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1、目标分辨脉冲压缩雷达,概述 线性调频脉冲压缩,概述,雷达的距离分辨率取决于信号的带宽,对于普通脉冲雷达，雷达信号的时宽与带宽满足,对于脉冲压缩雷达，雷达信号的时宽与带宽满足,这样，经过压缩后雷达信号的时宽为,压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为,定义雷达信号时宽与带宽的乘积为脉冲压缩比,如果压缩滤波器是无源的，它本身不消耗能量也不产生能量，满足能量守恒原理：,可见，输出脉冲的峰值功率增大了D倍 若输入脉冲幅度为A，输出脉冲幅度为A，则有：,因为噪声通过压缩滤波器后，噪声不会被压缩，其噪声电平仍保持在接收机原有的噪声电平上，所以输出信噪比也提高了D倍,这意味着，接收机的灵敏度提高了，脉冲压缩雷达的作
2、用距离将提高。,脉冲压缩雷达的优点：,1 脉冲宽度与有效频谱宽度这两个参数可以独立选取，解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。2 通过匹配压缩处理获得高的距离分辨率3 宽带信号有利于提高系统的抗干扰能力,脉冲压缩雷达的缺点：,1 最小作用距离受脉冲宽度的限制。2 收发系统比较复杂，在信号产生和处理过程中的任何失真，都将增大旁瓣高度。3 存在距离旁瓣，通过加权处理抑制旁瓣。4 存在距离和速度耦合，影响测量。,脉冲压缩雷达存在条件：,1 发射信号必须具有非线性的相位谱。2 存在对应的匹配压缩网络。,压缩网络,脉冲压缩的原理,频谱分析方法信号延迟积累方法同相位矢量相加方法,设发射信号的频谱为：,
3、则，匹配压缩滤波器的频谱应为：,经过匹配压缩滤波器后的输出应为：,频谱分析方法,接收机输入的高频脉冲的包络,输入高频信号的时间-频率特性,信号压缩的频率-时延特性压缩脉冲输出,信号延迟积累方法,f,f,f,t,t,f1,f,f,f2,td2,td1,f1,f2,T,T,td1,td2,存在下述关系：,因为,所以,同相位矢量相加方法,f,压缩前信号频谱矢量图,压缩后信号频谱矢量图,f,脉冲压缩雷达信号处理方式：,匹配滤波脉冲压缩,I/Q解调,信号滤波器,存储,采样保持,A/D转换,频谱分析,检测器CFAR,中频放大信号,检测结果,模拟脉冲压缩,脉冲压缩雷达信号处理方式：,采样保持,A/D转换,频
4、谱分析,信号滤波器,存储,匹配滤波脉冲压缩,检测器CFAR,检测结果,数字脉冲压缩,I/Q信号,线性调频信号的产生,无源法产生线性调频信号 窄脉冲冲击法 平衡调制法 有源法,中频矩形带通网络,色散延迟线,方波产生器,功放,上变频器,整形,本振,冲击信号,无源法,亚控振荡器,多谐振荡器,锯齿波电压产生器,选通,冲击信号,有源法,线性调频信号的频谱,幅度频谱：,相位频谱：,线性调频信号的频谱,当雷达信号时间带宽积远远大于1时，存在近似,相位频谱：,clear%信号产生T=10*10-6;%pulse widthB=10*106;%frequency bandwidthK=B/T;%frequenc
5、y modulation ratioN=2048;%samples numbert=0:T/N:T;%time seriessi=exp(-j*pi*K*t.2);%signal generationso=fft(si);subplot(2,1,1);plot(fftshift(abs(so)subplot(2,1,2);plot(fftshift(angle(so);,线性调频脉冲信号的波形参量,有效带宽：,均方根带宽：,有效时宽：,均方根时宽：,调频常数：,线性调频信号的模糊函数,时间轴上的切面：,频率轴上的切面：,特点：随着多普勒频移，主峰值降低。随着多普勒频移，主峰值产生时移。随着多普
6、勒频移，切割图与辛克函数的失真进一步加大。,线性调频信号的处理,当信号的时间带宽积较大时，线性调频信号的频谱可以近似为：,幅度频谱：,相位频谱：,线性调频信号的近似匹配滤波器的频谱特性应满足：1 幅度谱与信号的频谱相同，即带宽为B的矩形谱2 相位谱是信号相位谱的共轭,压缩滤波器的频谱应该是：,近似匹配滤波器的输出,近似匹配滤波器的输入信号为,其中 为信号的多普勒频移，这个信号的频谱为,近似匹配滤波器的频率特性应该是,其幅度频谱为,其相位频谱为,近似匹配滤波器的频谱为,经过近似匹配滤波器的压缩后的频谱为,当 为某一固定值，近似匹配滤波器输出的波形为,改变积分次序，上式可写为,令,代入上式，经过简
7、化，有,再令,因为存在下列关系,近似匹配滤波器的输出最后可以写为,输出信号的包络为,比较近似匹配滤波器的输出和模糊函数的结果,近似匹配滤波器的输出包络为,线性调频信号的模糊函数为,由此可见，近似匹配滤波器的输出结果和模糊函数的结果是对应的,线性调频信号的数字处理方法,A/D,A/D,快速付里叶正变换,频谱相乘,快速付里叶反变换,包络检波,A/D,A/D,只读存储器存有平方相位项,本振,相干检波,数字处理方法,假定输入信号为,本振信号为,经过相干检波，输出两路信号为,线性调频信号的加权处理,旁瓣抑制的意义加权函数的形式失配处理的成对回波理论,旁瓣抑制的意义,线性调频信号通过匹配压缩滤波器后，输出
8、压缩脉冲的包络近似为辛克形状，其中最大的第一对旁瓣为主峰电平的-13.2dB，在多目标环境中，这些旁瓣会淹没附近较小目标的主信号，引起目标丢失。为了提高分辨多目标的能力，必须采用旁瓣抑制或简称加权技术。加权技术实际上是对信号进行失配处理，所以它不仅使旁瓣得到抑制，同时使输出信号包络主瓣降低，变宽。换句话说，旁瓣抑制是以信噪比损失及距离分辨率变坏作为代价的。,加权函数的形式,如何选择加权函数，涉及到最佳准则的确定，最佳的加权函数理论上应为多尔夫-切比雪夫函数。但这种理想函数是难以实现的，因此实际上采用的加权函数包括汉明、汉宁、余旋平方、余旋立方等加权函数。通常的一般表达式为：,汉明频率加权函数,1 加权函数对信噪比的影响：,2 最大旁瓣与主瓣之比：,3 主瓣展宽系数：,失配处理的成对回波理论,
