雷达信号处理基础之【相参积累处理】

相参积累处理

在信号理论中，相参又称为相干，定义为脉冲之间存在确定的相位关系。简单来说，脉冲间的相位可以互相对照，知道其中一个相位就有办法知道另外一个。相参处理的意义在于脉冲积累时提高信噪比，提高多普勒频率的准确度。由于雷达回波信号不但有微弱的信号，还会有很强的噪声。雷达的主要目的就是要把微弱的目标信号从噪声中分离出来，设法提高信噪比。要想把信号提取出来，必须要将信号放大，但放大的同时噪声也被放大，因为它们总是同时存在的，并且放大电路自己本身也有噪声，放大后信号与噪声的比值反而变小了，更不利于提取有用的回波信号。解决的方法是进行相参积累，可以对n个回波进行累加，由于噪声是随机的，累加的结果是信号变强，而噪声因是随机的，强度反而变小，这样信号与噪声比就提高了。相参积累中多个脉冲之间相位关系固定且明确，所以理论上积累后信噪比可提高到n倍。

下图为相参积累原理示意图：

(a)相参积累前

(b)相参积累后

图1 “距离-多普勒”二维分布图

图1(a)中，每个行向量表示1个雷达脉冲重复周期内的距离单元向量，每连续k个行向量排列好后，形成1个二维数组(1个处理帧)。再对每个列向量(即行向量中对应距离单元)做复数FFT处理，共做n次，形成图1 (b)中相参积累后的结果，形成“距离-多普勒”二维分布图。

仿真参数如下：

目标数：两个；

目标1的初始距离R1为20km，径向速度V1为20m/s；

目标2的初始距离R2为25km，径向速度V2为14m/s；

目标1的信噪比：-16dB；

目标2的信噪比：4dB；

脉冲重复周期：500μs；

脉冲积累数M：32。

射频频率：35GHz；

中频频率：70MHz；

采样率：40MHz；

脉冲宽度：50μs；

信号带宽：10MHz；

在MATLAB中对回波经过数字下变频、4倍抽取以及脉冲压缩处理之后，对32个脉冲进行相参积累。

绘制出如下的回波信号、脉压后的信号以及相参积累后的信号，包含了两个目标，目标1的SNR为-5dB，目标2的SNR为2dB。

图2 回波信号频谱(目标1的SNR为-5dB，目标2的SNR为2dB)

图3 脉压后的信号(目标1的SNR为-5dB，目标2的SNR为2dB)

图4 相参积累后的信号(目标1的SNR为-5dB，目标2的SNR为2dB)

由上图的二维平面可以直观地看出，两个淹没在噪声中的低SNR信号，通过脉冲压缩与32个脉冲在相参积累后，信噪比得到了极大提升，雷达信号处理机可以对目标进行有效检测，同时降低了对雷达发射功率的要求。