雷达信号处理基础读书笔记(第二版)

雷达信号处理基础之 IQ接收、相干与非相干

IQ接收机

传统的脉冲雷达发射的是窄带的带通信号。约束脉冲的幅度调制波形为矩形可以使发射能量最大化，而在需要提高分辨率的时候，可以采用相位调制(如LFM信号)扩展信号的瞬时带宽。这样，发射脉冲可以写为
$$r(t)=A(t)\sin \left[\Omega t+\theta (t)\right](2.1)$$
其中幅度调制$A$仅仅表示脉冲的包络。接收机的主要功能是需要从包含各种干扰、杂波的雷达回波信号中将承载信息(最为主要的的相位信息，因为幅度信息经过传播衰减已经非常小了，而被测目标的速度、角度等信息均包含在相位中)的部分变换到基带，目的是测量相位$\theta (t)$。接收机中最常用的就是张角通道接收机，如下图。

同时需要I和Q两个通道的原因在于，其中任何一个单独的通道都不能提供足够的信息来确定相位调制$\theta (t)$。

若只确定I通道那么就会出现1.10中（a）图的歧义，若只确定Q通道那么就会出现1.10中（b）图的歧义。只有当IQ同时确定的时候才能无模糊地确定相位矢量的象限。实际上，信号处理通常会将I通道信号当成实部，Q通道信号当成虚部，形成一个复信号：
$$x(t)=I(t)+\text{j}Q(t)={\mathrm{e}}^{\text{j}\theta (t)}(2.2)$$
绝大多数书籍在分析雷达信号时都会选择复信号这种形式，因为幅度以及相位信息会显得更加直观！即发射信号通常表示为：
$$r(t)=A(t){\mathrm{e}}^{ȷ[\Omega t+\theta (t)]}(2.3)$$
则上图正交接收机模型可以简化为：

该模型与上述实信号模型解调结果完全相同，但是却拥有更加简洁的表达式！当然，这仅仅是分析等效，在实际的模拟硬件电路中只有实值信号工作。然而一旦完成了数字化，在数字处理器中它们可以当作复信号处理。

相干与非相干

高质量接收机一般要求本振频率和发射机频率必须完全相同。在一个完成的雷达系统中只有一个稳定本振，同时像发射机和接收机提供参考频率，保证了二者频率完全相同。在很多雷达信号处理时需要相干运算。相干性是比频率稳定性更加严格的要求。实际中，在发射几个或者很多个连续的脉冲时，相干性要求载波信号必须具有一个固定的相位参考。
假设$t_1$时刻发射的信号为：
$$a(t-t_1)\sin \left[\Omega (t-t_1)+\varphi \right]$$
$t_2$时刻发射的信号为：$$a(t-t_2)\sin \left[\Omega (t-t_1)+\varphi \right]$$
两个脉冲具有相同的相位角$(t-t_1)+\varphi$只有包络项在时间轴上的位置发生了变化，所以两个正弦函数都是以相同的绝对起始时间和相位作为参考的。与之相反，若$t_2$时刻的发射信号为：
$$a(t-t_2)\sin \left[\Omega (t-t_2)+\varphi \right]$$
它与任意时刻$a(t-t_1)\sin \left[\Omega (t-t_1)+\varphi \right]$的相位是不同的。图1.12形象地说明了它们的区别。在相干情况下，两个脉冲可以看成是从同一个连续、稳定的正弦波上截取下来的。而在非相干的情况下，第二个脉冲和第一个脉冲振荡的扩展部分的相位是不同的。基于前面讨论的相位模糊的原因，相干性也要求系统必须同时具有I、Q两个通道。

超外差接收机

超外差接收机的主要特点是，将信号解调到基带这一过程实际是通过两级或更多级的超外差电路来实现的。首先，信号被解调到中频，然后又一次被放大。中频信号的放大更加容易，这是因为信号在整个带宽中的比例更大，而且中频器件比微波器件更加便宜。另外，将信号解调至中频而不是基带具有更小的变换损耗，增加了接收机的灵敏度，在中频进行放大也能减小闪变效应噪声的影响。最终，放大后的信号被解调到基带。有一些接收机会采用更多级的解调处理（所以有两个或者更多个中频），但两级解调是最常见的选择。超外差结构的最后一个优点在于它的适应性好。只要改变本振信号频率使其跟踪发射频率的变化，那么同样的中频电路可以用于不同的射频。

参考《雷达信号处理基础第二版》！
老师说《雷达信号处理基础》非常偏向实际工程应用，之前大致也有读过一边，但是感觉很吃力，而且很多东西也忘了，所以写个读书笔记记录一下。