潘婷

陕西黄河集团有限公司

现代雷达信号处理的技术和发展趋势

潘婷

陕西黄河集团有限公司

雷达自第二次世界大战期间发明以来，广泛应用于对空、空中搜索、空中拦截、敌我识别等领域。雷达在我国国防和日常生活中有非常重要的作用，现代雷达信号处理需要面对各种应用需求和复杂雷达工作环境。雷达信号处理是现代雷达系统的核心研究内容之一，其对雷达系统的性能和适用范围具有重要影响。本文首先对信号处理在现代雷达系统中的目的和意义进行了介绍，然后对信号处理技术就行阐述，最后就其发展趋势就行了总结与归纳。

雷达系统；信号处理；发展趋势

一、信号处理的目的和意义

信号处理是雷达完成信号检索和信息提取功能所采取的实施手段，是现代雷达系统的核心研究内容之一。在实际应用中，利用雷达系统中的信号处理技术对接收数据进行处理，不仅可以实现高精准的目标定位和目标跟踪，还能够将目标识别、目标成像、精确制导、电子对抗等功能进行拓展，实现综合业务的一体化，从而为后续军事行动的实施提供技术上的支持。雷达信号处理主要集中在通信和电子对抗两方面。在通信方面，雷达信号处理需要通过调制、编码等技术对通信信号进行处理，以提升无线信号的可靠性，和随机性，降低其被识别的概率，增强其抗噪声、抗干扰以及抗衰落等性能，保证信号可被准确识别和处理。在电子对抗方面，雷达信号处理需要利用其前端设备输出的脉冲信号流进行信号识别、参数估值以及信源识别，获取雷达系统关注的信号识别结果为后续其他设备和作战计划的应用提供支持。

二、现在雷达信号处理的技术

（1）脉冲压缩技术

脉冲压缩一直是雷达信号处理领域的重要研究内容之一。脉冲压缩技术主要通过设计特殊的波形和相应的处理方法，将接收的宽脉冲信号转化为窄脉冲信号，以解决雷达探测距离与距离测量精度（分辨率）之间的矛盾。

匹配滤波器是现役雷达最为常用的脉冲压缩处理方法，然而这种方法的处理性能受限于波形本身的旁瓣特性，处理后信号中除期望的主脉冲外通常还存在较高的距离旁瓣，因此，如何结合波形特性，通过特定的处理方法，如加窗处理降低距离旁瓣也是脉冲压缩处理的重点。同时，从线性系统观点看，接收回波可作为目标冲激响应与发射信号的卷积，通过接收回波估计出目标冲激响应并去除发射波形，也可实现脉冲压缩的功能，这一方法称为基于估计理论的脉冲压缩方法。此外，调相信号中波形初相的编码序列经目标反射后仍会保持，如果能构造特定的分类器对回波相位编码序列进行识别，则通过指定特殊的输出模式也能实现脉冲压缩的功能，这一方法称为基于模式识别的脉冲压缩方法。

（2）干扰抑制技术

雷达接收信号中除了包含目标回波外，还包含接收机噪声与地物，雨云等环境所产生的无源杂波及各种人为干扰。不管是传统雷达还是现代雷达，如何有效抑制干扰均是信号处理的重要内容。

无源杂波与运动回波差异在于两者多普勒频率的不同，雷达主要利用这种不同进行无源杂波抑制，如MTI和MTD技术。MTI常通过设计具有特定凹口的滤波器来实现抑制杂波和保留目标回波。MTD本质是MTI的一种拓展，其杂波抑制核心部件为窄带多普勒滤波器组。该滤波器通过傅里叶分析能够实现对回波谱的“分频道”处理，进而实现目标回波与杂波的分离及杂波抑制。

人为干扰是现代雷达，尤其是现代军用雷达需要面对的一个更为棘手的问题，它的出现与广泛应用能极大削弱雷达的目标探测能力。空域抗干扰是现在雷达常用的一种人为干扰抑制技术，其主要利用特定处理方法使雷达能有效避开干扰所处的空间位置的辐射信号。由于雷达空间辐射和能量分布特性与雷达所采用天线形式密切相关，因此，低副瓣天线技术，副瓣匿隐技术，（多通道）副瓣对消技术等均成为雷达干扰抑制的重要研究内容，此外，除了上述抗干扰方法外，近年来利用雷达反射信号与干扰信号的极化特性差别也逐渐成为提高雷达抗干扰能力的有效途径。

（3）目标检测技术

目标检测是雷达基本功能之一，也是雷达信号处理一直关注的内容。从统计学的观点来看，雷达目标检测问题是典型的统计判断问题，即根据观测信号的某些先验统计知识作出有无目标存在的选择。而从模式分类观点来看，雷达目标检测可看作为一个二元分类问题，即依据目标与背景环境观测信号在某个变换域上表现特征的差异作出观测信号类别的判断。现代雷达目标检测技术包含两个重要内容：基于统计特性的目标检测和基于特征的目标检测。

基于统计特性的检测技术长期以来在雷达目标检测中占据了主要位置，它通常通过接收信号幅度或幅度的某种函数与特定门限比较来完成。基于特征的目标检测技术则以目标和背景杂波回波在某个变换域上表现特征的差异为依据，将雷达目标检测问题转换为二元模式识别问题。

（4）目标识别技术

目标识别技术是现代雷达区别于早期/传统雷达的重要标志之一，利用雷达和计算机对遥远目标进行辨认，利用获得的各项指标特征参数可判定目标属性、类别、甚至其武器挂载情况等信息。目标识别的关键在于对目标后向电磁散射回波信号的综合处理，目标后向散射回波中包含了目标电磁谐振、光学区散射及变极化特性等信息，对这些特性的有效表达、提取及识别构成了现代雷达目标识别的重要内容。现阶段，目标识别技术作为一种重要的科学技术，已经在世界范围内得到了广泛的应用，尤其是在国防等重要的领域都产生了重要的作用。

三、雷达信号处理的发展趋势

（1）信号处理对象的复杂多样

雷达信号处理的对象通常包括两部分内容，其一是目标产生的散射回波，其二是目标回波之外的各种干扰信号。由于目标回波与干扰信号特征的不同，使传统雷达通过信号处理可以有效滤除干扰信号发现目标和精确测量目标参数。现代雷达信号处理目标和背景干扰日趋于多样化和复杂化。

（2）信号处理方法的综合交融

随着现代雷达应用范围的逐渐扩展，新体制雷达技术的崛起，雷达信号及其背景的高斯，平稳假设正被高斯，时变所替代，对象系统的线性、因果、最小相位性正被非线性、非因果、非最小相位所替代，基于二阶矩特性及傅里叶的传统分析方法正被高阶统计量分析和多种现代信号分析及处理方法所替代，雷达信号处理理论和方法不再单纯局限于雷达领域，特别是信号处理方法的非线性和智能化，使多科学、多领域的综合交融已经成为现代雷达信号处理方法的发展趋势。

（3）信号处理实现的灵活实时

一般来说，各种信号处理理论与技术均由一定算法来描述，而这些算法在系统中的应用则需要通过相关软件或硬件予以物理实现。20世纪70年代以前，雷达信号处理方法主要采用模拟电路来实现。20世纪70年代中后期，随着数字技术，尤其是数字逻辑电路的出现，雷达信号处理实现技术也以前所未有的速度迅速发展并成熟起来。现代雷达信号处理中专用集成电路（ASIC），现场可编程门阵列（FPGA）及数字信号处理器（DSP）已取代了传统模拟处理器，这一方面促使了现代雷达信号处理性能的飞速提高与功能的不断扩展，另一方面也使得信号处理的实现更加灵活和实时，促进雷达信号处理系统向数字化，模块化，软件化的方向迅速发展。

[1]马晓岩.现代雷达信号处理[M].国防工业出版社,2013.

[2]赵晨光.现代雷达信号处理及其发展趋势探讨[J].电子技术与软件工程,2014.