脈沖壓縮技術(shù)

1、脈沖壓縮技術(shù)在雷達信號處理中的應(yīng)用一.脈沖壓縮的產(chǎn)生背景及定義1.1 脈沖壓縮的定義脈沖壓縮即pulsecompression,它是指發(fā)射寬編碼脈沖并對回波進行處理以獲得窄脈沖，因此脈沖壓縮雷達既保持了窄脈沖的高距離分辨力，又能獲得寬脈沖的強檢測能力。1.2 脈沖壓縮的主要手段目前的脈沖壓縮的手段主要有線性調(diào)頻、非線性調(diào)頻與相位編碼等。1）線性調(diào)頻是最簡單的脈沖壓縮信號，容易產(chǎn)生，而且其壓縮脈沖形狀和信噪比對多普勒頻移不敏感，因而得到了廣泛的應(yīng)用，但是，在利用多普勒頻率測量目標(biāo)方位和距離的情況下很少使用；2）非線性調(diào)頻非線性調(diào)頻具有幾個明顯的優(yōu)點，不需要對時間和頻率加權(quán)，但是系統(tǒng)復(fù)雜。為了達到

2、所需的旁瓣電平，需要對每個幅度頻譜分別進行調(diào)頻設(shè)計，因而在實際中很少應(yīng)用；3）相位編碼相位編碼波形不同于調(diào)頻波形，它將寬脈沖分為許多短的子脈沖。這些子脈沖寬度相等，其相位通過編碼后被發(fā)射。根據(jù)所選編碼的類型，包括巴克碼、偽隨機序列編碼以及多項制編碼等。1.3 脈沖壓縮的產(chǎn)生背景隨著飛行技術(shù)的飛速發(fā)展，對雷達的作用距離、分辨能力、測量精度和單值性等性能指標(biāo)提出越來越高的要求。測距精度和距離分辨力對信號形式的要求是一致的，主要取決于信號的頻率結(jié)構(gòu)，為了提高測距精度和距離分辨力，要求信號具有大的帶寬。而測速精度和速度分辨力則取決于信號的時域結(jié)構(gòu)，為了提高測速精度和速度分辨力，要求信號具有大的時寬。除

3、此之外，為提高雷達系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)能力，要求信號具有大的能量。由此可見，為了提高雷達系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)能力、測量精度和分辨能力，要求雷達信號具有大的時寬、帶寬、能量乘積。但是，在系統(tǒng)的發(fā)射和饋電設(shè)備峰值功率受限制的情況下，大的信號能量只能靠加大信號的時寬來得到。測距精度和距離分辨力同測速精度和速度分辨力以及作用距離之間存在著不可調(diào)和的矛盾。于是在匹配濾波器理論指導(dǎo)下，人們提出了脈沖壓縮的概念。由于發(fā)射機效率的限制，雷達真正采用的脈壓信號是由調(diào)頻和相位編碼產(chǎn)生的，具中以線性調(diào)頻和二相編碼信號的研究與應(yīng)用最為廣泛。線性調(diào)頻信號(LFMI)脈沖壓縮雷達最常見的調(diào)制信號是線性調(diào)頻(LinearFrequencyMo

4、dulation)信號,接收時采用匹配濾波器(MatchedFilter)壓縮脈沖。LFM信號的數(shù)學(xué)表達式為：tj2-：(fctKt2)s(t)=rect(T)e2式中fc為載波頻率，rect(-)為矩形信號ct.1.1rect(p=T(2)10,其他BTT.=是調(diào)頻斜率，于是，信號的瞬時頻率為fc+Kt(-T2t0)(b)down-LFM(Ki,iiH11.1!in;1LFM的時域波形0.50-0.5-4-3-2234-101時間/us.W-AVM.J.i.p：；_洲11jl1LFM的頻域特性302010-20-1010200頻率/MHz-3030圖2線性調(diào)頻信號的時域波形和幅頻特性由此可以

5、得到關(guān)于線性調(diào)頻脈沖信號頻率特性的兩個重要結(jié)論：(1)在滿足大時寬帶寬積的條件下，線性調(diào)頻脈沖信號的振幅譜接近矩形函數(shù)，頻譜寬度近似等于信號的調(diào)頻變化范圍B,與時寬T無關(guān)。(2)在滿足大時寬帶寬積的條件下，線性調(diào)頻脈沖信的相位譜具有平方律特性。以上兩點是設(shè)計匹配濾波器，進行脈沖壓縮處理的主要依據(jù)。注：匹配濾波器是在白噪聲背景中檢測信號的最佳線性濾波器，其輸出信噪比在某個時刻可以達到最大，它是對線性調(diào)頻信號進行脈沖壓縮的主要手段。對脈沖壓縮信號的仿真結(jié)合以上分析，用Matlab仿真雷達發(fā)射信號，回波信號，和壓縮后的信號的復(fù)包絡(luò)特性，其載頻不予考慮（實際中需加調(diào)制和正交解調(diào)環(huán)節(jié)），仿真信號與系統(tǒng)模

6、型如圖3。s皿s。.雷達等效系統(tǒng)匹配濾波器圖3雷達仿真等效信號與系統(tǒng)模型仿真程序模擬產(chǎn)生理想點目標(biāo)的回波，并采用頻域相關(guān)方法（以便利用FFT實現(xiàn)脈沖壓縮，得到仿真圖如下。RadarechowithoutcompressionRadarechoaftercompressionRangeinmeters4X10Bdneau圖4脈沖壓縮后的仿真圖對比圖2與圖4可以看出，采用脈沖壓縮后，在接收機的接收端信噪比有了明顯的改善，進而可以在滿足分辨率的基礎(chǔ)上，提高雷達的作用距離。四.結(jié)語脈沖壓縮技術(shù)是大時寬帶寬乘積信號經(jīng)過匹配濾波器實現(xiàn)的，不同的信號形式有不同的壓縮性能，其中線性調(diào)頻脈沖信號的諸多優(yōu)點使其稱

7、為脈沖壓縮信號的首選，它也是最早、應(yīng)用最廣泛的脈沖壓縮信號。脈沖壓縮技術(shù)能在雷達發(fā)射功率受限的情況下，提高目標(biāo)的探測距離，并且保持很高的分辨力，是雷達反隱身、多目標(biāo)分辨、抗干擾的重要手段，在目前的雷達信號系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。參考文獻1丁鷺飛，耿富錄雷達原理（第三版）西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006.2樓順天，姚若玉，沈俊霞MATLA薛序設(shè)計語言西安：西安電子科技大學(xué)西電出版社,2007.3元春，蘇廣州，米紅寬帶雷達信號產(chǎn)生技術(shù)M北京：國防工業(yè)出版社，2002.附錄線性調(diào)頻信號的時域波形和幅頻特性的matlab仿真程序T=10e-6;B=30e6;K=B/T;Fs=2*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.A2);subplot(211)plot(t*1e6,real(St);xlabel(時間/us);title(LFM的時域波形%pulseduration10us%chirpfrequencymodulationbandwidth30MHz%chirpslope%samplingfrequencyandsamplespacing%generatechirpsignal)；gridon;axistight;s