基于小波理论的超宽带雷达.doc
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基于小波理论的超宽带雷达,摘要超宽带雷达是指相对工作带宽大于或等于其中心频率20%的雷达，是一种新的雷达体制，它具有高的距离分辨率、低截获概率、抗干扰、反隐身、抗多径和特有的穿透力等常规雷达难以比拟的优点。我国自20世纪80年代开始研究超宽带技术，自21世纪初开始引进超宽带探地雷达系统，就其总体研究水平而言，大多数研究机构仍然处于实验研究和理论...
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摘要
超宽带雷达是指相对工作带宽大于或等于其中心频率20%的雷达，是一种新的雷达体制，它具有高的距离分辨率、低截获概率、抗干扰、反隐身、抗多径和特有的穿透力等常规雷达难以比拟的优点。我国自20世纪80年代开始研究超宽带技术，自21世纪初开始引进超宽带探地雷达系统，就其总体研究水平而言，大多数研究机构仍然处于实验研究和理论研究阶段。在信号处理领域内，傅里叶变换是主要的信号处理工具，一直处于霸主地位；小波变换是傅里叶变换的发展，近年来越来越多地应用于信号处理领域。本文根据超宽带雷达信号的特点，研究了基于小波理论的超宽带雷达信号处理方面的两个问题：即基于小波的二通道信号采样系统以降低超宽带信号的采样率要求，和基于小波的信号去噪算法以提高信噪比，即提高信号检测概率。
首先，超宽带雷达信号在时域表现为持续时间极短的窄脉冲，在频域则占据极宽的带宽，给信号采集带来困难，往往超出了现有ADC器件的能力范围。为了降低采样率要求，本文使用小波方法构建了一个二通道采样系统，将信号变换到小波域，通过构建分解正交镜像滤波器组，将信号的频带一分为二，然后再通过对应的重构滤波器组，将信号有效的重构出来。
其次，超宽带雷达回波信号具备微弱、时变等特征，信号检测难度增加。为了提高信号的检测概率，本文使用小波方法，对带噪回波信号进行去噪处理，利用小波良好的时频域细节分析能力，对小波域的信号系数和噪声系数进行研究，使用阈值去噪方法抑制噪声，并对结果量化分析。
最后，采用理论推导和软件仿真的方式得到相应的结论：小波方法构建的正交镜像滤波器组可以达到降低采样率的目的；小波阈值去噪可以有效地提高了信噪比，达到抑制噪声，提高检测概率的目的。
关键词 超宽带雷达；回波模型；小波变换；二通道采样；小波去噪
Abstract
The ultra-wideband(UWB) radar is a sort of new radar system, which relative bandwidth has greater than or equal to 20% centre frequency. It has incomparable advantage to conventional radar such as high range resolution, low intercept probability, anti-interference, anti-stealth, anti-multipath and peculiar penetration. Most of research institutions are still at experimental study and theoretical research phase. In signal processing field, fourier transform is the main tool and in dominance; wavelet transform is its development and more and more used in signal processing field in recent years. According to the characteristics of UWB radar signal, this paper focused on two questions based on wavelet theory. One is wavelet two channels signal sampling system to reduce UWB signal sampling rate; another is wavelet de-nosing to improve SNR, namely improve signal detection probability.
First, UWB radar signal is very short narrow pulses in time domain, and occupy very wide bandwidth in frequency domain. It makes signal acquisition difficult and often beyond the capability of the extended existing ADC devices. To reduce signal sampling rate this paper constructed a two channel sampling system by wavelet method. Signal is transformed to wavelet domain and its frequency band is divided into two equal parts by constructing orthogonal mirror decomposition filter bank and is reconstructed effectively by corresponding reconstruction filter bank.
Secondly, UWB radar return signal is faint and time-varying, and detected difficultly. To improve signal detection probability this paper used wavelet method for de-nosing processing. Using good details analytical ability of wavelet in time-frequency domain, for threshold de-noising, it contrasted signal wavelet coefficients with noise coefficient to suppress noise, and quantitative analysis to the de-noising effect.
Finally, by the way of theoretical derivation and software simulation the conclusions of this paper are as follows: (1) the orthogonal mirror filter bank constructed by wavelet can reduce sampling rate; (2) wavelet de-noising can effectively improve the SNR.
Keywords UWB radar; return modeling; wavelet transform; two channel sampling; wavelet de-nosing
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 5
1.2.1 国外研究现状 5
1.2.2 国内研究现状 7
1.3 本文的主要工作 7
第2章 超宽带冲激雷达基本理论 9
2.1 系统的基本结构 9
2.2 超宽带雷达探测原理 11
2.2.1 雷达方程 11
2.2.2 距离模糊函数 13
2.2.3 目标参数测量原理 14
2.3 冲激信号的解析 16
2.4 目标回波建模 20
2.4.1 发射信号 20
2.4.2 建模影响因素 23
2.4.3 回波数学模型的建立 23
2.5 本章小结 28
第3章 小波分析理论及其应用 29
3.1 小波基础理论 29
3.2 小波与信号处理 37
3.2.1 小波的理论来源 37
3.2.2 小波在信号处理中的应用 41
3.2.3 小波在雷达信号处理中的应用 42
3.3 本章小结 44
第4章 基于小波的超宽带雷达信号处理 45
4.1 基于小波的二通道数据采集滤波器组设计 45
4.1.1 二通道采样系统 45
4.1.2 基于Daubechies小波的二通道采样系统 48
4.2 基于小波的超宽带雷达信号特征分析 54
4.3 基于小波的超宽带雷达信号去噪分析 57
4.3.1 小波去噪的原理分析 57
4.3.2 基于小波的超宽带雷达信号去噪仿真 61
4.4 本章小结 64
第5章 总结与展望 65
5.1 利用小波处理UWB雷达信号的优势和缺点 65
5.2 UWB雷达信号处理发展前景 66
5.3 本章小结 66
结束语 67
参考文献 69
超宽带雷达是指相对工作带宽大于或等于其中心频率20%的雷达，是一种新的雷达体制，它具有高的距离分辨率、低截获概率、抗干扰、反隐身、抗多径和特有的穿透力等常规雷达难以比拟的优点。我国自20世纪80年代开始研究超宽带技术，自21世纪初开始引进超宽带探地雷达系统，就其总体研究水平而言，大多数研究机构仍然处于实验研究和理论研究阶段。在信号处理领域内，傅里叶变换是主要的信号处理工具，一直处于霸主地位；小波变换是傅里叶变换的发展，近年来越来越多地应用于信号处理领域。本文根据超宽带雷达信号的特点，研究了基于小波理论的超宽带雷达信号处理方面的两个问题：即基于小波的二通道信号采样系统以降低超宽带信号的采样率要求，和基于小波的信号去噪算法以提高信噪比，即提高信号检测概率。
首先，超宽带雷达信号在时域表现为持续时间极短的窄脉冲，在频域则占据极宽的带宽，给信号采集带来困难，往往超出了现有ADC器件的能力范围。为了降低采样率要求，本文使用小波方法构建了一个二通道采样系统，将信号变换到小波域，通过构建分解正交镜像滤波器组，将信号的频带一分为二，然后再通过对应的重构滤波器组，将信号有效的重构出来。
其次，超宽带雷达回波信号具备微弱、时变等特征，信号检测难度增加。为了提高信号的检测概率，本文使用小波方法，对带噪回波信号进行去噪处理，利用小波良好的时频域细节分析能力，对小波域的信号系数和噪声系数进行研究，使用阈值去噪方法抑制噪声，并对结果量化分析。
最后，采用理论推导和软件仿真的方式得到相应的结论：小波方法构建的正交镜像滤波器组可以达到降低采样率的目的；小波阈值去噪可以有效地提高了信噪比，达到抑制噪声，提高检测概率的目的。
关键词 超宽带雷达；回波模型；小波变换；二通道采样；小波去噪
Abstract
The ultra-wideband(UWB) radar is a sort of new radar system, which relative bandwidth has greater than or equal to 20% centre frequency. It has incomparable advantage to conventional radar such as high range resolution, low intercept probability, anti-interference, anti-stealth, anti-multipath and peculiar penetration. Most of research institutions are still at experimental study and theoretical research phase. In signal processing field, fourier transform is the main tool and in dominance; wavelet transform is its development and more and more used in signal processing field in recent years. According to the characteristics of UWB radar signal, this paper focused on two questions based on wavelet theory. One is wavelet two channels signal sampling system to reduce UWB signal sampling rate; another is wavelet de-nosing to improve SNR, namely improve signal detection probability.
First, UWB radar signal is very short narrow pulses in time domain, and occupy very wide bandwidth in frequency domain. It makes signal acquisition difficult and often beyond the capability of the extended existing ADC devices. To reduce signal sampling rate this paper constructed a two channel sampling system by wavelet method. Signal is transformed to wavelet domain and its frequency band is divided into two equal parts by constructing orthogonal mirror decomposition filter bank and is reconstructed effectively by corresponding reconstruction filter bank.
Secondly, UWB radar return signal is faint and time-varying, and detected difficultly. To improve signal detection probability this paper used wavelet method for de-nosing processing. Using good details analytical ability of wavelet in time-frequency domain, for threshold de-noising, it contrasted signal wavelet coefficients with noise coefficient to suppress noise, and quantitative analysis to the de-noising effect.
Finally, by the way of theoretical derivation and software simulation the conclusions of this paper are as follows: (1) the orthogonal mirror filter bank constructed by wavelet can reduce sampling rate; (2) wavelet de-noising can effectively improve the SNR.
Keywords UWB radar; return modeling; wavelet transform; two channel sampling; wavelet de-nosing
目录
摘要 I
Abstract II
第1章 绪论 1
1.1 研究背景和意义 1
1.2 国内外研究现状 5
1.2.1 国外研究现状 5
1.2.2 国内研究现状 7
1.3 本文的主要工作 7
第2章 超宽带冲激雷达基本理论 9
2.1 系统的基本结构 9
2.2 超宽带雷达探测原理 11
2.2.1 雷达方程 11
2.2.2 距离模糊函数 13
2.2.3 目标参数测量原理 14
2.3 冲激信号的解析 16
2.4 目标回波建模 20
2.4.1 发射信号 20
2.4.2 建模影响因素 23
2.4.3 回波数学模型的建立 23
2.5 本章小结 28
第3章 小波分析理论及其应用 29
3.1 小波基础理论 29
3.2 小波与信号处理 37
3.2.1 小波的理论来源 37
3.2.2 小波在信号处理中的应用 41
3.2.3 小波在雷达信号处理中的应用 42
3.3 本章小结 44
第4章 基于小波的超宽带雷达信号处理 45
4.1 基于小波的二通道数据采集滤波器组设计 45
4.1.1 二通道采样系统 45
4.1.2 基于Daubechies小波的二通道采样系统 48
4.2 基于小波的超宽带雷达信号特征分析 54
4.3 基于小波的超宽带雷达信号去噪分析 57
4.3.1 小波去噪的原理分析 57
4.3.2 基于小波的超宽带雷达信号去噪仿真 61
4.4 本章小结 64
第5章 总结与展望 65
5.1 利用小波处理UWB雷达信号的优势和缺点 65
5.2 UWB雷达信号处理发展前景 66
5.3 本章小结 66
结束语 67
参考文献 69
