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)用脈沖壓縮的產(chǎn)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(duì)回波進(jìn)行處理以獲得,因此脈沖壓縮雷達(dá)既保持了窄脈沖的高距離，又能獲得寬脈沖的強(qiáng)檢測(cè)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(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)到所需的旁瓣電

2、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)所選編碼的類型,包括巴克碼、偽隨機(jī)序列編碼 以及多項(xiàng)制編碼等。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

3、求信號(hào)具有大的時(shí)寬。 除此之外，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， 其 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)(LFM)脈沖壓縮雷達(dá)最常見(jiàn)的調(diào)制信號(hào)是線性調(diào)

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

5、換性質(zhì)，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(shí)，只需考慮 S(t)。由Matlab程序產(chǎn)生S(t)信號(hào)，并作出其時(shí)域波形和幅頻特性，如圖2所示。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

6、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)模型如圖3。圖3雷達(dá)仿真等效信號(hào)與系統(tǒng)模型匹配濾波器仿真程序模擬產(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。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

7、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-MATLABi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

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(shí)間 /us');title('LFM 的時(shí)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