HotZ-雷达系统(第四章) 脉冲压缩雷达
脉冲压缩雷达..
'
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
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 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
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。
雷达脉冲压缩系统的设计及应用实践探微
雷达脉冲压缩系统的设计及应用实践探微摘要：雷达是现代军事和探测中重要设备，主要是采用无线电探测和测距的方式对目标的具体位置和真实距离进行探测，具有良好的探测质量和应用价值。
但是在实际的雷达使用过程中，会出现一些信噪比损失的问题，影响雷达的探测精度和探测的可靠性，因此，需要科学的对雷达脉冲压缩系统进行设计。
以下本文就雷达脉冲压缩系统的设计展开探讨，并结合实际情况，对雷达脉冲压缩系统的应用实践进行阐述，旨在为相关技术人员提供参考，促使雷达探测的精度和灵敏度的有效提高，扩大雷达的应用范围。
关键词：雷达脉冲压缩系统；设计；应用实践雷达是现代探测中的重要设备，为了实现雷达的探测精度和探测质量的提升，需要科学的对雷达的信噪比和距离旁瓣。
在实际的雷达使用过程中，如果提高脉冲信号可以有效的提高雷达的距离分辨能力，但是会对雷达接收信号的信噪比造成影响，为了调和雷达信噪比和距离分辨能力之前的关系，需要科学的对雷达脉冲压缩系统进行设计，从而使得雷达的探测精度和准度性能够得到有效的控制。
完成雷达脉冲压缩系统的设计后，合理的对其进行应用，充分发挥雷达脉冲压缩系统的能力，推动雷达相关产业的持续健康发展。
一、雷达脉冲压缩系统的相关概述雷达脉冲压缩系统，主要是对雷达发射的脉冲心心好进行处理，促使雷达所发出的脉冲信号呈现宽脉冲信号的形式，通过接收装置对其进行处理，输出窄脉冲信号。
雷达脉冲压缩系统，可以有效的提高雷达的作用距离和远距离的分辨能力，促使雷达的功能性和可靠性得到进一步的提升。
为了实现雷达脉冲压缩系统的设计，需要科学的对脉冲压缩技术进行使用，可以有效的调节雷达作用距离和远距离分辨能力关系的有效途径，采用宽发射、窄接收的方式，使得雷达的探测距离和精度得到有效的提升。
针对脉冲压缩的主要手段有：（1）线性调频是一种简单的信号类型，线性调频后的脉冲信号的信噪比对多普勒频移的感知不明显，在雷达脉冲压缩中具有良好的应用价值。
（2）非线性调频同样是雷达的脉冲压缩技术的手段之一，在实际的应用过程中，可以不对时间与频率进行加权，效果可靠，但是受到一些因素的影响，使得现象调频的应用频率不高。
脉冲压缩
“雷达原理”作业报告西安电子科技大学2011年11月摘要简单介绍了脉冲压缩技术的原理和类型，并对线性调频脉冲压缩进行了详细的分析推导。
引言雷达是通过对回波信号进行接收再作一些检测处理来识别复杂回波中的有用信息的。
其中，波形设计有着相当重要的作用，它直接影响到雷达发射机形式的选择"信号处理方式"雷达的作用距离及抗干扰"抗截获等很多重要问题。
现代雷达中广泛采用了脉冲压缩技术。
脉冲压缩雷达常用的信号有线性调频信号和二相编码信号。
脉冲压缩雷达具有高的辐射能量和高的距离分辨力，这种雷达具有很强的抗噪声干扰和欺骗干扰的性能。
对线性调频信号有效的干扰方式是移频干扰(对二相编码信号较有效的干扰方式是距离拖引干扰。
1脉冲压缩简介雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。
雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。
所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。
一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。
两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，如图1．1所示，雷达的距离分辨力取决于信号带宽。
对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为B c r 2=δ式中，c 为光速，B=f ∆可为发射波形带宽。
图1．1脉冲压缩雷达原理示意图雷达的速度分辨力可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，在频域上的分辨能力就越好，即速度分辨力越好。
对于简单的脉冲雷达，B=f ∆=1／τ，此处，τ为发射脉冲宽度。
因此，对于简单的脉冲雷达系统，将有τδ2c r =在普通脉冲雷达中，由于雷达信号的时宽带宽积为一常数(约为1)，因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。
雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要性能参数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。
脉压雷达
线性调频脉冲信号数字产生及时域压缩处理
脉冲压缩雷达
时间： 时间： 2012.4.10
提纲1 2 3 4 Nhomakorabea相控阵列基本原理
相控阵雷达的基本组成
相位扫描系统的组成及工作原理
有源相控阵雷达
脉压雷达的概述
• 脉压雷达 • 采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证 足够的最大作用距离，接收是采用相应的脉冲 压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而 能较好地解决距离和分辨力之间的矛盾。
脉冲压缩系统的显著特点
• 发射信号采用载频按一定规律变化的宽脉冲，使 发射信号采用载频按一定规律变化的宽脉冲， 其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远远大于1， 其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远远大于 ， 这两个信号参数基本上是独立的， 这两个信号参数基本上是独立的，因而可以分别 加以选择来满足战术的要求。 加以选择来满足战术的要求。 • 在接收机上设置一个与发射信号频谱相匹配的压 缩网络，使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲， 缩网络，使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲，保持 了良好的距离分辨力 • 有利于提高系统的抗干扰能力。 有利于提高系统的抗干扰能力。
脉冲压缩雷达的影响因素
• 发射波形以及处理方法 • 作用距离、多普勒频率范围、距离、多普勒旁瓣 作用距离、多普勒频率范围、距离、 电平、波形灵活性、 电平、波形灵活性、干扰抑制性能和信噪比
脉冲压缩方法
• 有源方法 • 对载波进行相位或频率调制，得到信号波形， 但实际上并未进行时间展宽（数字相位控制） • 信号处理：将延迟后的发射脉冲样本与接收信 号进行混频，是一种相关处理
脉冲压缩方法
• 无源方法 • 利用窄脉冲机器某种器件或网络来获取时间展 宽的编码脉冲（声表面波延迟器件组成的展宽 网络） • 使用与展宽网络共轭的压缩网络处理接收信号 ，是一种匹配滤波。
脉冲压缩雷达
06
脉冲压缩雷达的应用实例
军事侦查与目标识别
目标定位与跟踪
脉冲压缩雷达能够快速准确地定 位和跟踪目标，为军事侦查和打
击提供关键信息。
识别与分类
通过分析回波信号，脉冲压缩雷达 能够识别和分类不同类型目标，如 飞机、导弹和舰船等。
隐身目标探测
对于采用隐身技术的目标，脉冲压 缩雷达通过多普勒频移和信号处理 技术，有效探测和识别隐身目标。
脉冲压缩雷达
• 引言 • 脉冲压缩雷达的工作原理 • 脉冲压缩雷达的优势 • 脉冲压缩雷达的挑战与解决方案 • 脉冲压缩雷达的发展趋势 • 脉冲压缩雷达的应用实例
01
引言
脉冲压缩雷达的定义
脉冲压缩雷达是一种雷达系统，它通 过发射宽脉冲信号，并在接收时对信 号进行压缩处理，以获得高分辨率和 低距离模糊的雷达图像。
测距精度高
总结词
脉冲压缩雷达通过精确控制发射信号的脉冲宽度和压缩比， 能够实现高精度的测距。
详细描述
脉冲压缩雷达的测距精度取决于发射信号的脉冲宽度和压缩 比。通过精确控制发射信号的脉冲宽度和压缩比，脉冲压缩 雷达能够实现高精度的测距测量，从而提高对目标距离的测 量精度。
04
脉冲压缩雷达的挑战与解决方案
03
脉冲压缩雷达的优势
高距离分辨率
总结词
脉冲压缩雷达通过发送宽脉冲信号，并在接收时进行压缩处理，能够实现高距离分辨率。
详细描述
在雷达探测中，距离分辨率指的是雷达区分两个相邻目标的能力，取决于发射信号的脉冲宽度。脉冲压缩雷达通 过发送宽脉冲信号，并在接收时进行匹配滤波处理，将宽脉冲压缩成窄脉冲，从而提高了距离分辨率，能够更好 地分辨出相邻目标。
脉压雷达
脉冲压缩雷达的影响因素
• 发射波形以及处理方法 • 作用距离、多普勒频率范围、距离、多普勒旁瓣 电平、波形灵活性、干扰抑制性能和信噪比
脉冲压缩方法
• 有源方法 • 对载波进行相位或频率调制，得到信号波形， 但实际上并未进行时间展宽（数字相位控制） • 信号处理：将延迟后的发射脉冲样本与接收信 号进行混频，是一种相关处理
脉冲压缩雷达
时间： 2012.4.10
提纲
1 2 3 4
相控阵列基本原理
相控阵雷达的基本组成
相位扫描系统的组成及工作原理
有源相控阵雷达
脉压雷达的概述
• 脉压雷达 • 采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证 足够的最大作用距离，接收是采用相应的脉冲 压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而 能较好地解决距离和分辨力之间的矛盾。
脉冲压缩方法
• 无源方法 • 利用窄脉冲机器某种器件或网络来获取时间展 宽的编码脉冲（声表面波延迟器件组成的展宽 网络） • 使用与展宽网络共轭的压缩网络处理接收信号 ，是一种匹配滤波。
两种方法的对比
脉冲压缩分类
• 按发射信号的调制规律 • 线性调频脉冲压缩 • 非线性调频脉冲压缩 • 相位编码脉冲压缩 • 时间频率编码脉冲压缩
脉冲压缩系统的显著特点
• 发射信号采用载频按一定规律变化的宽脉冲，使 其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远远大于1， 这两个信号参数基本上是独立的，因而可以分别 加以选择来满足战术的要求。 • 在接收机上设置一个与发射信号频谱相匹配的压 缩网络，使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲，保持 了良好的距离分辨力 • 有利于提高系统的抗干扰能力。
脉冲压缩系统分类
• 模拟脉冲压缩 • 数字脉冲压缩
线性调频脉冲压缩
脉冲压缩技术在雷达系统中的应用
（2）
其中，u 为瞬时频率的变化率，他与脉冲宽度 与 内的频率变化范围 B 有 如下关系： u B / 。 对式（1）做傅立叶变换得到：
S LMF (f ) A 2 e
2 j(f f 0 )2
j 2(f0 ut 2 )
1 2
e j 2ftdt dt
电子工程学院
脉冲压缩技 术在雷达系统中 的应用
雷达原理
狄冲 陈维森 赵禹慕尘 吕凯
02123071 02123008 02123089 02123094
摘要
对目前在雷达信号处理系统中应用较为广泛的脉冲压缩技术进行了介绍， 主 要是线性调频的脉冲压缩信号。 首先对脉冲压缩和线性调频脉冲信号进行了介绍， 然后研究了线性调频信号的压缩过程及其压缩方法。 关键词：脉冲压缩；线性调频；匹配滤波
subplot(212) plot(t*1e6,x); xlabel('t/us'); title('线性调频加噪后')； grid on;axis tight; plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St)))); xlabel('Frequency in MHz'); title('Magnitude spectrum of chirp signal'); grid on;axis tight; 信噪比为 6 时的仿真结果
时，信号能量绝大部分集中在 f f0 <
义为 0.5， s(u1 ) s(u 2 )定义为 0.5，由此得到
S LMF(f )
A f f0 rect( ) B u
(f f0 )2 LMF(f ) u 4
探究分段脉冲压缩在雷达信号处理中的应用
探究分段脉冲压缩在雷达信号处理中的应用摘要：脉冲压缩技术是雷达信号处理的一项重要技术，是对线性调频信号进行的处理，其实质是通过对宽带信号进行实时地去噪声和加窗处理，从而实现对目标信息的获取。
在雷达中，采用脉冲压缩技术可以有效提高雷达的距离分辨率和速度分辨率。
本文将以采用分段式脉冲压缩技术可以解决这一问题。
关键词：分段脉冲压缩；雷达信号处理；应用分段式脉冲压缩技术是通过对线性调频信号进行分段处理来实现距离、速度信息的获取。
这种方法只需简单地改变信号的部分参数就可以实现对距离和速度信息的获取，不会造成距离、速度模糊问题。
虽然分段式脉冲压缩技术也存在着一定的问题，如采用分段式脉冲压缩技术会使系统复杂度增大，但它是一种有效提高雷达系统性能的手段。
在实际应用中可以根据不同情况对其进行选择。
1.信号处理的基本原理在雷达信号处理中，一般使用基于傅里叶变换的算法来进行相关信号的处理。
傅里叶变换是一种基本的变换方法，也是一种最基本的信号处理方法，其实质是将信号进行傅里叶分解，得到其频域分布。
在频域中，频域分布和时域分布都具有较大的数值，而这两种分布都是由傅里叶变换而得到的。
基于傅里叶变换的信号处理方法可以简单地理解为对信号进行去噪处理，因为在时域中信号是有限长序列，且该序列具有周期性。
所以，在对信号进行处理时通常要先对其进行傅里叶变换。
根据信号处理中傅里叶变换的应用方式可以将其分为两类：一类是单频正弦脉冲压缩算法，另一类是双频正弦脉冲压缩算法。
在单频正弦脉冲压缩算法中，信号经过傅里叶变换后得到的是离散时间序列的幅度信息，而在双频正弦脉冲压缩算法中则得到了连续时间序列的幅度信息。
在实际应用中通常使用双频正弦脉冲压缩算法来进行信号处理。
2.脉冲压缩的基本原理线性调频信号的脉压过程：首先将目标物体发射出来，目标物体在与发射天线的距离变化时，其回波信号也会随着变化。
由于发射天线和接收天线的距离变化不是同步的，所以目标回波信号也会存在一定的时延，这就使得在目标物体与发射天线之间的距离变化中存在着一定的时延。
脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用。
T
倍。图 4 分别给出了匹配滤波器时域和频域特性。
1 0.5
transmission function of matched filter
h(t)
0
-0.5 -1 0 0.1 0.2 0.3 0.4 0.5 0.6 0.7 0.8 0.9 x 10 1
-5
100
time/s frequency-domain characteristics of h(t)
线性调频信 号
窄脉冲输出 匹配滤波器
图 3 匹配滤波器的原理框图
在接收信号是，调频信号通过一个脉冲压缩滤波器，滤波器是一个传播速度 与频率成正比的延迟线。相对于脉冲前沿的较低频率，滤波器加快了在脉冲后沿 较高频率的速度，以便将信号压缩到 1/B 宽度,其中 B=f2-f1。在这种情况下,输出 与 (sin(Bt)) Bt 成正比。脉冲在通过滤波器后，脉冲的峰值功率提高了脉冲压 缩比 BT
S(w)
0 -1.5
50
-1
-0.5
frequency/Hz
0
0.5
1
1.5 x 10
7
图1
线性调频信号的时域波形及频谱
3.2 脉冲压缩处理 脉冲压缩处理是整个雷达信号处理过程中非常重要的一个环节， 其处理精度 和速度直接决定了雷达系统的工作效率和反应速度。 脉冲压缩雷达信号处理方式又分为以下两种： 模拟脉冲压缩 数字脉冲压缩 数字脉冲压缩技术相对于传统的模拟脉冲压缩处理方法具有很大的优越性， 其处理精度高、灵活性大、可靠性高，易于大规模生产，已成为现代雷达脉 压系统的主流。数字脉冲压缩对二相位编码信号特别方便,采用脉冲线性调频的 脉冲压缩雷达也可用数字处理技术。 数字处理的缺点是对大带宽信号必须有极高 的数字处理速度，解决这个问题尚存在困难。 3.3 线性调频信号的产生原理 在雷达的发射机中，首先由脉冲调制器产生信号，它是幅度为 A 周期为 T 的矩形脉冲波。如图 2a 所示。在脉冲的持续时间内，频率从 f1 线形增加到 f2，
脉冲压缩及相参积累在激光雷达中的应用
脉冲压缩及相参积累在激光雷达中的应用脉冲压缩技术是激光雷达中常用的技术之一，它可以有效地提高雷达系统的分辨率和探测距离。
相参积累技术则是脉冲压缩技术的一种应用，可以进一步提高雷达系统的信噪比和距离分辨率。
本文将从理论和实践两个方面介绍脉冲压缩及相参积累在激光雷达中的应用。
一、脉冲压缩技术的原理脉冲压缩技术是利用信号的频域特性来实现距离分辨率的提高。
在激光雷达中，脉冲信号的频谱宽度与脉冲宽度成反比，即脉冲宽度越窄，频谱宽度越宽。
因此，如果使用一个宽脉冲来发送信号，可以得到更好的信号穿透能力，但是距离分辨率会受到限制。
相反，如果使用一个窄脉冲来发送信号，可以得到更好的距离分辨率，但是信号穿透能力会受到限制。
为了克服这种限制，可以使用脉冲压缩技术来实现信号的压缩。
脉冲压缩技术的原理是将发射脉冲与接收脉冲进行卷积，从而实现信号的压缩。
具体来说，可以将发射脉冲和接收脉冲分别表示为$f(t)$和$g(t)$，则它们的卷积为：$$h(t)=int_{-infty}^{infty}f(tau)g(t-tau)dtau$$ 其中，$h(t)$表示接收到的信号。
如果发射脉冲和接收脉冲的频谱存在重叠区域，即$f(omega)g(omega)eq 0$，则可以通过傅里叶变换将$h(t)$转换为频域信号$H(omega)$：$$H(omega)=F[f(tau)g(t-tau)]=F[f(tau)]F[g(t-tau)]$$其中，$F$表示傅里叶变换。
由于$f(t)$和$g(t)$的频谱宽度分别为$Delta f_1$和$Delta f_2$，因此$h(t)$的频谱宽度为$Delta f_1+Delta f_2$。
如果$Delta f_1Delta f_2=frac{1}{2pi}$，则可以实现信号的压缩，即$h(t)$的脉冲宽度变窄，距离分辨率得到提高。
二、相参积累技术的原理相参积累技术是脉冲压缩技术的一种应用，可以进一步提高雷达系统的信噪比和距离分辨率。
雷达脉冲压缩技术应用分析
雷达脉冲压缩技术应用分析摘要：脉冲压缩技术能在雷达发射功率受限的情况下，有效提高雷达探测距离能力，同时还能保证较高的分辨力，是雷达反隐身、多目标精确检测和抗外部干扰的重要手段。
本文介绍了脉冲压缩技术原理、波形分类和实现方法，并对主要波形信号的性能特点进行了分析。
关键词：脉冲压缩线性调频相位编码1 引言现代社会对空天的利用愈发重视，新型技术层出不穷，相应人们对雷达在作用距离、分辨能力和测量精度等方面也产生了更高的需求。
根据雷达系统理论可知，随着发射机功率的提升，雷达探测距离相应提高，但分辨能力却会降低，长距离与高精度貌似不可兼得，但脉冲压缩技术在雷达系统中的应用有效解决了这一矛盾。
在现代战争日益复杂的电磁环境下，脉冲压缩雷达通过发射大时宽信号以提升发射功率，有效增加了雷达信干比和测量距离，通过压缩得到的窄脉冲又提高了探测精度，还能有效对抗箔条干扰和抑制杂波，已广泛应用于跟踪监视和空中交通管制等领域，AN/TPS-59、AN/FPS-117和ASR-12等先进雷达系统都采用了脉冲压缩技术。
2 脉冲压缩原理雷达发展初期，根据距离分辨率公式=cτ/2n (c为光速，τ为脉冲时间宽度），通常认为距离分辨率由雷达发射的脉冲时间宽度决定，由于发射机峰值功率的限制，想要提高测量距离只能延长发射脉冲时间，而这势必降低距离分辨率，这使得同时提高距离与距离分辨率变的不可行。
随着科学技术的发展，根据信号与系统原理，距离分辨率公式演变为 =c/2B(B为雷达信号带宽），距离分辨率变为由雷达信号带宽决定，而带宽只决定于信号幅度和频率的变化，那么，对信号进行调幅或调频就可以增大信号的等效带宽，这就使得同时提高距离与距离分辨率变的可行。
雷达脉冲压缩技术的原理就是调制一个带宽为B，持续时间为T的宽脉冲，以提高发射平均功率，获得较远的探测距离，接收时利用匹配滤波器处理目标回波，把接收的宽脉冲压缩为一个持续时间τ=1/B的窄脉冲，从而得到较高的分辨率精度。
脉冲压缩发展史
脉冲压缩雷达（pulse compressiON radar），是发射已调制(或编码)的宽脉冲，对回波信号进行压缩处理得到窄脉冲的雷达。
为获得脉冲压缩的效果，发射的宽脉冲采取编码形式，并在接收机中经过匹配滤波器的处理。
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率的矛盾，因而获得广泛的应用。
脉冲压缩雷达发展历史初期的脉冲雷达, 发射的是固定载频的脉冲，其距离分辨力反比于发射脉冲宽度。
要增加作用距离，就要求加大发射脉冲宽度，这样必然会降低距离分辨力。
雷达作用距离和雷达分辨能力正是雷达的两项重要性能指标。
因此，必须解决这一矛盾。
自从40年代提出匹配滤波理论和50年代初P.M.伍德沃德提出雷达模糊原理之后，人们认识到雷达的距离分辨力与发射脉冲宽度无关，而是正比于发射脉冲频带宽度。
只要对发射宽脉冲进行编码调制,使其具有大的频带宽度,对目标回波进行匹配处理后就能获得分辨力很好的窄脉冲输出，即τp≈1/B。
式中τp为处理后的输出脉冲宽度;B为发射脉冲频带宽度。
根据这一原理，发射脉冲宽度和带宽都足够大的信号，雷达就能同时具有大的作用距离和高的距离分辨力，还可以使单一脉冲具有较好的速度分辨力。
因为根据雷达模糊原理,速度分辨力与发射脉冲时宽τ成正比。
这种信号的脉冲压缩倍数为τ/τp≈τB。
脉冲压缩雷达信号处理方式1、模拟脉冲压缩在脉冲压缩处理中已广泛应用的一种器件是声表面波器件。
它是用换能器将电磁波能转换成声波，使声波在基体的表面传播。
这种表面波称为瑞利波，具有非色散的性质。
但只要把叉指换能器间隔按一定规律变化,就可制成色散延迟线。
当换能器受到电脉冲冲击时，在各对叉指间便产生波长为2d的声波。
叉指对的排列使内侧的间隔小，因此内侧叉指对发送和接收的频率高,传播的路程短,高频延时小；外侧叉指对的间隔大,发送和接收的频率低,传播的路程长,低频延时大。
控制叉指对的间隔,可使延迟线产生线性的或某种规律的非线性的色散信号(即调频信号)。
脉冲压缩技术在空管一次雷达中的应用
脉冲压缩技术在空管一次雷达中的应用摘要：近些年随着科学技术的快速发展，航天飞行器进入到快速更新换代时期，不管是在军事还是民用上，各式各样的航天飞行器材不断被研发出来。
这就给我国军事安全领域提出了巨大的挑战，如何有效的更新雷达探测技术成为了迫在眉睫的问题。
原有的常规雷达技术不能兼顾探测距离和探测精度，在军事应用领域受到了诸多局限。
雷达脉冲压缩技术的出现对于解决让雷达同时提升探测精度和扩大雷达探测距离的问题成为可能，为我国军事安全领域做出了巨大的贡献，接下来我就介绍其作用原理以及广泛应用。
关键词：脉冲压缩技术；空管一次雷达；应用前言随着雷达技术的迅猛发展，对雷达的作用距离、分辨率、测量精度等提出了更高的要求，结合信号与系统原理可知，雷达的最大作用距离与距离分辨率是一对此消彼长的矛盾体，而雷达脉冲压缩技术有效解决了这一问题。
1雷达脉冲压缩技术原理按雷达信号处理理论，在保证一定信噪比并实现最佳处理的前提下，测距精度和距离分辨率主要取决于信号的频率结构，它要求信号具有大的信号带宽；而测速精度和速度分辨率主要取决于信号的时间结构，它要求信号具有大的时宽。
大时宽不仅保证了速度分辨率，更重要的也是提高探测距离的手段；大带宽则是提高距离分辨率的前提。
而普通的单载频脉冲信号的时宽带宽积近似为1，也就是说大的时宽和大的带宽不可能同时兼得，测距精度和距离分辨率同作用距离以及测速精度和速度分辨率之间存在着不可调和的矛盾。
雷达脉冲压缩技术正是为解决这一问题而提出的，其工作原理是采用调制宽脉冲发射，以提高发射机的平均功率，保证雷达的最大作用距离以及测速精度和速度分辨率，接收时利用脉冲压缩技术，获得窄脉冲，从而提高测距精度和距离分辨率。
2雷达脉冲压缩技术方法常用的雷达脉冲压缩技术主要有线性调频、非线性调频和编码脉冲三类，其中典型的脉冲压缩技术是对线性调频宽脉冲进行压缩处理，由调频宽脉冲发射机和具有压缩网络的接收系统组成的脉冲压缩电路来实现。
第4章脉冲压缩雷达
因此要对滤波器系数加权，减小副瓣。加权函数通常用海明权 函数进行加权。海明函数为：
πt ) T 加权以后的失配滤波器的冲激响应为： w(t ) = 0.08 + 0.92 cos 2 ( t≤ T 2
h(t ) = s ∗ (t0 − t ) w(t )
海明加权以后，失配将导致主瓣信噪比增益下降，主瓣宽度增 加等。 匹配滤波器可用数字方法实现，结果就是一个横向滤波器。 线性调频信号还可以在频域进行压缩。 2．线性调频信号的模拟产生 见教材p127-p130
脉冲压缩的实现： 1． 发射脉冲应按一定规则编码，以获得较大带宽。 2． 接收机中应有一个压缩网络， 脉冲压缩网络实际上是一个匹配滤波器。脉冲压缩常用 的四种 调制方式： 1． 线性调频脉冲压缩 2． 非线性调频 3． 相位编码脉冲压缩 4． 时间频率编码脉冲压缩 能够进行脉冲压缩的波形：
调制类型 伪随机二进制序列 线性调频扫描 非线性调频扫描 噪声
带宽 比特率 |f2-f1| |f2-f1| B
分辨率 1/比特率 1/|f2-f1| 1/|f2-f1| 1/B
脉冲压缩匹配滤波器可以用数字电路实现，也 可以用模拟电路实现。 脉冲压缩原理: 设信号函数为s(t),对应的匹配滤波器的冲激响 应为： h(t)=s*(t0-t) 经过匹配滤波器的输出信号y(t)为：
上－章小结 1. 多普勒效应、正频率、负频率。 2. 脉冲雷达与连续波雷达(单频、调频)。 3. 脉冲雷达与距离模糊、速度模糊。 4. 脉冲雷达与速度模糊。 5. PD雷达按重频分类及其特性。 6. PD雷达的三种杂波。 7. PD雷达信号处理：单边带滤波、多普勒滤波、主瓣杂波滤波、距 离选通等。 8. 圆锥扫描跟踪。 9. 单脉冲体制雷达跟踪。 10.边扫描边跟踪。 11.解距离模糊。 12.解速度模糊。 13.影响PD雷达距离方程的主要因素。
雷达脉冲压缩信号基本理论
雷达脉冲压缩信号基本理论第二章 雷达脉冲压缩信号基本理论在介绍脉冲压缩之前，首先要了解关于雷达信号处理的基本基本理论，为研究雷达信号的脉冲压缩技术奠定理论基础。
2.1雷达信号处理基本理论简介 匹配滤波匹配滤波（matched filtering ）是最佳滤波的一种。
当输入信号具有某一特殊波形时，其输出达到最大。
在形式上，一个匹配滤波器由以按时间反序排列的输入信号构成。
且滤波器的振幅特性与信号的振幅谱一致。
因此，对信号的匹配滤波相当于对信号进行自相关运算。
配滤波器是一种非常重要的滤波器，广泛应用与通信、雷达等系统中。
现假设一雷达输入信号为()x t ，其中已知的雷达信号为()s t ，噪声信号为()n t 。
那么有()()()x t s t n t =+（2.1）其中雷达信号()s t 的频谱表达式和能量表达式分别可以用式2.2和2.3表示。
()()exp(2)S f s t j ft dtπ∝-∝=⋅-⎰ （2.2）2|()|E S f df∝-∝=⎰（2.3）假设匹配滤波器的冲激响应为h(t)，那么滤波器的输出响应为：()()()s n y t y t y t =+（2.4）其中滤波器对()s t 的响应函数()s y t 的表达式为：()()()exp(2)s y t H f S f j ft dfπ∝-∝=⎰（2.5）再假设滤波器的输出信号成分在0t 时刻会得到一个峰值，那么输出信号的峰值功率为：200()|()()exp(2)|s y t H f S f j ft df π∝-∝=⎰（2.6）此外，噪声的平均功率为：22()|()|2n Ny t H f df∝-∝=⎰（2.7）因此可以得到信噪比：2202022000|()()exp(2)||()||()|2|()|/2|()|2s n H f S f j ft df S f df y t ESNR y t N N N H f df π∝∝-∝-∝∝-∝==≤=⎰⎰⎰（2.8）当式2.8满足信噪比最大值的时候，则有：*0()()exp(2)H f KS f j ft π=-（2.9）转换为时域，则有*0()()h t Ks t t =-（2.10）从上面的理论推导可以看到，当输出信噪比为最大值的时候，滤波器的传递函数与输入信号的频谱函数满足特定的关系，式2.10就反映了这个关系。
雷达系统导论4
雷达系统导论4四、动目标显示MTI(Moving Target Indicator)、脉冲多普勒雷达PD(Pulsed Doppler)按照《电气与电子工程师协会(IEEE)标准雷达定义》，多普勒雷达是一种利用多普勒效应来确定雷达—目标相对速度径向分量或选择具有径向速度目标的雷达[31]。
脉冲多普勒雷达：采用脉冲方式发射的多普勒雷达。
动目标显示：为增强检测并显示运动目标的一种技术。
共同特点：利用多普勒效应从与目标竞争的、多余的回波即所谓杂波中分离出小的运动目标，杂波是从地面、海、雨和其它流体、箔条、鸟类、昆虫以及极光反射得到的典型回波。
主要区别：《雷达系统导论》认为MTI、PD雷达的区别是它们在脉冲雷达系统中多普勒频移(相对速度)、距离(时延)测量模糊度上的差异。
用低脉冲重复频率(PRF)可以克服距离模糊，用高PRF可克服多普勒频率模糊，但一般难以同时克服两种模糊。
通常MTI雷达的PRF选得较低，以便能克服距离模糊(即没有多次回波)，但频率测量是模糊的并导致了盲速。
而PD雷达具有高的PRF，能克服盲速但存在距离模糊[3]p117~118。
《动目标显示和脉冲多普勒雷达》则认为MTI和PD雷达的区别不在于用低的、中等的或高的PRF，而在于MTI雷达是一个通带—阻带滤波器，而PD雷达是用一组相参积累滤波器。
因此有中PRF的MTI系统、低PRF的PD系统(如动目标检测器MTD)[31]p2。
MTI雷达利用一个梳状滤波器来消除杂波，滤波器的阻带设置在强杂波集中的范围上，而运动目标则通过杂波不占据的那些速度范围。
由于固定目标杂波背景的复杂性，MTI技术抑制地物杂波的能力往往受到限制，达不到对动目标检测的最佳效果。
PD雷达是分辨和增强在一个特定速度带内的目标，同时抑制掉杂波和感兴趣速度带外的其它回波，通常采用一个覆盖所感兴趣速度范围的、与目标响应匹配的相邻多普勒滤波器组，其作用是相对噪声而言相参地积累目标回波。
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概述
脉压概念起源于二次大战初期，但技术难以实现未 采用 • 40～50年代 理论与实验研究 • 60年代后 远程警戒（跟踪）雷达中采用 • 70年代后 广泛用于三坐标、相控阵、战场侦 察、机载火控等
特点：在发射功率峰值受限条件下，利用发射机平 均功率，解决了雷达作用距离与距离分辨力矛盾
2 cos t t ，调频斜率 2f 0 2
2.接收机压缩网络特性 与信号“相位共轭匹配”
相位色散绝对值相同，符号相反 调频斜率相同，符号相反
信号中不同频率成分通过网络后几乎同时到达输出端， 压缩为单 一频率的窄脉冲 0
3.脉压输出特性 低频 f1 进入网络延迟 td1 低频 f2 进入网络延迟 td 2
分辨率
比损失 总之，优越性 缺点 近代雷达广泛采用该体制
脉冲压缩技术要求 1.发射信号满足 f 1 要求， 即发射信号必须具有非线性相位谱 （调 频、调相） 实现压缩的前提 2.接收机具有压缩网络相频与发射信号 “相位共轭匹配” 宽窄 变换 实现压缩的必要条件
理想压缩网络（与信号相位共轭匹配）即为匹配滤波系统
相位编码信号的脉压
发射管、传输线功率容量受限 P T
峰值功率
A 天线大，机动性能差
途径
有效辐射面积
Fn 高效性能，有限
接收机噪声系数 脉冲宽度
Pav P T , P av Rmax 最可行的方法
问题：f (普通脉冲雷达) f 距离分辨率
分辨力
练习
• 已知雷达工作频率12GHz，线性调频信号的 脉冲宽度20us，信号带宽40MHz，信号发射 功率为P1，信号幅度为A1，求脉压后的脉 冲宽度？脉压后信号的功率和幅度是多少？
时带积不同的两个LFM信号，菲涅尔波纹 自学线性调频信号幅频和相频特性，了解信号和匹配滤波器的特性例图
问题：压缩后输出，旁瓣如何可以降低？
EP i i P o o D
i Po o Pi
Po D P
输出脉冲峰值功率 Po 为输入的 D 倍 D
( S N )o max ( S N )i max
噪声不能压缩 输出峰值信噪比比输入提高了
D倍
综上所述，接收机输出信号脉宽 ，峰值功率 D 倍
2
0
通常脉压输出除主瓣外，还有一串旁瓣，且较高 失配滤波
影响目标检测
脉压输出 U o ( ) U i ( ) H ( ) K U i ( ) e j 2 ft
2
0
常用脉压信号：线性调频 非线性调频 相位编码 时间频率编码 脉压处理： 模拟 数字（精度高，可编程等）
时钟 IF放大 器输出 I 匹配滤波 I、Q解调 Q A/D 其它信号 处理 结果
0 (td1 td 2 )
td 1 t d 2
0 宽脉冲 窄脉冲 0
记D
压缩比（压缩倍数） 0
1 （ f 调频带宽，调制频偏） f
D 1
压缩后脉宽 0
D f 时宽带宽积
设网络无源，信号能量无增减，由能量守恒定律：
普通脉冲雷达提高 Rmax 与 R 不可兼得
原因在于不能独立调整两个参数来同时满 足 与 要求
1
发射机发射，保证
脉冲压缩技术：将宽脉冲回波信号压缩成窄脉冲从而实现高
接收机处理
距离分辨力
脉冲压缩体制雷达特点 1）发射机：发射一个载频按某一规律（调频、调相）变化的宽脉冲
f 1 ， f , 可独立变化以保证 Pav 使 Rmax 满足要求
பைடு நூலகம்
模拟脉压——中频
时钟 IF放大 器输出 I I、Q解调 Q A/D 匹配滤波 其它信号 处理 结果
数字脉压——基带
线性调频脉冲压缩
一、线性调频脉压基本原理 1、线性调频信号具有抛物线的非线性相位谱，且 f 1
满足压缩的可能性
波形表达式：
t ui (t ) A rect
2）接收机：设置一压缩网络与发射信号谱相匹配 实现将宽脉冲 压缩为窄脉冲以满足 R 要求 3）由于信号 f 较大，且被调制 抗干扰、抗截获能力强
主要缺点： 1） Rmin 受脉冲宽度 限制 2）收发系统复杂，信号质量要求高 否则旁瓣 3）存在距离旁瓣 失配加权 旁瓣压低，主瓣展宽，信噪
设 发 射 包 络 矩 形 ， 宽 为 ， 即 Ui () Ui () e
H () K Ui () e j ( ) e j 2 ft0
j ( )
压缩网络
脉压输出 ) U i ( ) H ( ) K U i ( ) e j 2 ft 常数 U o ( 信号经网络的延迟时间