雷達(dá)論文作業(yè)匯總

1、脈沖壓縮雷達(dá)及其仿真雷達(dá)的分辨理論表明 :要得到高的測(cè)距精度和好的距離分辨力，發(fā)射信號(hào)必 須具有大的帶寬 ;要得到高的測(cè)速精度和好的速度分辨力，信號(hào)必須具有大的時(shí) 寬。因此，要使作用距離遠(yuǎn)，又具有高的測(cè)距、測(cè)速精度和好的距離、速度分辨 力，首先發(fā)射信號(hào)必須是大帶寬、長(zhǎng)脈沖的形式。顯然，單載頻矩形脈沖雷達(dá)不 能滿足現(xiàn)代雷達(dá)提出的要求。 而脈沖壓縮技術(shù)可以獲得大時(shí)寬帶寬信號(hào)， 使雷達(dá) 同時(shí)具有作用距離遠(yuǎn)、高測(cè)距、測(cè)速精度和好的距離、速度分辨力。具有大時(shí)寬 帶寬的信號(hào)通常被稱(chēng)作脈沖壓縮信號(hào)。脈沖壓縮技術(shù)包括兩部分 :脈沖壓縮信號(hào)的產(chǎn)生、發(fā)射部分和為獲得較窄的 脈沖對(duì)接收回波的處理部分。 在發(fā)射端，

2、它通過(guò)對(duì)相對(duì)較寬的脈沖進(jìn)行調(diào)制使其 同時(shí)具有大的帶寬，在接收端對(duì)接收的回波波形進(jìn)行壓縮處理得到較窄的脈沖。 脈沖壓縮原理發(fā)射脈沖寬度和系統(tǒng)有效 (經(jīng)壓縮的 )脈沖寬度 0 的比值稱(chēng)為脈沖壓縮比，即 D 0因?yàn)?0 1 B ，所以，上式可寫(xiě)成DB即壓縮比等于信號(hào)的時(shí)寬 -帶寬積。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，脈沖壓縮系統(tǒng)常用其時(shí)寬 -帶寬積表示。大時(shí)寬帶寬矩形脈沖信號(hào)的復(fù)包絡(luò)表達(dá)式可以寫(xiě)成：u(t)Aej (t)T /2 t T /20,其他匹配濾波器輸出端的信噪比為：S N 0 E N0其中信號(hào)能量為：1 A2T這種體制的信號(hào)具有以下幾個(gè)顯著的特點(diǎn)：(1) 在峰值功率受限的條件下，提高了發(fā)射機(jī)的平均功率 P

3、av ，增強(qiáng)了發(fā)射信號(hào)的能量，因此擴(kuò)大了探測(cè)距離(2) 在接收機(jī)中設(shè)置一個(gè)與發(fā)射信號(hào)頻譜相匹配的壓縮網(wǎng)絡(luò)，使寬脈沖的發(fā) 射信號(hào)變成窄脈沖，因此保持了良好的距離分辨力。(3) 有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 當(dāng)然，采用大時(shí)寬帶寬信號(hào)也會(huì)帶來(lái)一些缺點(diǎn)，這主要有 :(1) 最小作用距離受脈沖寬度 的限制。(2) 收發(fā)系統(tǒng)比較復(fù)雜，在信號(hào)產(chǎn)生和處理過(guò)程中的任何失真，都將增大旁 瓣高度。(3) 存在距離旁瓣。一般采用失配加權(quán)以抑制旁瓣，主旁瓣比可達(dá)30dB35dB以上，但將有 1 dB3 dB 的信噪比損失。(4) 存在一定的距離和速度測(cè)定模糊。適當(dāng)選擇信號(hào)參數(shù)和形式可以減小模 糊。但脈沖壓縮體制的優(yōu)越性

4、超過(guò)了它的缺點(diǎn)， 已成為近代雷達(dá)廣泛應(yīng)用的一種 體制。線性調(diào)頻脈沖信號(hào) 線性調(diào)頻脈沖壓縮體制的發(fā)射信號(hào)，其頻譜在脈沖寬度內(nèi)按線性規(guī)律變化， 即用對(duì)載頻進(jìn)行調(diào)制的方法展寬發(fā)射信號(hào)的頻譜， 使其相位具有色散。 同時(shí)，在 Pt 受限情況下為了充分利用發(fā)射機(jī)的功率，往往采用矩形寬脈沖包絡(luò)，線性調(diào) 頻脈沖信號(hào)的復(fù)數(shù)表達(dá)式可寫(xiě)成 :j t t j ( 0t )s(t) u(t)ej 0t Arect( )e 0 2上式中 u(t)為信號(hào)復(fù)包絡(luò)：u( t)tc(ee t2j)2f若令 B 為頻率變化范圍， 則 B f f2 f1，而為調(diào)制斜率若信號(hào)的載波中心角頻率為 0 2 f0 ，則線性調(diào)頻信號(hào)的角頻率變

5、化規(guī)律為 0 t |t|0 ， 2因而信號(hào)的瞬時(shí)相位：i(t )d t (t ) d t 0 1t 2 t C如下圖所示，圖( a)為線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的波形 ;圖( b)為信號(hào)的包絡(luò)幅度為 A，圖 (c)為載頻的調(diào)制特性，在內(nèi)由低頻端 f1至高頻端 f2 按線性規(guī)律變化。線性調(diào)頻信號(hào)波形、包絡(luò)及頻率變化圖脈沖壓縮雷達(dá)脈沖壓縮雷達(dá)通過(guò)發(fā)射寬脈沖以提高發(fā)射信號(hào)的平均功率， 保證足夠的最大 作用距離，而在接收時(shí)則采用相應(yīng)的脈沖壓縮法獲得窄脈沖， 以提高距離分辨力， 從而較好地解決了作用距離和分辨能力之間的矛盾。 給定雷達(dá)系統(tǒng)的距離分辨力為：r 2cB其中， c 為光速 ， B f 為發(fā)射波形帶寬對(duì)于

6、簡(jiǎn)單的脈沖雷達(dá)， B f 1T ，T 為發(fā)射脈沖寬度，則有cT2而在脈沖壓縮系統(tǒng)中， 發(fā)射波形往往在相位上或頻率上進(jìn)行調(diào)制， 接收時(shí)將 回波信號(hào)加以壓縮，使其等效帶寬 B 滿足 B f 1T 。令脈沖壓縮后的有效 脈沖寬度 1 B ，則rcr2由此可見(jiàn)，脈沖壓縮雷達(dá)可用寬度 T 的發(fā)射脈沖來(lái)獲得相當(dāng)于發(fā)射脈沖有 效寬度為 的簡(jiǎn)單脈沖系統(tǒng)的距離分辨力。 則脈沖壓縮比 (發(fā)射脈沖寬度 T 跟系統(tǒng) 有效脈沖寬度 的比值 )為T(mén)D又因?yàn)?1 B ，則D T B 即壓縮比等于信號(hào)的時(shí)寬 -帶寬積。在許多應(yīng)用場(chǎng)合，脈沖壓縮系統(tǒng)常用其時(shí)寬 - 帶寬積表征。實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮的條件如下：(1) 發(fā)射脈沖的脈沖寬度與

7、有效頻譜寬度的乘積遠(yuǎn)大于 1。(2) 接收機(jī)中必須具有一個(gè)壓縮網(wǎng)絡(luò)，其相頻特性應(yīng)與發(fā)射信號(hào)實(shí)現(xiàn)“相位 共扼匹配”，即相位色散絕對(duì)值相同而符號(hào)相反，以消除輸入回波信號(hào)的相位色 散。脈沖壓縮按發(fā)射信號(hào)的調(diào)制規(guī)律 (調(diào)頻或調(diào)相 )分類(lèi)，可以分為以下四種： (1) 線性調(diào)頻脈沖壓縮； (2) 非線性調(diào)頻脈沖壓縮； (3) 相位編碼脈沖壓縮； (4) 時(shí)間 頻率編碼脈沖壓縮。本文主要討論較常見(jiàn)的線性調(diào)頻脈沖壓縮。 線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)線性調(diào)頻信號(hào) (LFM) 在二十世紀(jì)四十年代后期就被首先提出來(lái)，是研究最 早、應(yīng)用最廣泛的一種脈壓信號(hào)。 線性調(diào)頻通過(guò)對(duì)雷達(dá)的載波頻率進(jìn)行調(diào)制以增 加雷達(dá)的發(fā)射帶寬并在接收

8、時(shí)實(shí)現(xiàn)脈沖壓縮， 線性調(diào)頻脈壓的基本原理如下圖所 示。線性調(diào)頻脈沖壓縮基本原理圖線性調(diào)頻波形由寬度為 T 的矩形發(fā)射脈沖組成，如圖 (a) 所示。載波頻率 f在脈沖寬度內(nèi)按照 f f2 f1做線性增長(zhǎng)變化， 調(diào)制斜率2 f T ，如圖 (b)所示。圖(c) 為壓縮網(wǎng)絡(luò)的頻率 -延遲特性， 按照線性遞減變化， 與信號(hào)的線性調(diào)頻斜率相反，濾波器對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)中最先進(jìn)入的低端頻率為延時(shí)長(zhǎng)( td1) ，對(duì) 經(jīng)過(guò) T時(shí)間最后進(jìn)入的高端頻率 f2分量延時(shí)短 ( td2 ) 。這樣，信號(hào)中不同頻率分 量通過(guò)這一濾波器后幾乎同時(shí)到達(dá)輸出端， 從而獲得幅度增大寬度變窄的脈沖信 號(hào)，其理想包絡(luò)如圖( d)所示。

9、2f2f根據(jù)圖 (b) ，有 B f f1 f2 和 T T ，若信號(hào)的載波中心角頻率為 0 2 f0 ，則線性調(diào)頻信號(hào)的角頻率變化規(guī)律為：因而信號(hào)的瞬時(shí)相位為：12i(t) dt ( 0 t )dt 0tt2 C2則線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)為：ui ( t )Acos( 0t 1 t2), t0,tT2其中 A 為信號(hào)幅度?；蛘邔⑸鲜奖硎境桑簍 1 2ui (t) Arect cos( 0tt2)T2其中， rect t 為矩形函數(shù)，即：T為方便分析和計(jì)算，用復(fù)數(shù)形式來(lái)表示ui (t)，即：ui (t ) Arect ( t )ej( 0t 12 t2 )則 ui (t) 的復(fù)頻譜為：

10、Ui( )ui (t )e j tdtArect( t )eTt j( 0t 12 t2 )2ej tdtA eT2T2 j(0 )t 12 t2dt由于通常使用的線性調(diào)頻脈沖信號(hào)均滿足D TB1，其頻譜的振幅分布很T1,2T0,t2rect tTUi( ) A , 0接近矩形， Ui( ) 可近似地表示為：20, 002Ui( ) 的相頻特性可近似地表示為：2( 0 )2( ) 0i ( ) 2 4綜上所述，線性調(diào)頻信號(hào)在 D 很大時(shí)的頻譜表達(dá)式為：U i( )設(shè)匹配濾波器頻率特性為 H( ) ,那么根據(jù)匹配條件應(yīng)滿足如下關(guān)系：H( ) kUi( )e ji( )e j td其中，k 為歸一

11、化系數(shù)，使幅頻特性歸一化， td 為匹配濾波器的固定延時(shí) 19。因此線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的匹配濾波器頻率特性可近似為：(0 )22td設(shè)線性調(diào)頻脈沖信號(hào)經(jīng)匹配濾波后的輸出信號(hào)為 u0 (t ) ，則其頻譜 Uo( ) 為：Uo( ) Ui( )H( ) A 2 e j td ,0 2則匹配濾波器輸出的信號(hào)為：u0(t)U0( )ej tdA D sinBB(t(ttdt)d)ej2 f0 t( td上式表示的信號(hào)是復(fù)數(shù)，而實(shí)際的信號(hào)應(yīng)為實(shí)數(shù)， 因此取其實(shí)部得到輸出信號(hào)為：u0(t) A D sin BB(t(t t t)d ) cos 2 f0(t td)0 B(t td ) 0 d故輸出信號(hào)的載

12、波為：cos2 f0(t td )而信號(hào)的包絡(luò)為：A D sinB t (td ) B(t td )Matlab 仿真結(jié)果1)任務(wù)：對(duì)以下雷達(dá)系統(tǒng)仿真。 雷達(dá)發(fā)射信號(hào)參數(shù) ： 幅度： 1.0 信號(hào)波形：線性調(diào)頻信號(hào) 頻帶寬度： 30 兆赫茲（ 30MHz） 脈沖寬度： 10 微妙（ 20us） 中心頻率： 1GHz（109Hz） 雷達(dá)接收方式： 正交解調(diào)接收 距離門(mén)： 10Km15Km 目標(biāo)：Tar1： 10.5Km Tar2：11Km Tar3：12Km Tar4： 12Km 5mTar5： 13Km Tar6： 13Km 2m（2）系統(tǒng)模型：結(jié)合以上分析，用 Matlab 仿真雷達(dá)發(fā)射信號(hào)

13、，回波信號(hào)，和壓縮后的信號(hào)的復(fù)包絡(luò)特性，其載頻不予考慮（實(shí)際中需加調(diào)制和正交解調(diào)環(huán)節(jié)） ，仿真信號(hào) 與系統(tǒng)模型如下圖。雷達(dá)仿真等效信號(hào)與系統(tǒng)模型function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)if nargin=0T=10e-6;%發(fā)射脈寬B=30e6;%調(diào)頻帶寬Rmin=10000;Rmax=15000; % 距離門(mén)R=10500,11000,12000,12005,13000,13002; % 目標(biāo)位置向量，相對(duì)于雷 達(dá)RCS=1 1 1 1 1 1;% 目標(biāo)相對(duì)有效反射面end%參數(shù)設(shè)置R=R-Rmin; % 目標(biāo)位置向量，相對(duì)距離門(mén)下限 RminC=3e8

14、;%光速K=B/T;%調(diào)頻斜率Rrec=Rmax-Rmin;%接收門(mén)寬 /mTrec=2*Rrec/C;%接收門(mén)寬 /sFs=5*B;Ts=1/Fs;%計(jì)算機(jī)仿真的采樣頻率和周期N0=ceil(T/Ts);%發(fā)射脈寬對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù)N=ceil(Trec/Ts); % 接收窗對(duì)應(yīng)的采樣點(diǎn)數(shù) %產(chǎn)生高采樣率 chirp 信號(hào)Rate=10;t1=linspace(0,T,Rate*N0);Chirp=exp(j*pi*K*t1.2);%產(chǎn)生回波信號(hào)M=length(R);Srt(1:N)=0; % 初始化接收信號(hào)for i=1:1:Mtemp(1:N)=0;tau=2*R(i)/C;K0=ceil

15、(tau/Ts) % 第 i 個(gè)目標(biāo)回波的相對(duì)位置M0=fix(Ts*K0-tau)*Rate/Ts) temp(K0:K0+N0-1)=RCS(i)*Chirp(M0+1:Rate:M0+Rate*(N0-1)+1);Srt=Srt+temp;%將所有的目標(biāo)回波疊加end%作出相關(guān)圖形subplot(211) t=linspace(0,Trec,N); plot(t*106,real(Srt);xlabel(fontsize9時(shí)間 (us);title(fontsize9脈沖壓縮前的回波 );subplot(212)t1=linspace(-T/2,T/2,N0);h=exp(-j*pi*K

16、*t1.2);%匹配濾波器單位沖激響應(yīng)Sot=conv(Srt,h);%匹配濾波Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);dist=linspace(0,Rrec,N);plot(dist+Rmin,Z(N0:N+N0-1);axis(Rmin,Rmax,-60,0);xlabel(fontsize9 目標(biāo)相對(duì)了雷達(dá)距離 (m);title(fontsize9 脈沖壓 縮后的回波 );函數(shù) LFM_radar 的參數(shù)意義如下：T：chirp 信號(hào)的持續(xù)脈寬；B：chirp 信號(hào)的調(diào)頻帶寬；Rmin：觀測(cè)目標(biāo)距雷達(dá)的最近位置；Rmax：觀測(cè)目標(biāo)距雷達(dá)的最遠(yuǎn)位置；R：一維數(shù)組，數(shù)組值表示每個(gè)目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的斜距； RCS：一維數(shù)組，數(shù)組值表示每個(gè)目標(biāo)的雷達(dá)散射截面。 在 Matlab 指令窗中鍵入：LFM_radar(10e-6,30e6,10000,15000,10500,11000,120