雷达数据的生成与处理技术原理

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。

图1：快时间维，单个脉冲的采样点

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。

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)：

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？且看下面视频： 视频来源：MathWorks

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。

图6：脉冲压缩

图7：多普勒处理 代码的仿真结果如图：

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。

  审核编辑：黄飞