脉冲压缩演示幻灯片.ppt

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,Modern Radar Signal Processing,Key Lab.for Radar Signal Processing,Modern Radar Signal Processing,Key Lab.for Radar Signal Processing,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,脉冲压缩,1,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,2,脉冲压缩的作用,雷达作用距离与距离分辨力存在矛盾,3,脉冲压缩的作用,距离分辨力,4,脉冲压缩的作用,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,5,脉冲压缩的特点,6,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。,7,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：,压缩网络,8,脉冲压缩的实现,压缩网络,9,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,10,基本原理,式,11,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。,12,性能改善,输出峰值功率增大,D,倍,若压缩网络是无源的，根据能量守恒原理。,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,13,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。,14,LFM脉冲信号的频谱特性,由,(c),可知,调频斜率,角频率变化规律,15,LFM脉冲信号的频谱特性,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,16,LFM脉冲信号的频谱特性,做傅里叶变换,通过变量代换整理得到复频谱,17,17,LFM脉冲信号的频谱特性,信号幅度谱,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,18,LFM脉冲信号的频谱特性,称为菲涅尔积分，具有如下特性：,式中,此时剩余相位,19,LFM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,20,LFM脉冲信号的频谱特性,21,LFM,脉冲信号匹配滤波器频谱特性,K,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,22,群延时特性,网络输出端，两个频率分量经过不同的相移,23,群延时特性,对于,PC,网络，其相频特性对应的延时特性为,24,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。,25,通过匹配滤波器的输出波形,作反傅里叶变换并取实部，得到,26,通过匹配滤波器的输出波形,27,仿真实验,空间有三个目标，雷达发射,4,个脉冲，参数如表,目标,距离,径向速度,功率,A,7.0km,50m/s,1,B,8.0km,0m/s,0.25,C,28.0km,100m/s,1,LFM,脉冲雷达参数如表,射频,带宽,时宽,PRT,1.57GHz,2MHz,42us,240us,采样频率为,10MHz,28,仿真实验,LFM,脉冲信号波形,29,总的回波信号,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,30,时域脉压结果,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。,A,C,B,31,第三部分,旁瓣抑制,窗函数加权,谱修正技术,多普勒频移的影响,32,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。,13.2dB,33,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,不同的,K,值与,n,值，对应不同的加权函数,34,旁瓣抑制,35,旁瓣抑制,则加权网络输出信号,整理后得到,接着对几个主要性能指标进行计算,36,旁瓣抑制,得到,-3dB,处主瓣加宽系数为,37,旁瓣抑制,未加权,PC,输出,hamming,加权,PC,输出,-13dB,-43dB,38,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。,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。,39,谱修正技术,修改后的传输函数,40,谱修正技术,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。,41,多普勒频移,42,多普勒频移,43,多普勒频移,存在多普勒频率的,LFM,信号为,经滤波器后输出为,积分结果为,44,多普勒频移,45,总结,46,