关于雷达信号“相干性”的解释

总结自刘春静老师的博客，充实一下自己对雷达信号的认知

相干概念

• “相干”也叫“相参”。相干性一词来源于光学：设两点光源发出同频率的单色光波，如果二者没有随时间变化的相位差，则称这两束光波是相干的。雷达中借用这一词说明其发射信号、接收信号与基准信号间的相位关系。如果雷达发射信号、接收信号与基准参考信号间，除了要求的相位差外没有随机相位差，则称之为相干的。

• 在雷达中，“相干信号”是指雷达发射脉冲之间的相对相位关系是已知的（但脉冲的绝对初始相位是随机的）。对相干信号的处理就是相干处理。相干信号所含的信息量比非相干信号回波的信息量要大的多，相干信号的相位信息可以用来测量目标的速度、对目标进行成像和提取目标特征进行识别等等，而非相干雷达则难以做到这一点。

• 此外，对于相干信号，各个脉冲的相对相位关系是已知的，故可以进行相干积累（利用匹配滤波器），处理增益很高（如SAR），而对非相干信号进行处理时，获得的处理增益每有相干信号的相干处理增益高。

• 简单的说，相干信号就是把连续波截成一段一段的脉冲信号，相位在时间上连续。相位从字面上可以这么近似地认为是相对位置，因此谈及信号的相位总是相对参考信号而言，举例来说一个正弦信号的相位就是相对某个同频参考信号的相位，直观地理解指移动波形使之重合需要几分之几波长，相位就是对应那个角度的量值。而相干信号，则是指信号之间的相对相位是一定的，比如相干脉冲串，指各个脉内调制信号的初相的相对值一定，在实现时通过有条件的截取连续波来获得，如楼上所说，这样在脉压时，通过对这些一定的相位关系进行补偿，就可积累整个脉冲串的能量，这就是PD雷达，还有对连续波信号，来自同一辐射源的信号，即使它本身是随机，如果两个通道，一个目标通道，一个直接通道，他们之间的相位也是相干的，或者是同步的，这样就可获得由于目标多普勒频移引起的相位变化。如热门的无源相干定位。

• 当不考虑极化特性，SAR中相干信号指中心频率相同，相位差有规律变化的信号。处理相干信号就是根据相位差的变化规律进行适当的相位补偿，然后再同相叠加，达到锐化目的。匹配滤波的过程就是一个典型的对相干信号的相干处理过程。

• 相关&相干·相干信号描述的对象是确定性信号，相关信号描述的对象是随机信号。如果两个确定信号频谱成分相同，而且具有确定的相位关系，则称它们是相干的。如果两个随机信号的相关系数不为零，则称它们是相关的。

争议

• 相干信号并不要求两个信号的幅度相等，主要是频率成分相同而且具有确定的相对相位关系。在现实中很难从两条不同的途径获得完全相等的两个信号，即使是固定目标对电磁波的反射也会应传播媒质的衰减而使得反射信号和原信号幅度不相等。

• “如果两个确定信号频谱成分相同，而且具有确定的相位关系，则称它们是相干的”！
  这个提法不太准确。！
  首先，“信号频谱成分相同”，那么这两个信号就是相同的（不管尺度因子），相同的信号当然是相干的了。
  其次，不一定要牵涉到两个信号。一个chirp信号就是一个相干信号。你看，在不同的时间点，该信号的中心频率是相同的，而且相位之间存在确定的变化规律。如果你把这个信号调制后对一个理想点目标发射，接收回波混频处理后还是一个Chirp，正因为该chirp是一个相干信号，所以通过调整其规律变化的相位，然后叠加（也就是相干叠加处理），那么就可得该点目标的一维距离像了。这个过程也被称为脉冲压缩或匹配滤波过程。+qnhlc那么请教各位大侠，对于发射波确定的回波信号（由于物体的移动产生了多普勒频移）是否是相干信号那?对这个回波信号尽心了放大限幅以后呢？

工程认知

• 从工程实现中来说，形成相干信号一般是从同一个信号源分出的几路信号，如果两路信号源的中心频率相同，但不是从同一个信号源出来的，那么在不同时刻的相位关系是不确定的。虽然两路信号的初相是固定的，但是由于晶振产生的载波其实是在设定频率左右来回抖动的，所以两个信号源产生的频率实际上是各振各的并不同步，所以在任意时刻两路信号之间的相位关系是不确定的，即是非相干信号。

参考文献

[1] Mahafza B R . Radar signal analysis and processing using Matlab[M]. CRC Press, 2016.