[科普中国]-雷达数据采集

背景

数据采集是一种数据获取装置，它通过一个接口从系统外部采集数据并输入到系统的内部。数据采集技术广泛应用在各个领域。比如摄像头，麦克风，都是数据采集工具。 被采集数据是已被转换为电讯号的各种物理量，如温度、水位、风速、压力等，可以是模拟量，也可以是数字量。高速数据采集技术在军事、科研、生产等各个领域的应用也越来越广泛，特别是应用在雷达、通信、遥测遥感等领域。随着信息科学技术的飞速发展，系统需要处理的数据量变得更加庞大，对实时性要求也越来越高，对数据采集处理系统的要求也越来越高

概述经典的雷达数据处理1主要是指对雷达信号的匹配滤波处理。例如对线性调频信号的脉冲压缩。数字脉冲压缩技术可以通过硬件的可编程技术，实现统一处理器对多种信号形式的匹配处理，如线性调频信号、非线性调频信号和编码信号的匹配；杂波抑制处理也就是要剔除雷达回波中固定的或运动的杂波，比如地物、森林、云雨等；信号处理的最终目标是进行信号的检测，提取目标的参数。常用的处理有恒虚警率处理、脉冲串检测等。

能力雷达数据数据采集和分析，应具备以下两种能力：高速数据采集能力，以实现对目标回波视频信号等高频模拟信号以及同步脉冲等信号的采集；高速大容量数据存储力，能够将一段时间内采集的数据实时存储下来以备事后分析。

技术手段宽带信号处理宽带技术早在1960年就用于军事，宽带雷达相对窄带雷达具有距离测量精度高、距离分辨率高、抗干扰能力强、易实现目标一维成像等诸多优势，因此成为雷达发展的一个重要方向。对脉冲雷达而言，在提高信号带宽之后，必定会采用大时宽带宽积的脉冲压缩技术。从信号产生的过程来看，宽带脉冲压缩信号的产生有模拟和数字两种方式，对应的脉冲压缩也有模拟和数字处理方式。现代数字集成电路技术的飞速发展，使得宽带脉冲压缩信号主要靠数字信号产生。宽带信号的脉冲压缩处理也有模拟和数字之分。分别介绍如下：

1）宽带模拟脉冲压缩。回波信号经过模拟网络压缩后，采用加权滤波器实现副瓣抑制。当采用声表面波(SAW)色散线作压缩网络时，可以在声表面波色散线的设计中实现加权，若采用钢带色散线作压缩网络，则需采用外加声表面波滤波器的方法来进行加权处理，为了减少幅度和相位失真的影响，还需采用补偿放大器和相位校正网络。当宽带信号的时宽较大时，采用此种方法实现宽带模拟脉冲压缩是非常困难的。

2）斜脉压。宽带雷达中的信号带宽和时宽都很大，直接的数字脉冲压缩处理工程实现起来相当困难。实际上，宽带信号形式主要用于确知目标位置的情况下，对目标进行识别和成像，所要成像的区域比较小，则需对感兴趣的距离段进行处理即可。因此可以采用将模拟技术和数字技术相结合的办法，先在接收机中利用波门内的参考信号将宽带线性调频信号去调频斜率降低带宽，再在信号处理机中用FFl’技术获得脉冲压缩。

3）宽带数字脉冲压缩。数字脉冲压缩又可分为在时域用数字有限冲击响应(FIR)实现和在频域用FFT技术实现两种方式。对于大时宽带宽积信号，由于FIR的阶数太大，实现起来非常困难，因此往往采用在频域上用FFT来完成数字脉冲压缩。

阵列信号处理阵列信号处理的内容主要包括波束形成技术、零点形成技术以及空间谱估计。波束形成研究将天线阵方向图的主瓣指向信号方向，零点形成技术则研究将零点对准干扰方向，它们从两个不同方面来提高阵列输出的信噪比。空间谱估计主要研究天线阵上到达波的方向估计问题。