脉冲压缩.ppt

Modern Radar Signal ProcessingModern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing第一部分脉冲压缩的作用脉冲压缩的实现脉冲压缩的特点2Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing3脉冲压缩的作用雷达作用距离与距离分辨力存在矛盾Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩的作用距离分辨力4Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩的作用5u即脉压比等于时宽-带宽积，脉冲压缩系统常用时宽-带宽积的概念表征Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩的特点6Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩的特点存在的缺点最小作用距离受脉冲宽度的限制。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。存在距离旁瓣。存在一定的距离和速度测定模糊。总之，脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，成为近代雷达广泛应用的体制。7Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩的实现发射脉冲必须有非线性的相位谱，或必须使其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远大于1；接收机中必须有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号实现“相位共轭匹配”。根据以上要求，可以构造理想的脉冲压缩系统：8压缩网络Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing脉冲压缩的实现9压缩网络Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing第二部分线性调频(LFM)脉冲压缩基本原理性能改善频谱特性LFM脉冲信号频谱特性LFM脉冲信号匹配滤波器频谱特性LFM脉冲信号通过匹配滤波器的输出波形Matlab仿真10Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing基本原理11式Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing12 由图(d)得到网络对信号各斜率成分的延时关系为 说明线性调频宽脉冲信号经过压缩网络后，成为窄脉冲。Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing性能改善输出峰值功率增大D倍13l若压缩网络是无源的，根据能量守恒原理。l无源网络不产生噪声，而输入噪声具有随机性，所以经过压缩网络不会被压缩。输出脉冲信号信噪比与输入信号之比增大D倍Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing性能改善由雷达方程知，这就使脉冲压缩雷达的探测距离比采用相同发射脉冲功率和保持相同分辨力的普通脉冲制雷达的探测距离增加了（例如D=16，作用距离增大1倍）综上分析，接收机输出的目标回波信号具有：窄的脉冲宽度、高的峰值功率，即，符合探测距离远、距离分辨率高的战术要求。为进一步研究LFM脉冲与压缩脉冲之间的内在关系，我们必须进行定量分析。14Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号的频谱特性15由(c)可知调频斜率角频率变化规律Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号的频谱特性16瞬时相位由此得到LFM脉冲压缩体制的发射信号表达式改写成窗函数与原函数乘积的形式，并用复数表示Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号的频谱特性做傅里叶变换17通过变量代换，整理得到复频谱17Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号的频谱特性信号幅度谱18相位幅度谱可以得到相位幅度谱可分为平方相位谱和剩余相位谱两部分Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号的频谱特性19称为菲涅尔积分，具有如下特性：式中此时剩余相位Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing20LFM脉冲信号的频谱特性下图画出了D=13,D=52,D=130时的幅频特性和剩余项相频特性Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号的频谱特性21Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessingLFM脉冲信号匹配滤波器频谱特性22K为归一化系数，幅频特性即为相频特性与发射信号相似，具有相同平方律，但符号相反Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing群延时特性23网络输出端，两个频率分量经过不同的相移Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing群延时特性对于PC网络，其相频特性对应的延时特性为24Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing群延时特性值得注意的是，网络的群延时特性正好与信号的相反，因此通过匹配滤波后，相位特性得到补偿，使得输出信号相位均匀，信号出现峰值。由此可见匹配滤波器的相频特性与群时延特性有着确定关系，它们是等价的。25Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing通过匹配滤波器的输出波形26作反傅里叶变换并取实部，得到Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing通过匹配滤波器的输出波形27Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing仿真实验空间有三个目标，雷达发射4个脉冲，参数如表28目标距离径向速度功率A7.0km50m/s1B8.0km0m/s0.25C28.0km100m/s1LFM脉冲雷达参数如表射频带宽时宽PRT1.57GHz2MHz42us240us采样频率为10MHzModern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing仿真实验LFM脉冲信号波形29Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing总的回波信号30目标A目标C目标B闭锁期A与B的回波存在重叠，无法区分Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing时域脉压结果31观察一个脉冲周期 回波由宽脉冲压缩为窄脉冲，目标A与B完全分离。即，脉冲压缩提高了雷达的距离分辨力。ACBModern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing第三部分旁瓣抑制l窗函数加权l谱修正技术多普勒频移的影响32Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制输出脉冲包络的第一旁瓣为主瓣电平-13.2dB。在多目标环境中，旁瓣可能会埋没附近较小目标的主瓣，导致目标丢失。为提高分辨多目标的能力，须采用旁瓣抑制措施，即加权技术。3313.2dBModern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制引入加权网络实质上是对信号进行一种失配处理，它不仅抑制旁瓣，同时会使输出信号的包络主瓣降低、变宽，即，旁瓣抑制是以损失信噪比及降低距离分辨力为代价的。加权函数的选择，只能在旁瓣抑制、主瓣加宽、信噪比损失、旁瓣衰减速度以及技术实现难度等几个方面这种考虑。现用下面的一般形式表示加权函数34不同的K值与n值，对应不同的加权函数Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制35Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制则加权网络输出信号36整理后得到接着对几个主要性能指标进行计算Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制37 得到-3dB处主瓣加宽系数为Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制未加权PC输出38hamming加权PC输出-13dB-43dBModern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing旁瓣抑制 大时宽带宽积信号：D值大，振幅谱接近矩形，且波纹小，加权后的脉压波形旁瓣低；小时宽带宽积信号：D值小，振幅谱不再具有接近矩形的特性，通带内有较大波纹。加权后旁瓣高。39带内波纹边缘跃变 D值不同造成脉压信号主旁瓣比不同时由于时域压缩产生的距离旁瓣与频域上的边缘跃变以及带内波纹密切相关。采用经典窗加权的目的就是平滑矩形频谱的边缘跃变，但不能抑制带内波纹，因此与大时宽带宽积信号相比，小时宽带宽积信号相比主旁瓣比低。Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing谱修正技术40修改后的传输函数Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing谱修正技术41 下图为D=40的LFM信号谱修正前后的结果，虚线为修正前的输出，实线是修正后的输出。可以看出，采用海明加权，经过谱修正后脉压输出主旁瓣比从34.07dB提高到37.75dB，3dB宽度仍展宽1.47倍。Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing多普勒频移42Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing多普勒频移43Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing多普勒频移存在多普勒频率的LFM信号为44经滤波器后输出为积分结果为Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing多普勒频移45Modern Radar Signal ProcessingKeyLab.forRadarSignalProcessing总结46