測(cè)量數(shù)據(jù)進(jìn)行跟蹤濾波和航跡關(guān)聯(lián)等處理,可以有效地抑制量測(cè)過程中引入的隨機(jī)誤差,精確估計(jì)目標(biāo)位置和有關(guān)的運(yùn)動(dòng)參數(shù),預(yù)測(cè)目標(biāo)下一時(shí)刻的位置,并形成穩(wěn)定的目標(biāo)航跡。雷達(dá)航跡數(shù)據(jù)處理的目的就是最大限度地利用目標(biāo)空間位置和運(yùn)動(dòng)的相關(guān)性,對(duì)控制區(qū)域內(nèi)各批次目標(biāo)的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行估計(jì),并給出它們?cè)谙乱粫r(shí)刻的位置推移,實(shí)現(xiàn)對(duì)目標(biāo)的高精度實(shí)時(shí)跟蹤。1.航跡關(guān)聯(lián)基于概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波(PDAF)提出的快速數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波(FDAF),既考慮了關(guān)聯(lián)門相交區(qū)域內(nèi)公共回波對(duì)目標(biāo)航跡更新影響的平衡,又考慮了鄰近目標(biāo)關(guān)聯(lián)門內(nèi)候選回波對(duì)公共回波計(jì)算的影響。其一定程度上克服了PDAF的不足,且不需像聯(lián)合概率數(shù)據(jù)關(guān)聯(lián)濾波(JPDAF)那樣搜索所有可能的聯(lián)合事件,兼具實(shí)時(shí)性強(qiáng)和目標(biāo)跟蹤成功率高的優(yōu)點(diǎn)。4.航跡終止當(dāng)被跟蹤目標(biāo)逃離跟蹤空間或者被摧毀時(shí),其狀態(tài)更