具体实施方式

下面结合附图来具体描述本发明的优选实施例，其中，附图构成本申请一部分，并与本发明的实施例一起用于阐释本发明的原理，并非用于限定本发明的范围。

本发明提供了一种基于教学试验的雷达信号处理系统，其中一实施例的结构框图，如图1所示，在该实施例中，包括回波信号获取模块1、脉冲压缩模块2及目标检测模块3；

所述回波信号获取模块1，用于根据所述雷达发射信号获取视频信号，根据所述视频信号获取雷达回波信号；

所述脉冲压缩模块2，用于获取雷达发射信号获取匹配滤波器的传递函数，根据所述传递函数及雷达发射信号获取脉冲压缩后的雷达回波信号；

所述目标检测模块3，用于将距离单元相同的多个脉冲压缩后的雷达回波信号，乘以多组频率单元对应的加权系数，使所述多个脉冲压缩后的雷达回波信号在各自频率单元上进行相参累积，以进行动目标检测。

作为一个优选的实施例，所述回波信号获取模块，根据所述雷达发射信号获取视频信号，具体包括：

获取所述雷达发射信号的瞬时振幅a(t)及基带信号的瞬时相位获取视频信号其中，r(t)为视频信号。

一个具体实施例中，雷达接收信号信号由目标回波、杂波和噪声三部分组成，雷达的具体回波模型为

y(t)＝r(t)+n(t)+c(t)

其中，r(t)是雷达回波信号，n(t)是噪声信号，c(t)是杂波信号，这三种信号需要分别仿真产生，然后相加形成雷达回波信号。

雷达发射信号x(t)为

式中，a(t)为瞬时振幅，f₀为载波频率，为基带信号的瞬时相位。

视频信号为

采样后得

在此信号基础上叠加高斯分布噪声以及瑞利分布杂波信号回波信号。

作为一个优选的实施例，所述脉冲压缩模块，获取雷达发射信号获取匹配滤波器的传递函数，具体包括：获取雷达发射信号的频谱S(ω)，根据所述频谱S(ω)获取匹配滤波器的传递函数H(ω)＝conj(S(ω))。

为了解决距离分辨力和作用距离之间的矛盾，雷达采脉冲压缩，脉冲压缩可以采用时域和频域两种脉压方法实现；频域脉压采用正反快速傅氏变换算法来实现离散傅氏变换和反变换运算，正反快速傅氏变换算法速度快，处理效率高。

雷达发射信号s(t)的频谱为S(ω)，那么，匹配滤波器的传递函数为H(ω)＝conj(S(ω))，则脉冲压缩的输出为y(n)＝IFFT{FFT[x(k)]·H(ω)}；频域脉压原理框图，如图2所示，图2中，表示复乘。

为了获得较低的距离副瓣，窄带线性调频信号的数字脉冲压缩需要加权处理，加权时，只需将权函数W(ω)与H(ω)相乘，将获得的Hw(ω)替换H(ω)即可，加权处理实质上是一种失配处理，是以主瓣展宽与信噪比降低为代价，各种加权函数及其性能，如表1所示，

表1

从表1中可知，多尔夫-切比雪夫权对副瓣电平、最小主瓣宽度来说是最佳的，但是这种理想的加权函数甚至其近似函数泰勒函数都是难以实现的；而采用海明加权能获得较低的副瓣电平，且脉冲的主瓣展宽及信噪比损失适中；加权处理实质上是一种失配处理，是以主瓣展宽与信噪比降低为代价。从表可见，多尔夫-切比雪夫权对副瓣电平、最小主瓣宽度来说是最佳的，但是这种理想的加权函数甚至其近似函数泰勒函数都是难以实现的。而采用海明加权能获得较低的副瓣电平，且脉冲的主瓣展宽及信噪比损失适中。

作为一个优选的实施例，所述基于教学试验的雷达信号处理系统还包括旁瓣相消模块，所述旁瓣相消模块，用于获取辅助天线及主天线的输出获取最优权系数，将根据所述最优权系数、辅助天线及主天线的输出进行旁瓣相消。

作为一个优选的实施例，所述旁瓣相消模块，获取辅助天线及主天线的输出获取最优权系数，将根据所述最优权系数、辅助天线及主天线的输出进行旁瓣相消，具体包括：获取辅助天线及主天线的输出获取最优权系数W₁、W₂，将所述最优权系数W₁、W₂与辅助天线接收的信号加权求和，然后与主天线的输出相减，从而实现旁瓣相消。

一个具体实施例中，旁瓣相消算法框图如图3所示，利用辅助天线1和2的输出，以及主天线的输出可以计算出最优权系数W₁、W₂，然后W₁、W₂与辅助天线接收的信号加权求和，再与主天线的输出相减，可以达到消去旁瓣干扰的目的；图3中W₃保证相消与不相消时的噪声电平不变。

作为一个优选的实施例，所述目标检测模块，使所述多个脉冲压缩后的雷达回波信号在各自频率单元上进行相参累积，以进行动目标检测，具体包括：所述多个脉冲压缩后的雷达回波信号在各自频率单元上进行相参累积，当目标的多普勒频率与所述加权系数匹配时，则多个脉冲压缩后的雷达回波信号能量进行累积，使目标显示在对应的多普勒频率通道上。

一个具体实施例中，由于运动目标的回波有多普勒效应，且目标的多普勒频率f_d与目标的径向速度v_r之间满足如下线性关系

f_d＝2v_r/λ

其中，λ为发射电磁波的波长；对于地面等静止目标而言，多普勒频率为零，利用目标与杂波的这一差异，可以采用相邻脉冲相减的方式，在频域上滤除杂波，从而显示运动目标。

动目标显示实现方式为两脉冲对消，两脉冲对消原理框图，如图4所示；动目标检测(Moving Target Detection,MTD)将距离单元相同的多个脉冲重复周期的回波信号，采用快速傅里叶变换原理，乘以多组频率单元对应的加权系数，使其在各个频率单元上进行相参累积，当目标的多普勒频率与所乘的加权系数匹配时，多个脉冲重复周期的回波信号能量就能完全累积起来，而目标的多普勒频率与所乘的加权系数不匹配时，则无法累积，从而使得目标显示在对应的多普勒频率通道上；而对于噪声信号，由于不同脉冲重复周期的噪声是不相关的，所以噪声的信号无法累积，动目标检测能够实现相邻脉冲的相参积累，提高信噪比。

以N个脉冲信号为例(即窄带滤波器组的个数为N)，假定脉冲重复频率为f_r，其对应的滤波器结构图，如图5所示。MTD滤波器组的每一个滤波器都有N-1个延迟，每个延迟时间都为T_r＝1/f_r，则第k个滤波器组的第i个抽头对应的加权值为W_ik＝e^{-j[2π(i-1)k/N]}，i＝1,2,K,N，其中k＝0,1,K,N-1，第N个滤波器组的频率响应示意图，如图6所示。当窄带滤波器组的个数为2的整数幂时，可以采用快速傅立叶变换(FFT)来实现动目标检测。

作为一个优选的实施例，所述基于教学试验的雷达信号处理系统还包括恒虚警检测模块，所述恒虚警检测用于，在杂波区，以检测点附近单元作为参考单元，进行单元平均处理，得到噪声均值，在无杂波区，利用慢门限进行噪声样本采集，通过大样本统计方法得到噪声均值，对噪声均值按高斯噪声的标准偏差归一化后得到门限阈值，所述门限阈值作为判决门限，根据所述判决门限确定是否存在目标。

作为一个优选的实施例，所述恒虚警检测模块，根据所述判决门限确定是否存在目标，具体包括：当被检单元的幅度值大于该阀值时，则存在目标，否则不存在目标。

一个具体实施例中，CFAR(恒虚警检测)处理方式包括单元平均处理(快门限)及噪声统计门限处理(慢门限)，慢门限适用于热噪声环境，快门限适用杂波环境，目标位于远区时，主要受噪声影响，采用慢门限CFAR处理，随着目标的飞近，杂波逐渐影响明显，此时采用快门限CFAR处理；CFAR处理的目的是提供相对来说可以避免噪声背景杂波和干扰影响的检测阈值，使目标检测时具有恒定的虚警概率，保证数据处理能正常工作。

快门限CFAR主要作用于杂波区，用于抑制杂波的影响，采用单元平均选大的方法实现，即以检测点附近单元为参考单元，单元平均选大CFAR(GO-CFAR)处理框图，如图7所示；而在无杂波区，采用慢门限，即噪声恒虚警，慢门限CFAR处理是在雷达休止区对噪声样本进行取样，通过大样本统计方法估计噪声均值，对均值按高斯噪声的标准偏差归一化后得到门限阈值，该阈值作为判决门限，检测的准则是当被检单元的幅度值大于该阀值时，判为“有目标”，否则判为“无目标”。

作为一个优选的实施例，所述基于教学试验的雷达信号处理系统还包括旁瓣匿影模块，所述旁瓣匿影模块，用于使辅助天线与主天线的接收信号分别经接收机放大和检波成为主天线支路视频信号和辅助天线支路视频信号，当主天线支路视频信号大于辅助天线支路视频信号时，选通电路开通，主天线信号输出，否则关闭选通电路，实现旁瓣匿影。

一个具体实施例中，增加一个增益较小的全向辅助天线(天线增益需要适当，一般略大于主天线旁瓣的增益而远小于主瓣增益)，辅助天线与主天线的接收信号分别经接收机放大和检波成为视频信号，并送至信号处理比较电路，当主天线支路信号大于辅助天线支路信号时，选通电路开通，主天线信号输出。反之，如果主天线支路的信号小于辅助天线支路信号，则关闭选通电路，主天线信号零输出，起到匿影的效果；匿影处理原理示意图，图8所示；旁瓣匿影可采用主、辅助通道信号进行比幅，然后再选通控制主通道输出。

一个具体实施例中，旁瓣相消、旁瓣匿影，需要模拟主通道与辅助通道两通道接收信号；模拟主路信号与辅路信号首先分别进行脉压处理，如旁瓣相消打开，则进行相消处理，相消后的信号再做MTI(动目标显示)、MTD、求模CFAR处理，处理完毕如旁瓣匿影功能打开，则根据辅助通道检测结果进行匿影处理，最后指示目标是否存在，如存在目标则进一步给出目标相关参数。

需要说明的是，所述基于教学试验的雷达信号处理系统的采用母版结构，CPCI标准板卡设计，包括电源、主控板、副瓣相消板、脉压处理板、MTI处理板、MTD处理板、检测板、副瓣匿影板以及计算机与示波器组成；系统软件安装在计算机上，计算机通过网络与CPCI机箱设备通讯，微机及FPGA控制电路对副瓣相消、脉压、MTI处理等处理前后的数字信号进行DA转换，控制输出信号供仪器测量参数。

本发明还提供了一种基于教学试验的雷达信号处理方法，其中一实施例流程示意图如图9所示，在该实施例中，包括以下步骤：

S1、获取雷达发射信号，根据所述雷达发射信号获取视频信号，根据所述视频信号获取雷达回波信号；

S2、获取雷达发射信号获取匹配滤波器的传递函数，根据所述传递函数及雷达发射信号获取脉冲压缩后的雷达回波信号；

S3、将距离单元相同的多个脉冲压缩后的雷达回波信号，乘以多组频率单元对应的加权系数，使所述多个脉冲压缩后的雷达回波信号在各自频率单元上进行相参累积，以进行动目标检测。

本发明公开了一种基于教学试验的雷达信号处理系统及方法，根据所述雷达发射信号获取视频信号，根据所述视频信号获取雷达回波信号；获取雷达发射信号获取匹配滤波器的传递函数，根据所述传递函数及雷达发射信号获取脉冲压缩后的雷达回波信号；将距离单元相同的多个脉冲压缩后的雷达回波信号，乘以多组频率单元对应的加权系数，使所述多个脉冲压缩后的雷达回波信号在各自频率单元上进行相参累积，以进行动目标检测；可以在教学试验中实现较多的雷达信号处理功能。本发明技术方案可以实现脉压、动目标显示、动目标检测、恒虚警检测、旁瓣匿影及旁瓣相消等功能。

本发明利用脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率，采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接收时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾；以线性调频信号脉冲压缩雷达的信号处理模型为基础，可以通过计算机仿真雷达信号处理基本流程，利用演示、验证性同步方式牵引理论教学，增强雷达信号处理内容的可理解性。

以上所述，仅为本发明较佳的具体实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。