脈沖壓縮技術(shù)

1、脈沖壓縮技術(shù)在雷達(dá)信號(hào)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(duì)回波進(jìn)行處理以獲得窄脈沖，因此脈沖壓縮雷達(dá)既保持了窄脈沖的高距離分辨力，又能獲得寬脈沖的強(qiáng)檢測(cè)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(jiǎn)單的脈沖壓縮信號(hào)，容易產(chǎn)生，而且其壓縮脈沖形狀和信噪比對(duì)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(cè)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(gè)明顯的優(yōu)點(diǎn)，不需要對(duì)時(shí)間和頻率加權(quán)，但是系統(tǒng)復(fù)雜。為了達(dá)到

2、所需的旁瓣電平，需要對(duì)每個(gè)幅度頻譜分別進(jìn)行調(diào)頻設(shè)計(jì)，因而在實(shí)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(guò)編碼后被發(fā)射。根據(jù)所選編碼的類(lèi)型，包括巴克碼、偽隨機(jī)序列編碼以及多項(xiàng)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(duì)雷達(dá)的作用距離、分辨能力、測(cè)量精度和單值性等性能指標(biāo)提出越來(lái)越高的要求。測(cè)距精度和距離分辨力對(duì)信號(hào)形式的要求是一致的，主要取決于信號(hào)的頻率結(jié)構(gòu)，為了提高測(cè)距精度和距離分辨力，要求信號(hào)具有大的帶寬。而測(cè)速精度和速度分辨力則取決于信號(hào)的時(shí)域結(jié)構(gòu)，為了提高測(cè)速精度和速度分辨力，要求信號(hào)具有大的時(shí)寬。除

3、此之外，為提高雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)能力，要求信號(hào)具有大的能量。由此可見(jiàn)，為了提高雷達(dá)系統(tǒng)的發(fā)現(xiàn)能力、測(cè)量精度和分辨能力，要求雷達(dá)信號(hào)具有大的時(shí)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(hào)能量只能靠加大信號(hào)的時(shí)寬來(lái)得到。測(cè)距精度和距離分辨力同測(cè)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(jī)效率的限制，雷達(dá)真正采用的脈壓信號(hào)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(hào)的研究與應(yīng)用最為廣泛。線性調(diào)頻信號(hào)(LFMI)脈沖壓縮雷達(dá)最常見(jiàn)的調(diào)制信號(hào)是線性調(diào)頻(LinearFrequencyMo

4、dulation)信號(hào),接收時(shí)采用匹配濾波器(MatchedFilter)壓縮脈沖。LFM信號(hào)的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：tj2-：(fctKt2)s(t)=rect(T)e2式中fc為載波頻率，rect(-)為矩形信號(hào)ct.1.1rect(p=T(2)10,其他BTT.=是調(diào)頻斜率，于是，信號(hào)的瞬時(shí)頻率為fc+Kt(-T2t0)(b)down-LFM(Ki,iiH11.1!in;1LFM的時(shí)域波形0.50-0.5-4-3-2234-101時(shí)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(hào)的時(shí)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(hào)頻率特性的兩個(gè)重要結(jié)論：(1)在滿足大時(shí)寬帶寬積的條件下，線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的振幅譜接近矩形函數(shù)，頻譜寬度近似等于信號(hào)的調(diào)頻變化范圍B,與時(shí)寬T無(wú)關(guān)。(2)在滿足大時(shí)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(diǎn)是設(shè)計(jì)匹配濾波器，進(jìn)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(cè)信號(hào)的最佳線性濾波器，其輸出信噪比在某個(gè)時(shí)刻可以達(dá)到最大，它是對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮的主要手段。對(duì)脈沖壓縮信號(hào)的仿真結(jié)合以上分析，用Matlab仿真雷達(dá)發(fā)射信號(hào)，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

6、型如圖3。s皿s。.雷達(dá)等效系統(tǒng)匹配濾波器圖3雷達(dá)仿真等效信號(hào)與系統(tǒng)模型仿真程序模擬產(chǎn)生理想點(diǎn)目標(biāo)的回波，并采用頻域相關(guān)方法（以便利用FFT實(shí)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(duì)比圖2與圖4可以看出，采用脈沖壓縮后，在接收機(jī)的接收端信噪比有了明顯的改善，進(jìn)而可以在滿足分辨率的基礎(chǔ)上，提高雷達(dá)的作用距離。四.結(jié)語(yǔ)脈沖壓縮技術(shù)是大時(shí)寬帶寬乘積信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器實(shí)現(xiàn)的，不同的信號(hào)形式有不同的壓縮性能，其中線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的諸多優(yōu)點(diǎn)使其稱(chēng)

7、為脈沖壓縮信號(hào)的首選，它也是最早、應(yīng)用最廣泛的脈沖壓縮信號(hào)。脈沖壓縮技術(shù)能在雷達(dá)發(fā)射功率受限的情況下，提高目標(biāo)的探測(cè)距離，并且保持很高的分辨力，是雷達(dá)反隱身、多目標(biāo)分辨、抗干擾的重要手段，在目前的雷達(dá)信號(hào)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。參考文獻(xiàn)1丁鷺飛，耿富錄雷達(dá)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(jì)語(yǔ)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(dá)信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)M北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.附錄線性調(diào)頻信號(hào)的時(shí)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(shí)間/us);title(LFM的時(shí)域波形%pulseduration10us%chirpfrequencymodulationbandwidth30MHz%chirpslope%samplingfrequencyandsamplespacing%generatechirpsignal)；gridon;axistight;s