脉冲压缩雷达..
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第5章
脉冲压缩雷达系统
1
Biblioteka Baidu
概述
c r 2B
雷达的距离分辨率取决于信号的带宽(B):
普通脉冲雷达, 雷达信号的时宽(T)与带宽(B)满足:
1 T B
对于脉冲压缩雷达，雷达信号的
时宽(T)与带宽(B’)满足:
T B 1
'
1 , B T
'
这样，经过压缩后雷达信号的时宽(T’)为:
(2)当时间带宽积较大时， LFM信号的频谱近似为：
1 f j[ ( f f 0 ) 2 / K / 4] S( f ) rect( )e B K
radar pulse with linear frequency modulation 1
1 4
增加雷达系统发射信号脉冲宽度有利于提高的雷达 发射平均功率,但影响雷达系统的带宽和距离分辨率。
压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为:
T 1 ' T TB
定义雷达信号时宽与带宽的乘积为脉冲压缩比:
'
D TB
'
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：
E P T P T
6 脉冲压缩雷达信号处理方式(2)
I/Q信号
采样 保持 宽带A/D 转换 存 储 匹配滤波 脉冲压缩
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR
检测 结果
数字脉冲压缩
7 线性调频脉冲压缩雷达的信号频谱
(1) 线性调频脉冲信号(LFM):
t s(t ) rect
j 2 ( f 0t Kt 2 / 2) e
4 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
5 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
(1) 频谱分析方法
设发射信号的频谱为：
Ui ( f ) | Ui ( f ) | e
则,匹配压缩滤波器的频谱应为：
ji ( f )
H ( f ) K | Ui ( f ) | e
经过匹配压缩滤波器后的输出应为：
ji ( f ) j 2ftd
e
2
Uo ( f ) H ( f )Ui ( f ) K | Ui ( f ) | e
j 2ftd
(2) 信号延迟积累方法
A t
接收机输入的高 频脉冲的包络
T
f f2
f1 t td1
输入高频信号的 时间--频率特性
t
td2
f f1 td1 td2 f2 T’
信号压缩的频 率--时延特性
f
压缩脉冲输出
t
图中存在下述关系：
A
T td 2 t d 1 T
'
'
f
f2 T
t
T T ( td 2 td 1 )
因为 所以
f1 t
td1 td2 f
这意味着，接收机的灵敏度提高了，脉冲 压缩雷达的作用距离将提高。
2 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。
3 脉冲压缩雷达的缺点：
'
'
T P , D ' P T
'
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：
A T ' D A T
'
,
A A D
'
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：
(S / N )0 D ( S / N )i
相位编码脉冲压缩雷达有二相制、多相制以及巴克码、伪随机 码等类型。在二相制相位编码脉冲压缩体制中，宽度为T的宽脉冲 被划分为N个宽度为τ的子脉冲，每个子脉冲的相位按0°、180° 两相编码。经过压缩滤波器后，输出的是一个主瓣宽度为τ、幅度 为宽脉冲回波幅度N倍的窄脉冲。在要求大脉冲压缩比的场合，相 位的编码通常采用伪随机码，对于同一码长，可以得到多种不同的 编码。相位编码脉冲压缩雷达多采用数字技术进行压缩滤波处理。 数字处理方法的优点是在计算机控制下可以快速改变发射波形，相 应地改变信号处理，以适应不同的战术要求。 脉冲压缩雷达采用的宽频带信号有利于反噪声干扰。在相位编 码脉冲压缩雷达中，还可以方便地选择不同的编码，来对付欺骗干 扰。脉冲压缩技术可与动目标显示、单脉冲测角、相控阵天线等雷 达技术兼容，因而在超远程警戒雷达、远程跟踪雷达、三坐标雷达、 合成孔径雷达、精密测量雷达以及相控阵雷达中都得到广泛应用。
T
'
1 ' B
由脉冲雷达系统的方程可知 , 其作用距离的 4 次方与
雷达发射功率(平均功率)成正比(其它条件不变时)：
PtG 22 RCS PtG 22 RCS Prs Rt 3 4 3 (4 ) Rt Lt Lr ( 4 ) P L L rs t r
t
td 2 td 1
T ' T
f1
td1
f2
T’ td2
f
t
(3) 同相位矢量相加方法
f
压缩前信号频谱矢量图
f
压缩后信号频谱矢量图
6 脉冲压缩雷达信号处理方式(1)
中频 信号
匹配滤波 脉冲压缩
I/Q 解调
采样 保持
窄带A/D 转换
高速 存储
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR
检测 结果
模拟脉冲压缩方式
（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，影响距离测量。
发射宽频带的宽脉冲信号，并将回波信号压缩处理成窄脉冲的 雷达。常规脉冲雷达为了增大雷达探测距离，在发射机峰值功率受 到限制的情况下，通常采用增加发射脉冲宽度，提高平均功率的方 法；而为了得到高的距离分辨力，却要求回波脉冲越窄越好，这两 者是互相矛盾的。脉冲压缩雷达能有效地解决常规脉冲雷达中增大 探测距离与提高距离分辨力的矛盾。 按发射信号的调制方式分，脉冲压缩雷达主要有线性调频、非 线性调频与相位编码等几种体制。 线性调频体制的关键器件是压缩滤波器，常用的压缩滤波器是 声表面波色散延迟线或数字电路，其延迟时间与信号频率成线性关 系。压缩后的信号脉冲宽度仅为发射信号宽度的D分之一，因而距 离分辨力也改善了相应的数值。而压缩后的窄脉冲幅度则增大D倍。
脉冲压缩雷达系统
1
Biblioteka Baidu
概述
c r 2B
雷达的距离分辨率取决于信号的带宽(B):
普通脉冲雷达, 雷达信号的时宽(T)与带宽(B)满足:
1 T B
对于脉冲压缩雷达，雷达信号的
时宽(T)与带宽(B’)满足:
T B 1
'
1 , B T
'
这样，经过压缩后雷达信号的时宽(T’)为:
(2)当时间带宽积较大时， LFM信号的频谱近似为：
1 f j[ ( f f 0 ) 2 / K / 4] S( f ) rect( )e B K
radar pulse with linear frequency modulation 1
1 4
增加雷达系统发射信号脉冲宽度有利于提高的雷达 发射平均功率,但影响雷达系统的带宽和距离分辨率。
压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为:
T 1 ' T TB
定义雷达信号时宽与带宽的乘积为脉冲压缩比:
'
D TB
'
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：
E P T P T
6 脉冲压缩雷达信号处理方式(2)
I/Q信号
采样 保持 宽带A/D 转换 存 储 匹配滤波 脉冲压缩
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR
检测 结果
数字脉冲压缩
7 线性调频脉冲压缩雷达的信号频谱
(1) 线性调频脉冲信号(LFM):
t s(t ) rect
j 2 ( f 0t Kt 2 / 2) e
4 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
5 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
(1) 频谱分析方法
设发射信号的频谱为：
Ui ( f ) | Ui ( f ) | e
则,匹配压缩滤波器的频谱应为：
ji ( f )
H ( f ) K | Ui ( f ) | e
经过匹配压缩滤波器后的输出应为：
ji ( f ) j 2ftd
e
2
Uo ( f ) H ( f )Ui ( f ) K | Ui ( f ) | e
j 2ftd
(2) 信号延迟积累方法
A t
接收机输入的高 频脉冲的包络
T
f f2
f1 t td1
输入高频信号的 时间--频率特性
t
td2
f f1 td1 td2 f2 T’
信号压缩的频 率--时延特性
f
压缩脉冲输出
t
图中存在下述关系：
A
T td 2 t d 1 T
'
'
f
f2 T
t
T T ( td 2 td 1 )
因为 所以
f1 t
td1 td2 f
这意味着，接收机的灵敏度提高了，脉冲 压缩雷达的作用距离将提高。
2 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。
3 脉冲压缩雷达的缺点：
'
'
T P , D ' P T
'
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：
A T ' D A T
'
,
A A D
'
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：
(S / N )0 D ( S / N )i
相位编码脉冲压缩雷达有二相制、多相制以及巴克码、伪随机 码等类型。在二相制相位编码脉冲压缩体制中，宽度为T的宽脉冲 被划分为N个宽度为τ的子脉冲，每个子脉冲的相位按0°、180° 两相编码。经过压缩滤波器后，输出的是一个主瓣宽度为τ、幅度 为宽脉冲回波幅度N倍的窄脉冲。在要求大脉冲压缩比的场合，相 位的编码通常采用伪随机码，对于同一码长，可以得到多种不同的 编码。相位编码脉冲压缩雷达多采用数字技术进行压缩滤波处理。 数字处理方法的优点是在计算机控制下可以快速改变发射波形，相 应地改变信号处理，以适应不同的战术要求。 脉冲压缩雷达采用的宽频带信号有利于反噪声干扰。在相位编 码脉冲压缩雷达中，还可以方便地选择不同的编码，来对付欺骗干 扰。脉冲压缩技术可与动目标显示、单脉冲测角、相控阵天线等雷 达技术兼容，因而在超远程警戒雷达、远程跟踪雷达、三坐标雷达、 合成孔径雷达、精密测量雷达以及相控阵雷达中都得到广泛应用。
T
'
1 ' B
由脉冲雷达系统的方程可知 , 其作用距离的 4 次方与
雷达发射功率(平均功率)成正比(其它条件不变时)：
PtG 22 RCS PtG 22 RCS Prs Rt 3 4 3 (4 ) Rt Lt Lr ( 4 ) P L L rs t r
t
td 2 td 1
T ' T
f1
td1
f2
T’ td2
f
t
(3) 同相位矢量相加方法
f
压缩前信号频谱矢量图
f
压缩后信号频谱矢量图
6 脉冲压缩雷达信号处理方式(1)
中频 信号
匹配滤波 脉冲压缩
I/Q 解调
采样 保持
窄带A/D 转换
高速 存储
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR
检测 结果
模拟脉冲压缩方式
（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，影响距离测量。
发射宽频带的宽脉冲信号，并将回波信号压缩处理成窄脉冲的 雷达。常规脉冲雷达为了增大雷达探测距离，在发射机峰值功率受 到限制的情况下，通常采用增加发射脉冲宽度，提高平均功率的方 法；而为了得到高的距离分辨力，却要求回波脉冲越窄越好，这两 者是互相矛盾的。脉冲压缩雷达能有效地解决常规脉冲雷达中增大 探测距离与提高距离分辨力的矛盾。 按发射信号的调制方式分，脉冲压缩雷达主要有线性调频、非 线性调频与相位编码等几种体制。 线性调频体制的关键器件是压缩滤波器，常用的压缩滤波器是 声表面波色散延迟线或数字电路，其延迟时间与信号频率成线性关 系。压缩后的信号脉冲宽度仅为发射信号宽度的D分之一，因而距 离分辨力也改善了相应的数值。而压缩后的窄脉冲幅度则增大D倍。