脈沖壓縮技術

1、脈沖壓縮技術在雷達信號處理中的應用脈沖壓縮的產生背景及定義脈沖壓縮的定義脈沖壓縮即pulse com pression,它是指發(fā)射寬編碼脈沖并對回波進行處理以獲得,因此脈沖壓縮雷達既保持了窄脈沖的高距離，又能獲得寬脈沖的強檢測能力。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頻、非線性調頻與相位編碼等。1) 線性調頻 是最簡單的脈沖壓縮信號，容易產生，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用， 但是，在利用多普勒頻率測量目標方位和距離的情況 下很少使用； 2) 非線性調頻非線性調頻具有幾個明顯的優(yōu)點，不需要對時間和頻率加權，但是系統(tǒng)復雜。為了 達到所需的旁瓣電

2、平, 需要對每個幅度頻譜分別進行調頻設計, 因而在實際中很少應用； 3) 相位編碼 相位編碼波形不同于調頻波形,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。脈沖壓縮的產生背景隨著飛行技術的飛速發(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構, 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構, 為了提高測速精度和速度分辨力, 要

3、求信號具有大的時寬。 除此之外，為提高雷達系統(tǒng)的發(fā)現能力， 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和的矛盾。 于是在匹配濾波器理論指導下，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頻和相位編碼產生的， 其 中以線性調頻和二相編碼信號的研究與應用最為廣泛。線性調頻信號(LFM)脈沖壓縮雷達最常見的調制信號是線性調

4、頻(Linear Frequency Modulation )信號, 接收時采用匹配濾波器(Matched Filter)壓縮脈沖。LFM信號的數學表達式為:s(t) rect ()ej2(fct式中fc為載波頻率,rect(*)為矩形信號。rect(-)1T0 ,其他BTTK 是調頻斜率，于是，信號的瞬時頻率為fc Kt ( t )，如圖1。T22圖 1 典型的 LFM信號(a)up-LFM(K>0)(b)down-LFM(KvO)將(1)式中的up-LFM(信號重寫為:s(t) S(t)ej2 fct (3)式中，S(t) rect(匚)ej Kt2是信號s(t)的復包絡。由傅立葉變

5、換性質，S(t)與 s(t)具有 相同的幅頻特性，只是中心頻率不同而以，因此， Matlab仿真時，只需考慮 S(t)。由Matlab程序產生S(t)信號，并作出其時域波形和幅頻特性，如圖2所示。圖2線性調頻信號的時域波形和幅頻特性由此可以得到關于線性調頻脈沖信號頻率特性的兩個重要結論（1）在滿足大時寬帶寬積的條件下，線性調頻脈沖信號的振幅譜接近矩形函數，頻譜寬 度近似等于信號的調頻變化范圍 B,與時寬無關。（2）在滿足大時寬帶寬積的條件下，線性調頻脈沖信的相位譜具有平方律特性。以上兩點是設計匹配濾波器，進行脈沖壓縮處理的主要依據。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

6、信噪比在某 個時刻可以達到最大，它是對線性調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包 絡特性，其載頻不予考慮（實際中需加調制和正交解調環(huán)節(jié)），仿真信號與系統(tǒng)模型如圖3。圖3雷達仿真等效信號與系統(tǒng)模型匹配濾波器仿真程序模擬產生理想點目標的回波，并采用頻域相關方法（以便利用FFT實現 脈沖壓縮，得到仿真圖如下。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上，提高雷達的作用距離。四. 結語脈沖壓縮技術是大時寬帶寬乘積信號經過匹配濾波

7、器實現的，不同的信號形式有 不同的壓縮性能，其中線性調頻脈沖信號的諸多優(yōu)點使其稱為脈沖壓縮信號的首選，它 也是最早、應用最廣泛的脈沖壓縮信號。脈沖壓縮技術能在雷達發(fā)射功率受限的情況下 提高目標的探測距離，并且保持很高的分辨力，是雷達反隱身、多目標分辨、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：西安電子科技大學出版社，2006.2 樓順天，姚若玉，沈俊霞-MATLABi序設計語言西安：西安電子科技大學西電出版社,2007.3 元春，蘇廣州，米紅寬帶雷達信號產生技術M 北京：國防工業(yè)出版社，2002.附錄線性調頻信號的時域波形和幅頻

8、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=ex p(j*pi *K*tA2);subplot(211) plot(t*1e6,real(St); xlabel(' 時間 /us');title('LFM 的時域波形 grid on;axis tight;subplot(212) freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St);xlabel(' 頻率 /MHz'); title('LFM 的頻域特性 '); grid on;axis tight;%pulse durat