雷達主要是指用無線電方法發現目標并測定它們在空間的準確位置,因此雷達也稱為“無線電定位"。隨著雷達技術的不斷發展,雷達所要實現的任務不僅是準確測量目標的距離、方位和俯仰角,而且還包括準確測量目標的速度,以及從目標回波中獲取的更多有關目標的信息。所謂的雷達回波系統需要從接收到回波信號中提取、分析測量目標的相關信息。
隨著數據采集、處理技術的迅猛發展,在現代雷達回波系統的應用過程中,
高速數據采集卡已經成為實現各種數據采集、存儲、處理等核心單元。由于雷達回波信號通常為模擬量信號,所以準確地將雷達模擬量回波信號量化處理,構建穩定可靠的數據采集系統,是后續數字信號分析等功能實現的重要前提。
雷達回波系統中高速數據采集卡的任務包括將雷達回波系統輸出的模擬量信號轉換成計算機能夠識別的數字量信號,同時記錄雷達輸出的其他同步信號,按照系統的功能需求獲取采樣結果。
高速數據采集卡的性能提升與計算機和微電子等信息技術的發展密切相關。信息技術的快速發展,為高速數據采集技術的進步奠定了堅實的基礎。雷達回波系統的信號處理的任務在不斷加重,對
雷達回波系統中數據采集技術的要求也愈來愈高,特別是在雷達圖像處理、雷達目標動態監測、高分辨率雷達遙感圖像數據分析等領域,更是要求高速度、高精度、高實時性以及高可靠性的高速數據采集與處理技術。
另一方面,雷達回波系統的應用領域也在不斷擴展。近些年來已廣泛應用于各種數據記錄儀器、氣象探測、遙感和遙測等領域中。如基于雷達采樣數據可以實現對大氣污染的研究;再如,利用遙感手段獲取海洋表面信息,從中提取相關特性參數的方法發展迅速,使得衛星遙感遙測等方法成為監測海洋環境的有效手段。雷達回波系統的便攜化和探測性能的不斷提高,也為各種測量工程中應用小型雷達進行遠距離的遙感觀測提供了有利條件。
技術革新:
高速采集:
基于雷達回波系統的數據處理要求,需要對目標回波和參考信號進行多路同步采集。由于目標回波的低信雜比,需要采集卡具有較高的采樣率和分辨率。坤馳公司的QT1130由于其優良的性能而被選用。QT1230可同步采集四路信號,具備自適應校準功能,無雜散動態范圍(sFDR)為45dB,分辨率為14位,支持每通道高2.5GHz的采樣頻率,能滿足大多數實際需要,所以很多研究都選擇使用北京坤馳科技的QT1230作為雷達回波系統的信號采集部分。
實時存儲:
雷達回波信號系統的工作過程中從搜索探測到發現捕捉目標轉入跟蹤狀態的以段時間內,要實時記錄存儲目標的回波信號,并能以有效的數字形式存儲保存下來,提供給事后進行目標特征信號分析處理或作雷達視頻信號數據庫應用:北京坤馳科技有限公司結合高速信號采集回放電路模塊、高速數字接口電路模塊等電子部件,研制出具備每秒數 G字節的連續不間斷的存儲或讀取速率的超高速實時存儲系統。該系統可以在軍事、科研、云計算存儲等領域發揮廣泛而重要的作用,其實時存儲的容量達到(2TBMm),可滿足大多數雷達回波系統的現場工作需要.
實時高速數據存儲系統將雷達回波系統的信號數字化保存下來后,可用于雷達目標的模式識別,圖像處理和建立相應的數據庫或診斷系統,還可用于飛機故障過程信號檢測時的實時存儲記錄,供故障判別處理時應用:在火箭和導彈發射過程中多種快速/慢速信號的大容量存儲,用以判別發射過程中的故障分析:醫療上人體生物電流的實時采集存儲處理,為醫療診斷和建立診斷提供有效數據庫??傊?,實時的存儲雷達回波系統具有十分廣泛的應用前景。
小波變換:
傳統的雷達回波信號的處理方法采用傅立葉變換,這種變換只能做時域或頻域的整體分析,對目標回波數據的局部信息卻沒有反應,而小波變換則能夠克服傳統方法的不足之處,利用信號與噪聲在時域和頻域內的差別,實現更為有效的信噪分離。
對于非平穩信號,采用小波變換去除噪聲后可以很好地保存有用信號的尖峰和突變部分,而采用傅立葉變換去除噪聲時,卻不能將有用信號的高頻部分和高頻噪聲干擾加以有效的區分。所以可以看到小波變換在去除噪聲方面明顯優于傅立葉變換。小波變換提取出的能量分布矢量可以不考慮瞬態信號有時移的情況,且抗噪聲能力較強。在提取出能量分布特征矢量后,對所捕捉到的雷達目標信息進行識別分類,以便檢驗能量特征矢量區分目標的能力。
把小波變換去除噪聲的思想應用于雷達目標回波信號,使其波形質量得到了很大的改善,識別率得到了明顯的提高。
長時間積累技術:
雷達回波系統應用的長時間積累技術是現代雷達的一項關鍵技術。對雷達信號有效的長時間積累可以打打增加雷達的威力,延長雷達的作用距離。在雷達回波信號處理過程中,基于脈沖串而非單個脈沖的方法成為積累,多個脈沖積累后可以有效地提高雷達回波系統的信噪比,從而改善雷達回波系統的檢測能力,所以,一般情況下設計的雷達回波系統總是將多個脈沖進行積累提高信噪比后再進行檢測。
同時,為了增加雷達回波系統的實際利用信號的能量,對信號進行積累,以提高雷達系統的有效檢測性能。在對低可觀測性目標檢測時必須采用長時間積累。
線性調頻連續波處理技術:
線性調頻連續波雷達是一種通過對連續波進行頻率調制來獲得距離與速度信息的雷達體制。這項技術有著悠久的歷史,但是在過去很長的一段時間內其應用限制在很小的范圍內,直到八十年代中期,才有人用線性調頻連續波雷達實現了氣象觀測的實驗,才對線性調頻連續波雷達的理論問題進行了分析,對線性調頻連續波信號的模糊函數、分辨力、接收機靈敏度以及線性調頻連續波雷達的特點進行了初步分析。進入九十年代,固態微波毫米波器件和
數字信號處理技術有了長足的發展,與此同時,調頻連續波雷達的發展顯示出的顯著特點就是將調頻連續波雷達的獨特優點與毫米波技術相結合,并采用毫米波集成技術,使得毫米波線性調頻連續波雷達的成本和體積大幅度下降而可靠性提高。線性調頻連續波技術得到了重新的認識,除了在雷達精度高度表方面繼續應用外,線性調頻連續波雷達還以其獨特的優點在導彈精密末制導、雷達截面積測量和目標特性研究、工業控制、環境遙感、機載導航設備、交通管制和氣象觀測等方面發揮著越來越重要的作用。
線性調頻連續波雷達信號處理的根本任務是實現目標回波信號的檢測與目標參數的估計?,F代的線性調頻連續波雷達采用
數字信號處理手段獲得目標回波的整個功率一頻率曲線,即采用“差拍一傅里葉變換”結構從頻域上獲取目標參數,使得線性調頻連續波雷達的應用推廣到多目標、運動目標的場合。
實時軟件仿真:
通過研究發現,以往實現雷達信號仿真多著眼于對雷達信號的頻譜特征分析,采用硬件方法產生模擬信號,這樣獲得的回波信號比較貼近雷達工作原理.不過需要增加一定的硬件設備.其實現過程相對復雜,不便于工程應用中靈活擴展。而很多應用背景對雷達視頻回波信號模擬的逼真度和復雜度需求逐步提高.雷達視頻回波要能體現現代戰場復雜環境,能夠靈活提供所需的信號背景。一種利用軟件實現雷達視頻回波信號實時仿真的設計方案應運而生。能夠模擬包括目標回波、地物雜波、氣象雜波、干擾和噪聲等復雜的信號環境,可根據不同應用目的和任務提供相應的視頻回波背景。利用純軟件實現雷達回波信號仿真比較靈活便捷.易于移植應用到不同實際背景和環境中。利用軟件實現的靈活性增加了與外部交互的接口,通過實時響應雷達操作命令或背景變化產生不同的回波倍號,提供符合雷達實際工作邏輯的仿真結果。這樣的仿真方案在一定程度上實現了從單一仿真背景向復雜背景擴展,從信號靜態仿真向實時動態仿真轉化.從設定仿真內容到可交互仿真深入。仿真結果表明這種利用軟件實現的雷達回波仿真在顯示的逼真性和實時性方面均接近實際雷達操作過程。
總結:
盡管隨著各項技術的發展,雷達回波信號系統及高速數據采集系統的采集、處理、存儲等各個設計方面取得了非常大的進步,由于要求越高,應用的環境越來越復雜,要得到一個相對完善的雷達回波信號系統,涉及到的內容十分廣泛和復雜,還有很多方面需要進一步改善和提高。