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公开讲座笔记 | 雷达学报 雷达系统微课 - 第一讲 雷达系统 与 “1+1=2”

主讲人：海军工程大学，刘涛教授
视频链接：【学报课堂 | 雷达系统微课 第一讲 雷达系统与“1+1=2”】 https://www.bilibili.com/video/BV1aG411G7zX/?share_source=copy_web&vd_source=df7f4ac973cf1b719ee0d863f5ecf8f2

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• 雷达优势
  • 全天候
  • 全天时
  • 远距离
• 目前雷达特点
  • 平台多
  • 体制多
  • 型号多
  • 功能多样、原理复杂
• 各种雷达系统的差异
  • 主要体现在 信号处理 上
  • 遵循“奥卡姆剃刀”：简单就是最好的原则

以相位信息贯穿雷达系统的核心内容

• 雷达发展：
  • 最初：大功率连续波首发分置雷达
  • 由非相参雷达系统 变为 相参雷达系统
  • 相参：指雷达发射或接收的雷达脉冲的相位具有固定的关系
  • 非相参：雷达发射脉冲信号的相位随机(未知)
• 相参：
  • 本质：矢量相加，同相最大 $\Rightarrow$ 1+1=2, 这里表示矢量的叠加特性
  • 波的干涉 / 双缝干涉

关系图

1 相位信息与相干积累的关系

• 相干积累
  • 脉冲相位“相参”情况下的同相相加的处理结果

• 相干积累的意义
  • 信噪比提升：参与积累的脉冲个数就是信噪比提升的倍数
  • 原因：信号相位一致 $\Rightarrow$ 同相叠加，功率变为所积累脉冲数目的平方倍 $\Rightarrow$ 噪声功率：变为脉冲积累数目的倍数 $\Rightarrow$ SNR提升为脉冲积累数目的倍数

2 相位信息与脉冲压缩的关系

• 脉冲压缩

  • 通过匹配滤波器实现

  • 时域上：即为信号的相关

    ✅ 等价于卷积

    

  • 频域上：很容易看到它与相位之间的关系

    ✅ 匹配滤波器的频域形式包括：幅频特性 相频特性

    ✅ 幅频特性：起到了抑制噪声，增强信号的作用

    ✅ 相频特性：起到了抵消输入信号相角 $argS(\omega )$ 的作用，并使输出信号$s_0(t)$的全部频率分量的相位在$t=t_0$时刻相同，达到了相位相同、幅度增加的目的

• 因此，脉冲压缩 可以看作是 脉冲内的相干积累

3 相位信息与脉冲多普勒效应的关系

• 脉冲多普勒效应

  • 运动目标对电磁波频率调制的结果

  • 本质：目标的运动对回波相位的影响

    🚩 使得波前发生移动

    🚩 目标的运动特性，使得脉冲串直接相加之前，必须首先校正回波的相位，而后同相叠加，形成最大值

    🚩 上述过程：实际上就是傅里叶变换的过程

• 因此，多普勒效应的本质：脉冲间的相干积累技术

4 相位信息与相控阵雷达的关系

• 相控阵雷达
  • 通过移相器附加的相位，补偿空间路程差引起的相位差从，形成空间信号的同相叠加 $\Rightarrow$ 从而实现波束的最大指向
• 如果将各阵元接收的信号，看作时域回波脉冲串，其空间指向可以等效为多普勒频率的变化 $\Rightarrow$ 波束方向也可以通过傅里叶变换处理得到
  • $\Rightarrow$ 本质，还是相位的同相叠加
• 可引申到多个新体制雷达系统：
  • 空时自适应信号处理
  • MIMO

本质上还是脉冲间的相干积累技术，但是是在空间上

5 相位信息与合成孔径雷达的关系

• 合成孔径雷达

  • 本质上：二维信号的脉冲压缩

  • 常采用 距离多普勒算法成像

  • 距离向傅里叶变换：进行距离向匹配滤波

  • 然后，进行距离徙动校正

  • 最后，通过方位向傅里叶变换实现方位匹配滤波

  • 获得最终图象

    

• 合成孔径雷达：

  • 脉冲压缩的直接维数拓展
  • 本质上还是相位信息的同相匹配

总结

• 相位
  • 一个可以贯穿整个雷达知识的关键概念
• 雷达系统的主线：雷达信号的相位信息处理