雷達(dá)信號處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)

陳麗芳

【摘 要】雷達(dá)技術(shù)對人類探索未知領(lǐng)域有著重要的作用，雖然雷達(dá)在軍事方面的應(yīng)用相較與民用和研究用所占比重極大，但是隨著雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展和人類社會的進(jìn)步，最終雷達(dá)技術(shù)會更多的應(yīng)用于人們生活。本文結(jié)合實際對雷達(dá)的信號處理和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)進(jìn)行介紹分析，總結(jié)對雷達(dá)技術(shù)的現(xiàn)實應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)；信號處理；數(shù)據(jù)處理

隨著現(xiàn)代科技的發(fā)展，人類不斷涉及未知領(lǐng)域，對未知領(lǐng)域進(jìn)行積極的科學(xué)探索，雷達(dá)作為一種基礎(chǔ)的科研探測裝置而被廣泛應(yīng)用，無論是海陸空還是離開地球的太空探測，都可以用雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)的探測與收集。通過雷達(dá)獲得信息準(zhǔn)確性高，但是怎樣將雷達(dá)獲得的信息轉(zhuǎn)化為我們進(jìn)行研究的數(shù)字或其他數(shù)據(jù)形式，這便是本文的主題。

一、雷達(dá)技術(shù)的具體解釋說明

雷達(dá)技術(shù)實際上是對電磁波的應(yīng)用，利用不同頻率段的電磁波對物體進(jìn)行發(fā)射，與物體接觸后反射回饋至發(fā)射源，通過對時間或得到的其他反饋進(jìn)行處理得到所需數(shù)據(jù)。雷達(dá)發(fā)射的電磁波可因?qū)嶋H需要進(jìn)行高低頻率的調(diào)整。因電磁波傳播的特殊性，使其可在任何介質(zhì)中進(jìn)行傳播，并且具有操作簡單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性精確性高，在各個領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，無論是生活、科研還是軍事領(lǐng)域。

二、雷達(dá)信號接受及處理的基礎(chǔ)技術(shù)

雷達(dá)技術(shù)得到推廣后，雷達(dá)的信號處理技術(shù)也在不斷發(fā)展，通過信號的處理能夠?qū)崿F(xiàn)對物體間的距離，物體的角度，形狀以及運動物體的速度等性質(zhì)進(jìn)行探測。雷達(dá)信號處理技術(shù)有波形和干擾抑制技術(shù)，脈沖壓縮和信號相參積累技術(shù)，陣列信號處理技術(shù)，目標(biāo)檢測技術(shù)，目標(biāo)特征信息提取和識別技術(shù)，信號處理系統(tǒng)設(shè)計技術(shù)等。

（一）雷達(dá)信號處理的流程分析

雷達(dá)信號的處理的基本流程為：電磁波發(fā)射，電磁波信號反饋，現(xiàn)象體現(xiàn)，信號調(diào)節(jié)，信號成像，信號的自動檢測，信號跟蹤，信號目標(biāo)的識別。其中信號調(diào)節(jié)部分可細(xì)分為接收機信號變換，電磁信號波的形成，電磁脈沖壓縮，電磁波的雜波清理（信號清晰化），多普勒處理。雷達(dá)信號處理時，根據(jù)實際情況的不同，會有不同類型的操作和信號提取，主要分為兩類。一類是單脈沖處理技術(shù)，就是對單一的電磁脈沖進(jìn)行信號的處理工作，詳細(xì)操作有兩點，為脈沖壓縮和波形匹配。另一類是多脈沖處理技術(shù)，由于是針對多條電磁脈沖波進(jìn)行技術(shù)處理，所以耗時較長，采用較多數(shù)學(xué)函數(shù)的計算方法，進(jìn)行多普勒處理。信號調(diào)節(jié)和干擾抑制技術(shù)主要是針對數(shù)據(jù)的SIR進(jìn)行處理，為后續(xù)信號數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，提供基礎(chǔ)。由于雷達(dá)接收信號時，會將各種電磁波信號全部接收下來，其中有著各種電磁波信號的干擾，這就需要對接收到的全部信號進(jìn)行檢測，找到需要的信號段，進(jìn)行下一步的相關(guān)處理，不過檢測技術(shù)無法達(dá)到完美，總是會有其他信號被檢測入內(nèi)，對所需的信號產(chǎn)生強干擾。在進(jìn)行信號處理之后便是數(shù)據(jù)處理，在信號處理之后，就可以得到目標(biāo)電磁波信號段，然后就可以將信號數(shù)據(jù)化，得到所需的數(shù)據(jù)。

（二）雷達(dá)接收的信號組成

雷達(dá)接收信號時，由于自然間或者是其他人為的電磁波的干擾，使得接收到的信號是由多個信號疊加在一起的亂碼信號，然后進(jìn)行上文提到過的信號處理工作。信號組成是很復(fù)雜的包含著各種雜波和目標(biāo)波，我們需要針對目標(biāo)信號的一些特異的性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。舉例來說，雷達(dá)發(fā)射一段窄帶帶寬信號后，調(diào)整幅度以增加信號的穩(wěn)定性，采用相位調(diào)制法對信號進(jìn)行擴展處理，但是接收的時候，由于脈沖回波和相位調(diào)制法造成的后續(xù)影響導(dǎo)致電磁波發(fā)生變化。但是波的變化是有規(guī)律可循的，通過對時間延遲的掌控和幅度及函數(shù)的計算，可以對目標(biāo)信號進(jìn)行估算，當(dāng)然計算是有誤差的，這也是不可避免的。

三、雷達(dá)所得數(shù)據(jù)的處理技術(shù)

雷達(dá)在信號處理之后，會進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，所謂數(shù)據(jù)處理，就是將目標(biāo)信息轉(zhuǎn)化為可以直接利用的信息或者數(shù)據(jù)，它的實際操作流程包括雷達(dá)探測數(shù)據(jù)的形成、信息的挖掘處理、狀態(tài)的控制、多種方式顯示、按需分發(fā)等。進(jìn)行雷達(dá)數(shù)據(jù)處理過程中，會運用到點跡形成和能聚技術(shù)，簡單說就是將多個目標(biāo)點跡匯聚成一個點跡，然后進(jìn)行相關(guān)的數(shù)據(jù)處理輸出，其主要技術(shù)目標(biāo)是目標(biāo)的方位等基本信息和幅度、多普勒頻率等物理學(xué)信息，按照一定的算法進(jìn)行技術(shù)處理。幀間濾波技術(shù)是對雷達(dá)反饋的多幀圖像進(jìn)行處理，其主要利用了目標(biāo)波與雜波的性質(zhì)區(qū)別，根據(jù)目標(biāo)波的實際運動特征、位移的相對均勻性和目標(biāo)點跡信息進(jìn)行排除。機動目標(biāo)跟蹤技術(shù)是在研究了目標(biāo)的機動性特點后，處理各種機動性問題后，運用算法計算。相控陣?yán)走_(dá)的波束調(diào)度和跟蹤技術(shù)通過對目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行波束的調(diào)度進(jìn)行更全面的掃描，而跟蹤處理是對雷達(dá)數(shù)據(jù)處理緊跟流程，反饋得到點跡數(shù)據(jù)時及時進(jìn)行相關(guān)處理。多雷達(dá)點跡融合技術(shù)是通過計算機軟件對雷達(dá)點跡集中處理，精確率大大提升，且比人工增加了對點跡進(jìn)行時間對齊、空間統(tǒng)一等功能。雷達(dá)信息顯示與控制一體化技術(shù)，通過對原始回波和處理后的回波的顯示，進(jìn)行目標(biāo)識別。

四、雷達(dá)技術(shù)的實際應(yīng)用及發(fā)展

雷達(dá)技術(shù)大概在上個世紀(jì)末開始便在我國進(jìn)行生活方面的應(yīng)用，實際上雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用幾乎涉及各個領(lǐng)域。雷達(dá)在歷史進(jìn)程中不斷發(fā)展，不停進(jìn)行工藝技術(shù)的革新。最早在19世紀(jì)中葉，被提出定義概念，進(jìn)入到科學(xué)家的大腦中，漸漸發(fā)展，無線電波的產(chǎn)生，音頻的傳輸，直至第一次世界大戰(zhàn)，被作為德國軍事的數(shù)據(jù)傳輸手段進(jìn)入軍事領(lǐng)域，并且雷達(dá)進(jìn)入世界舞臺，為雷達(dá)技術(shù)的產(chǎn)生鑒定了基礎(chǔ)。再到第二次世界大戰(zhàn)，雷達(dá)技術(shù)得到完善，正式出現(xiàn)在戰(zhàn)場上，被廣泛使用，第一座軍事用雷達(dá)站也建立起來，甚至組成了雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)時的雷達(dá)頻率是30兆赫，體現(xiàn)出雷達(dá)技術(shù)還是較落后。上世紀(jì)雷達(dá)技術(shù)進(jìn)入二次發(fā)展時期，在學(xué)術(shù)界已經(jīng)對雷達(dá)技術(shù)賦予新的相關(guān)學(xué)術(shù)定義，數(shù)學(xué)方面研究出了雷達(dá)技術(shù)計算的詳細(xì)體系構(gòu)成，為雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展進(jìn)一步提速，為使其進(jìn)入高潮階段鑒定了基調(diào)。到80年代，DBF技術(shù)得到推行，使雷達(dá)技術(shù)發(fā)展進(jìn)入高潮期。但是雷達(dá)也具有其弊端，那就是能夠被其他信號干擾甚至阻斷，且這方面技術(shù)被研發(fā)出來后，很快發(fā)展，實現(xiàn)低成本制作，并且體型越來越迷你化，這就是干擾雷達(dá)。

雷達(dá)技術(shù)除了在軍事有著極廣泛的應(yīng)用外，在民間應(yīng)用也得到充分的發(fā)展。像是交通業(yè)的雷達(dá)測速，移動終端的遙感雷達(dá)以及航空航天中的飛行器的雷達(dá)信號控制，還有平時家里的電視機，收音機等也一定程度上運用了雷達(dá)技術(shù)。

五、結(jié)束語

雷達(dá)技術(shù)的發(fā)展歷程是很艱難的，從雷達(dá)技術(shù)的定義被提出到現(xiàn)在社會對雷達(dá)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，只用了不到200年。一個技術(shù)的產(chǎn)生到完善發(fā)展花費200年，200年與人類的科學(xué)歷史歷程相比較，只是很短的一瞬，在這極短的一瞬時間，就會產(chǎn)生對人類進(jìn)步如此重要的技術(shù)，科學(xué)真的是一個非常神奇的領(lǐng)域。

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