雷達(dá)信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理技術(shù)

陳麗芳

【摘 要】雷達(dá)技術(shù)對(duì)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(huì)的進(jìn)步，最終雷達(dá)技術(shù)會(huì)更多的應(yīng)用于人們生活。本文結(jié)合實(shí)際對(duì)雷達(dá)的信號(hào)處理和數(shù)據(jù)處理的技術(shù)進(jìn)行介紹分析，總結(jié)對(duì)雷達(dá)技術(shù)的現(xiàn)實(shí)應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】雷達(dá)；信號(hào)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(duì)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(cè)裝置而被廣泛應(yīng)用，無(wú)論是海陸空還是離開地球的太空探測(cè)，都可以用雷達(dá)進(jìn)行數(shù)據(jù)的探測(cè)與收集。通過(guò)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(shuō)明

雷達(dá)技術(shù)實(shí)際上是對(duì)電磁波的應(yīng)用，利用不同頻率段的電磁波對(duì)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(guò)對(duì)時(shí)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(jiǎn)單、數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性精確性高，在各個(gè)領(lǐng)域都有廣泛應(yīng)用，無(wú)論是生活、科研還是軍事領(lǐng)域。

二、雷達(dá)信號(hào)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(hào)處理技術(shù)也在不斷發(fā)展，通過(guò)信號(hào)的處理能夠?qū)崿F(xiàn)對(duì)物體間的距離，物體的角度，形狀以及運(yùn)動(dòng)物體的速度等性質(zhì)進(jìn)行探測(cè)。雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)有波形和干擾抑制技術(shù)，脈沖壓縮和信號(hào)相參積累技術(shù)，陣列信號(hào)處理技術(shù)，目標(biāo)檢測(cè)技術(shù)，目標(biāo)特征信息提取和識(shí)別技術(shù)，信號(hào)處理系統(tǒng)設(shè)計(jì)技術(shù)等。

（一）雷達(dá)信號(hào)處理的流程分析

雷達(dá)信號(hào)的處理的基本流程為：電磁波發(fā)射，電磁波信號(hào)反饋，現(xiàn)象體現(xiàn)，信號(hào)調(diào)節(jié)，信號(hào)成像，信號(hào)的自動(dòng)檢測(cè)，信號(hào)跟蹤，信號(hào)目標(biāo)的識(shí)別。其中信號(hào)調(diào)節(jié)部分可細(xì)分為接收機(jī)信號(hào)變換，電磁信號(hào)波的形成，電磁脈沖壓縮，電磁波的雜波清理（信號(hào)清晰化），多普勒處理。雷達(dá)信號(hào)處理時(shí)，根據(jù)實(shí)際情況的不同，會(huì)有不同類型的操作和信號(hào)提取，主要分為兩類。一類是單脈沖處理技術(shù)，就是對(duì)單一的電磁脈沖進(jìn)行信號(hào)的處理工作，詳細(xì)操作有兩點(diǎn)，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(duì)多條電磁脈沖波進(jìn)行技術(shù)處理，所以耗時(shí)較長(zhǎng)，采用較多數(shù)學(xué)函數(shù)的計(jì)算方法，進(jìn)行多普勒處理。信號(hào)調(diào)節(jié)和干擾抑制技術(shù)主要是針對(duì)數(shù)據(jù)的SIR進(jìn)行處理，為后續(xù)信號(hào)數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)化，提供基礎(chǔ)。由于雷達(dá)接收信號(hào)時(shí)，會(huì)將各種電磁波信號(hào)全部接收下來(lái)，其中有著各種電磁波信號(hào)的干擾，這就需要對(duì)接收到的全部信號(hào)進(jìn)行檢測(cè)，找到需要的信號(hào)段，進(jìn)行下一步的相關(guān)處理，不過(guò)檢測(cè)技術(shù)無(wú)法達(dá)到完美，總是會(huì)有其他信號(hào)被檢測(cè)入內(nèi)，對(duì)所需的信號(hào)產(chǎn)生強(qiáng)干擾。在進(jìn)行信號(hào)處理之后便是數(shù)據(jù)處理，在信號(hào)處理之后，就可以得到目標(biāo)電磁波信號(hào)段，然后就可以將信號(hào)數(shù)據(jù)化，得到所需的數(shù)據(jù)。

（二）雷達(dá)接收的信號(hào)組成

雷達(dá)接收信號(hào)時(shí)，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(hào)是由多個(gè)信號(hào)疊加在一起的亂碼信號(hào)，然后進(jìn)行上文提到過(guò)的信號(hào)處理工作。信號(hào)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(duì)目標(biāo)信號(hào)的一些特異的性質(zhì)進(jìn)行區(qū)分。舉例來(lái)說(shuō)，雷達(dá)發(fā)射一段窄帶帶寬信號(hào)后，調(diào)整幅度以增加信號(hào)的穩(wěn)定性，采用相位調(diào)制法對(duì)信號(hào)進(jìn)行擴(kuò)展處理，但是接收的時(shí)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(guò)對(duì)時(shí)間延遲的掌控和幅度及函數(shù)的計(jì)算，可以對(duì)目標(biāo)信號(hào)進(jìn)行估算，當(dāng)然計(jì)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(hào)處理之后，會(huì)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(shí)際操作流程包括雷達(dá)探測(cè)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(guò)程中，會(huì)運(yùn)用到點(diǎn)跡形成和能聚技術(shù)，簡(jiǎn)單說(shuō)就是將多個(gè)目標(biāo)點(diǎn)跡匯聚成一個(gè)點(diǎn)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(duì)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(shí)際運(yùn)動(dòng)特征、位移的相對(duì)均勻性和目標(biāo)點(diǎn)跡信息進(jìn)行排除。機(jī)動(dòng)目標(biāo)跟蹤技術(shù)是在研究了目標(biāo)的機(jī)動(dòng)性特點(diǎn)后，處理各種機(jī)動(dòng)性問(wèn)題后，運(yùn)用算法計(jì)算。相控陣?yán)走_(dá)的波束調(diào)度和跟蹤技術(shù)通過(guò)對(duì)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(duì)雷達(dá)數(shù)據(jù)處理緊跟流程，反饋得到點(diǎn)跡數(shù)據(jù)時(shí)及時(shí)進(jìn)行相關(guān)處理。多雷達(dá)點(diǎn)跡融合技術(shù)是通過(guò)計(jì)算機(jī)軟件對(duì)雷達(dá)點(diǎn)跡集中處理，精確率大大提升，且比人工增加了對(duì)點(diǎn)跡進(jìn)行時(shí)間對(duì)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(guò)對(duì)原始回波和處理后的回波的顯示，進(jìn)行目標(biāo)識(shí)別。

四、雷達(dá)技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用及發(fā)展

雷達(dá)技術(shù)大概在上個(gè)世紀(jì)末開始便在我國(guó)進(jìn)行生活方面的應(yīng)用，實(shí)際上雷達(dá)技術(shù)的應(yīng)用幾乎涉及各個(gè)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(wú)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(guó)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(tái)，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(chǎng)上，被廣泛使用，第一座軍事用雷達(dá)站也建立起來(lái)，甚至組成了雷達(dá)網(wǎng)絡(luò)，當(dāng)時(shí)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(shí)期，在學(xué)術(shù)界已經(jīng)對(duì)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(jì)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(hào)干擾甚至阻斷，且這方面技術(shù)被研發(fā)出來(lái)后，很快發(fā)展，實(shí)現(xiàn)低成本制作，并且體型越來(lái)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(cè)速，移動(dòng)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(hào)控制，還有平時(shí)家里的電視機(jī)，收音機(jī)等也一定程度上運(yùn)用了雷達(dá)技術(shù)。

五、結(jié)束語(yǔ)

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(huì)對(duì)雷達(dá)技術(shù)的廣泛應(yīng)用，只用了不到200年。一個(gè)技術(shù)的產(chǎn)生到完善發(fā)展花費(fèi)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(shí)間，就會(huì)產(chǎn)生對(duì)人類進(jìn)步如此重要的技術(shù)，科學(xué)真的是一個(gè)非常神奇的領(lǐng)域。

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