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[分享] 雷达数据如何进行处理目标的距离、速度和方位信息?

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发表于 2022-12-29 11:46:33 | 显示全部楼层 |阅读模式
相控阵系统工具箱为雷达、无线通信和医疗成像应用中的传感器阵列系统的设计、仿真和分析提供算法和应用程序。 工具箱包含脉冲和连续波形以及用于波束成形、匹配滤波、到达方向(DOA)估计和目标检测的信号处理算法。还包括发射机和接收机、传播、目标、干扰器和杂波的模型。 在实际中,通常使用大于奈奎斯特采样率的速度对快时间维信号(单个脉冲)进行采样,形成雷达数据立方体中的一条记录。雷达的多个阵元可同时接收到多个通道的数据。


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图1:快时间维,单个脉冲的采样点

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图2:增加多个阵元的接收通道数据 一般雷达发射的是周期性脉冲序列,雷达很多情况下会以M个脉冲为一组进行处理,称为相参处理时间(CPI),一个CPI内的数据采集通常会使用固定的PRI和雷达频率,并且具有相同的雷达波形。

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图3:增加多个脉冲的慢时间维数据 因此,N个通道,单个脉冲的L个采样点,M个脉冲组成了上述的一个雷达数据立方体,通过对这个数据立方体的处理,可以获得目标的距离、速度和方位信息。 下面使用仿真的数据,来设计相控阵系统并分析其在不同场景下的性能。视频中举了2个例子: 1. 具有单个雷达目标的8阵元均匀线性阵列; 2. 安装在球体表面的121个阵元的阵列,有20个目标。 下面是代码仿真结果(第2种较复杂的情况):

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图4:第2种情况的仿真结果 上面视频中的介绍是产生了雷达数据立方体,那如何进行处理,从而得到目标的距离、速度和方位信息,那要如何处理呢?

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图5:波束形成 对N个接收通道的处理是波束形成,对单个脉冲L个样点的处理是脉冲压缩,对M个脉冲的处理是多普勒处理,分别得到方位、距离和速度信息。

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图6:脉冲压缩

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图7:多普勒处理 代码的仿真结果如图:

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从上面的仿真图可以看出波束形成之后,多个通道的数据叠加,使得回波信号得以从噪声中显现出来,信噪比得以提高,后面再进行脉冲压缩和多普勒处理。


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