线性调频脉冲压缩雷达的设计报告ppt..
[RADAR][线性调频脉冲压缩]
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线性调频脉冲压缩实验报告报告人：凌凯学号：201102008单位：南京14所时间：2012.03.17 实验题目：线性调频脉冲压缩实验内容：线性调频脉冲信号的带宽B为500KHz，时宽T为100μs，零中频，t0 = 0，采样频率fs = B。
实验要求：1．画出线性调频信号实部和虚部的时域图形。
2．画出线性调频信号的频谱图（FFT变换后取模，0频率在坐标中间）。
3．画出无加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
4．画出海明加权的脉冲压缩波形，计算最大副瓣电平，三分贝脉冲宽度。
一、对于抽样频率f s的调整实验内容中要求采样频率f s=B，本报告经过初步实验，发现该采样率偏低，画出的波形和计算出的波形参数都不够准确，故本报告将采样率改为f s=4B，将此写在报告开头，以示提醒。
调整采样率的具体理由如下：1.考虑采样定理，表面看，线性调频信号的最高调制频率为B/2，f s=B刚好是其两倍，刚好满足采样定理。
但是，由于在时域对线性调频信号加了一个矩形窗，导致实际信号的最高截止频率大于最高调制频率B/2。
在这种情况下，若采样率还取B，值得怀疑。
2.若取f s=B，对于时宽T为100μs，只能取得N=100μs1500KHz=50个点左右，点数太少，画出的波形不精确。
f s需要提高。
3.对于脉冲压缩波形，从理论上讲，其4dB脉冲宽度近似为有效频谱宽度B的倒数，即τ4dB=1B。
若取f s=B，则有采样周期T s=1B=τ4dB。
也就是说脉冲压缩波形图上，任意两点间的时间间隔都为τ4dB，这样数据中根本就不包含3dB和4dB衰减点，τ4dB的计算精度很差（如果通过在输出压缩波形中寻找4dB衰减点来计算τ4dB的话，计算结果只能是0或2T s，其相对误差都是100%，毫无精度可言，τ3dB的计算精度就更糟糕了）。
故f s需要提高，且f s越大，τ的计算精度越高。
4.再考虑线性调频信号的谱图，经FFT后角频率范围是−π,π，对应的频率范围是−f s2,f s2，而线性调频信号的能量主要集中在−B2,B2频率区间。
线性调频(LFM)脉冲压缩雷达仿真.
线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真一． 雷达工作原理雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。
典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。
利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。
现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。
雷达的应用越来越广泛。
图1.1：简单脉冲雷达系统框图雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()Rs t C -。
电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()Rs t Cσ⋅-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对电磁波的散射能力。
再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)Rs t C σ⋅-。
如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。
图1.2：雷达等效于LTI 系统等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1()()Miii h t t σδτ==-∑ (1.1)M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，2ii R cτ=(1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。
雷达中的线性调频脉冲压缩
dt]
T / 2
dt
T
均方根时宽：
2
( 2 )
2
2
t | u (t ) | dt
2
2
2
| u (t ) | dt 1 (T ) 2 3
( 2 )
T /2
T / 2
t 2 dt
T /2
T / 2
dt
调频常数：
2
T /2
T /2
T / 2 T /2
时间轴上的切面：
sin K (T | |) | ( ,0) || (T | |) | K (T | |)
sin B (1 | / T |) | ( ,0) | T | | B sin B | ( ,0) | T | | B | | T
1 f H( f ) rect( )e B K 1 d 2 f td ( f ) 2 df K K
j
2 f K
幅度频谱：
1 f | u( f ) | rect( ) B K
相位频谱：
2 ( f ) f /4 K
线性调频信号的近似匹配滤波器的频谱特性应满足：
1 幅度谱与信号的频谱相同，即带宽为B的矩形谱 2 相位谱是信号相位谱的共轭
2 ( f ) f K
压缩滤波器的频谱应该是：
| | T
| | T
频率轴上的切面：
sin T | (0, ) | T | | T
特点： 1 随着多普勒频移，主峰值降低。
2 随着多普勒频移，主峰值产生时移。
3 随着多普勒频移，切割图与辛克函数的失真进一步加大。
线性调频脉冲压缩雷达的设计报告ppt
-3
-2
0 1 t/s chirp信 号 的 虚 部
-1
2
3
4
5
4 2
时宽T为10us 0 带宽为B为40MHz
-2 -4 -5
-4 -3 -2 0 1 t/s chirp信 号 的45 虚部
40
-1
2
3
4
5
chirp信 号 的 幅 频 特 性
-4
-3
-2
-1
0 t/s
1
2
3
4
5
4 2 0 -2 -4 -5
总括
线 性 调 频 脉 冲 压 缩 雷 达 仿 真
• 雷达的基本原理
• 线性调频信号
• 脉冲压缩过程 • 加权抑制旁瓣技术
• 雷达系统 的仿真过程
雷达基本原理
天线 收发转换开关 发射机 接收的电磁波 R 噪声 接收机 信号 处理机 显示器
发射的电磁波 目标
抽象出来的流程图
雷达的基本原理
Tr (a )
可以独立选取脉冲宽度与有 效频谱宽度这两个参数，从而增 加雷达波形设计的灵活性。 • 通过匹配压缩处理，获得较 高的距离分辨率。
• 宽带信号有利于提高系统的 抗干扰能力。
旁瓣抑制技术
• 目标的反射面差别很大。强信号的压缩脉 冲的副瓣可能覆盖或者干扰弱信号的反射 波形。在这个时候就需要用加权技术来抑 制旁瓣，使得弱信号的波形显现出来。
• 加权技术的做法通常是用匹配滤波器的频 率响应乘上某个适当的函数。例如窗函数, 常用的窗有: 矩形窗、三角窗、汉宁窗、汉 明窗。
旁瓣抑制
• 框图 ：
• 使用加权函数来降低脉冲压缩谱的旁瓣电 平，其代价是主瓣分辨率的损失和峰值的 降低（即SNR的损失）。
线性调频(LFM)脉冲压缩雷达仿真
线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真一． 雷达工作原理雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。
典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。
利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。
现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。
雷达的应用越来越广泛。
图1.1：简单脉冲雷达系统框图雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间RC后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()Rs t C -。
电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()Rs t Cσ⋅-，其中σ为目标雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对电磁波的散射能力。
再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)Rs t C σ⋅-。
如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。
图1.2：雷达等效于LTI 系统等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1()()Miii h t t σδτ==-∑ (1.1)M 表示目标的个数，i σ为目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间：2ii R cτ=(1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。
雷达线性调频信号的脉冲压缩处理
题目：雷达线性调频信号的脉冲压缩处理线性调频脉冲信号，时宽10us ，带宽40MHz ，对该信号进行匹配滤波后，即脉压处理，脉压后的脉冲宽度为多少？用图说明脉压后的脉冲宽度，内差点看4dB 带宽，以该带宽说明距离分辨率与带宽的对应关系。
分析过程：1、线性调频信号（LFM ）LFM 信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为：)2(22)()(t k t f j c e T t rect t s +=π 式中c f 为载波频率，()trect T 为矩形信号，11()0,t t rect T T elsewise ⎧ , ≤⎪=⎨⎪ ⎩上式中的up-chirp 信号可写为：2()()c j f t s t S t e π=当TB>1时，LFM 信号特征表达式如下：)(2)(Bf f rect k S c f LFM -= 4)()(πμπφ+-=c f LFM f f 2()()j Kt t S t rect e T π= 对于一个理想的脉冲压缩系统，要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形； 其中)(t S 就是信号s(t)的复包络。
由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心频率不同而已。
因此，Matlab 仿真时，只需考虑S(t)。
以下Matlab 程序产生S(t)，并作出其时域波形和幅频特性，程序如下：T=10e-6; %脉冲时宽 10usB=40e6; %带宽 40MHzK=B/T;Fs=2*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2);subplot(211)plot(t*1e6,St);xlabel('t/s');title('线性调频信号');grid on;axis tight;subplot(212)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));xlabel('f/ MHz');title('线性调频信号的幅频特性');grid on;axis tight;仿真波形如下：图2：LFM信号的时域波形和幅频特性2、匹配滤波器：在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为)x：(ttx+=snt)()()(t其中：)(t s为确知信号，)(tNo。
线性调频脉冲信号课件
特征检测基于信号的某些特征，如频率、 相位、调制方式等，通过提取这些特征来 识别目标信号。
信号解调技术
信号解调技术概述
信号解调技术是将已调制的信 号还原为原始调制信号的过程
。
相干解调
相干解调需要使用原始调制信 号的相位和频率信息，通过与 本地载波相乘和低通滤波实现 信号解调。
非相干解调
非相干解调不依赖于原始调制 信号的相位和频率信息，通常 通过包络检波或同步检波实现 信号解调。
切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器在通带和阻带都有一定的波动，适用于对特定频率范 围有较大波动要求的场合。
椭圆滤波器
椭圆滤波器在通带和阻带都有较陡的过渡带，适用于对信号进行精确 控制和处理的情况。
04
CATALOGUE
线性调频脉冲信号的应用实例
雷达探测应用
雷达距离分辨率
线性调频脉冲信号具有较高的距 离分辨率，能够精确测量目标距
THANKS
感谢观看
结果二
观察并分析线性调频脉冲信 号的调制特性和动态范围， 了解信号的传播特性和干扰 抑制能力。
结果三
根据实验数据和观察结果， 分析线性调频脉冲信号在实 际应用中的优势和局限性， 提出改进措施和建议。
结果四
总结实验过程和结果，撰写 实验报告，将实验数据和分 析结果进行整理和归纳，以 便后续研究和应用。
05
CATALOGUE
线性调频脉冲信号的发展趋势 与展望
新型产生方式的研究
固态激光器
01
利用固态激光器产生线性调频脉冲信号，具有高效率、高稳定
性、长寿命等优点。
光子晶体光纤
02
利用光子晶体光纤产生线性调频脉冲信号，可以实现超宽带、
高功率、高重复频率等特性。
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。
线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析
线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析1. 引言1.1 引言线性调频脉冲压缩技术是一种在雷达系统中广泛应用的信号处理技术，通过对发射信号进行线性调频，再对接收信号进行压缩处理，可以有效提高雷达系统的分辨率和目标检测能力。
本文将对线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用进行深入分析。
背景意义线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用具有重要的意义。
它可以提高雷达系统的目标分辨能力，使得雷达能够更准确地识别和跟踪目标。
通过脉冲压缩处理，可以在保持较短脉冲宽度的提高信噪比，增强雷达系统的灵敏度和抗干扰能力。
深入研究线性调频脉冲压缩技术的应用，对于提升雷达系统的性能和效率具有重要意义。
1.2 背景线性调频脉冲压缩技术是一种通过改变脉冲信号的频率来实现信号压缩的技术，其基本原理是通过发射一种特定频率范围内的线性调频脉冲信号，然后接收回波信号并进行相干处理，从而实现对目标的高分辨率探测。
与传统的脉冲雷达相比，线性调频脉冲压缩技术具有更高的分辨率和抗干扰能力，可以有效提高雷达系统的性能。
在现代雷达系统中，线性调频脉冲压缩技术被广泛应用于各种类型的雷达，包括陆基雷达、舰载雷达和空载雷达等。
通过结合其他先进的雷达技术，线性调频脉冲压缩技术可以进一步提高雷达系统的性能和功能，实现更加精确和可靠的目标探测和跟踪。
随着雷达技术的不断发展和完善，线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用前景将更加广阔。
1.3 意义线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用具有重要的意义。
这项技术能够在保持较低的硬件成本的情况下实现高分辨率的目标检测和辨识，极大地提高雷达系统的性能。
线性调频脉冲压缩技术能够有效地增强雷达系统的抗干扰能力，提高系统的可靠性和稳定性。
这项技术还可以实现远距离目标的探测和跟踪，有助于提升雷达系统在远程监控和情报收集等方面的应用能力。
线性调频脉冲压缩技术的应用可以极大地提升雷达系统的性能表现，拓展其在军事、民用、科研等领域的广泛应用前景。
雷达中的线性调频脉冲压缩课件
雷达的距离分辨率取决于信号的带宽
对于普通脉冲雷达，雷达信号的时宽 与带宽满足
1
对于脉冲压缩雷达，雷达信号的时宽 与带宽满足
这样，经过压缩后雷达信号的时宽为
2
压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为
定义雷达信号时宽与带宽的乘积为脉 冲压缩比
3
脉冲压缩雷达的特点：
1 脉冲宽度与有效频谱宽度这两个参数 可以独立选取，增加了雷达波形设计的 灵活性。 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
相位频谱：
22
线性调频信号的近似匹配滤波器的频谱特性应满足： 1 幅度谱与信号的频谱相同，即带宽为B的矩形谱 2 相位谱是信号相位谱的共轭
压缩滤波器的频谱应该是：
23
. 有源法
9
冲击 信号
中频矩形 带通网络
色散延迟 线
本振
上变频器
整形
功放
无源法
方波产生器
10
冲击 信号
亚控振荡器
选通
锯齿波电 压产生器
多谐振荡器
有源法
11
线性调频信号的频谱
幅度频谱：
相位频谱：
12
13
线性调频脉冲信号的波形参量
有效带宽：
14
均方根带宽：
15
有效时宽：
16
均方根时宽：
17
中频放大 信号
匹配滤波 脉冲压缩
I/Q 解调
采样 保持
A/D 转换
存
信号
频谱
检测器
储
滤波器
分析
CFAR
检测
结果
模拟脉冲压缩
7
脉冲压缩雷达信号处理方式：
线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析
线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析雷达（Radar）是一种利用电磁波原理来探测目标位置与运动状态的技术。
线性调频脉冲压缩技术（Linear Frequency Modulated Pulse Compression，简称LFMPC）是雷达系统中常用的信号处理技术之一，它通过变化脉冲信号的频率来提高雷达的分辨率和探测性能。
本文将从原理、应用和优势三个方面对线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用进行分析。
线性调频脉冲压缩技术的原理是基于脉冲压缩的概念。
脉冲压缩是指将较宽的脉冲信号在时域上进行压缩，从而在频域上获得更好的分辨率和距离分辨率。
线性调频脉冲压缩技术通过线性调频信号来实现脉冲压缩。
具体而言，脉冲信号的频率随时间线性变化，这种信号可以通过傅里叶变换得到频谱，将其与接收到的信号进行相关运算，即可得到压缩后的信号。
压缩后的信号具有更窄的带宽和更长的脉冲宽度，从而提高了信号的分辨率和目标的探测能力。
线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中有广泛的应用。
线性调频脉冲压缩技术可以提高雷达系统的距离分辨率。
由于线性调频信号具有较宽的带宽，可以使得雷达系统能够更准确地测量目标与雷达之间的距离，从而提高雷达系统的分辨率。
线性调频脉冲压缩技术还可以提高雷达系统的速度分辨率。
线性调频信号的频率变化率与目标的速度成正比，通过测量返回信号的频率变化率，可以准确地估计目标的速度。
而且，线性调频脉冲压缩技术还可以提高雷达系统的抗干扰能力。
由于线性调频信号的频率变化比较大，相邻频率之间的干扰信号在相关运算中会被抵消，从而提高了系统对干扰的抑制能力。
线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中具有一些优势。
线性调频脉冲压缩技术具有较高的距离分辨率和速度分辨率，能够提供更精确的目标测量结果。
由于线性调频脉冲压缩技术能够提高系统的抗干扰能力，使得雷达系统在复杂电磁环境下仍能稳定工作。
线性调频脉冲压缩技术的硬件实现相对简单，成本相对较低，适用于各种不同类型的雷达系统。
线性调频(LFM)仿真
线性调频(LFM ）脉冲压缩雷达仿真一． 雷达工作原理雷达是Radar(RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”,即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能.典型的雷达系统如图1.1,它主要由发射机，天线,接收机,数据处理，定时控制，显示等设备组成。
利用雷达可以获知目标的有无,目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。
现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等）和区域目标（地面等）成像和识别的能力。
雷达的应用越来越广泛。
图1.1：简单脉冲雷达系统框图雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ）,然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
假设理想点目标与雷达的相对距离为R,为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()Rs t C-.电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R s t Cσ⋅-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS)，反映目标对电磁波的散射能力。
再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)Rs t Cσ⋅-。
如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1。
2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变)系统.图1。
2：雷达等效于LTI 系统等效LTI 系统的冲击响应可写成:1()()Mi i i h t t σδτ==-∑ （1。
1）M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性,i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，2ii R cτ=（1.2）式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离.雷达发射信号()s t 经过该LTI 系统，得输出信号（即雷达的回波信号)()r s t :11()()*()()*()()M Mr i i i i i i s t s t h t s t t s t σδτστ====-=-∑∑ (1.3)那么，怎样从雷达回波信号()r s t 提取出表征目标特性的i τ（表征相对距离)和i σ（表征目标反射特性)呢?常用的方法是让()r s t 通过雷达发射信号()s t 的匹配滤波器，如图1。
线性调频脉冲压缩雷达仿真
一． 线性调频（LFM ）信号脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。
这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。
脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation ）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter ）压缩脉冲。
LFM 信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为：22()2()()c K j f t t t s t rect Te π+= (2.1)式中c f 为载波频率，()t rect T为矩形信号，11()0,t t rect TT elsewise⎧ , ≤⎪=⎨⎪ ⎩（2.2） BK T=，是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，如图 2.1图2.1 典型的chirp 信号（a ）up-chirp(K>0)（b ）down-chirp(K<0)将2.1式中的up-chirp 信号重写为：2()()c j f ts t S t e π= （2.3）式中，2()()j Kt t S t rect e Tπ= （2.4） 是信号s(t)的复包络。
由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心频率不同而以，因此，Matlab 仿真时，只需考虑S(t)。
以下Matlab 程序产生2.4式的chirp 信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图2.2。
%%demo of chirp signalT=10e-6; %pulse duration10usB=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz K=B/T; %chirp slopeFs=2*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacingN=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2); %generate chirp signalsubplot(211)plot(t*1e6,real(St));xlabel('Time in u sec');title('Real part of chirp signal');grid on;axis tight;subplot(212)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));xlabel('Frequency in MHz');title('Magnitude spectrum of chirp signal');grid on;axis tight;仿真结果显示：图2.2：LFM信号的时域波形和幅频特性二． L FM 脉冲的匹配滤波信号()s t 的匹配滤波器的时域脉冲响应为：*0()()h t s t t =- （3.1）0t 是使滤波器物理可实现所附加的时延。
线性调频脉冲压缩雷达仿真设计
齐齐哈尔大学综合实践2报告题目线性调频（LFM）脉冲压缩雷达仿真设计学院通信与电子工程学院____________________ 专业班级电子信息工程073班_____________________ 学生姓名__________ 朱常友__________________________ 指导教师__________ 朱恒军__________________________ 成绩_____________________________________________2009年11月15日线性调频(LFM)信号是低截获概率雷达常用的一种信号形式，对LFM信号检测和参数估计一直备受人们的关注。
针对该信号的处理方法有短时Fourier变换、Wigner— Ville变换、分数阶Fourier、Hough—Wigner等，都存在分辨率不够高，交义项严重或者运算量太大的问题。
而匹配傅里叶变换是一种线性变换，不存在多分量信号交义项的影响，能在低信噪比条件下检测信号，而且分辨率很高，是一种针对线性调频信号有效地进行参数估计的方法。
关键词：调频信号；线性变换：傅里叶变换AbstractLinear frequency modulation (LFM) signal is a low probability of intercept radar, a signal commonly used in the form of pairs of LFM signal detection and parameter estimation has been much attention.Against the signal processing methods are short-time Fourier transform, Wigner-Ville transform, fractional Fourier, Hough-Wigner and so on, there is not high enough resolution, cross-term severe or too much computation problems. The matching Fourier transform is a linear transformation, there is no multi-component signal cross-term effects can be detected under the conditions of low SNR signals, and a high resolution, is an effective way for linear FM signal parameter estimation method・Keywords：Frequency modulation signal Linear transformation Fourier transform第1章基本理论1.1雷达信号简介雷达是Radar (RAdio Detection And Ranging)的音译词，意为"无线电检测和 测距”，即利用无线电波来检测U 标并测定U 标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的 功能。
线性调频信号的脉冲压缩
14
线性调频信号
调频信号采样
– 过采样因子
– 1.11.4
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15
线性调频信号
频率和时间的不连续性
– DFT认为时域和频域序列都具有周期性和循环性，即假设每一序 列是首尾相接的。 – 实际信号通常是非周期的，时域有限长序列通过截断获得，因而 在截断处存在不连续性。 – 基带信号的频谱间隙位于DFT输出序列的中心，非基带信号的频 谱间隙可位于任意位置，需要进行计算或估计。
线性调频信号
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线性调频信号
线性调频信号的频谱
t S ( f ) rect( ) exp j Kt 2 exp j 2 ft dt T
– *难以直接推导，可利用驻定相位原理得到简单的近似表达式。
驻定相位原理
– 相位包含二次及更高次，包络缓变 – 基本原理：信号在相位驻留点领域附近是缓变的，而在其他时间 点上是捷变的，相位捷变处由于相位周期的正负部分相互抵消， 故其对积分的贡献几乎为零，对积分起主要作用的部分集中在相 位驻留点附近。
– 脉冲压缩的另一种解释：发射大TBP信号，经信号处理获得
TBP近似为1的sinc函数
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脉冲压缩
匹配滤波器
匹配滤波器是线性系统的最大信噪比滤波器 – 信号和噪声叠加在一起，匹配滤波使信号成分在某一瞬时出现峰 值，而噪声成分受到抑制，即使输出的信噪比最大。
– 设t=tm时输出信噪比最大，信噪比表示为
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38
匹配滤波器的实现
频域匹配滤波器的生成方式
1. 将时间反褶后的复制脉冲取共轭，计算补零DFT
H ( f ) [h(t )]
《脉冲雷达》PPT课件
f0＋fd
f0＋fd＋fr f0＋fd＋ 2fr
f
相 干 电压
0
f0
f
视频谱
(d )
…
0
fd＋fr
f
fd－fr －fd fd －fd＋fr
fd＋ 2fr
fd＋ 3fr
动目标检测雷达
动目标检测（MTD） MTI 雷达改善因子一般在 20dB 左右 窄带多卜勒滤波器组：一组相邻且部分重叠的滤波器组覆盖整个多卜勒频 率范围 白噪声时，窄带滤波器组使SNR提高 N 倍 MTD = MTI + 窄带多卜勒滤波器组
H (z) 1 e j z1, 2 fdTr
动目标显示雷达
动目标显示雷达
脉冲雷达发射信号频谱 等幅脉冲串：被 sinc 函数调幅的周期线谱 天线方向图调幅脉冲串：被 sinc 函数调幅的周期带状谱。复杂目标：频谱 展宽 运动目标回波将发射信号频谱搬至±( f0 +fd ) 正交双通道处理：单边低通滤波
fd
k fr N
(n = -N/2-1, …,-1,0,1,…,
输入 迟延 Tr
(N－ 1)个 迟 延线
迟延 Tr
迟延 Tr
迟延 Tr
H1( f )
≈ 0.9 NT
0 1 2 3 4 5 6 7 0′ 1′ 2′
W1
பைடு நூலகம்W2
W3
W4 … WN
∑求 和 输出
0 1 234 56 71
f
NT NT NT NT NT NT NT T
动目标检测雷达
PRF选取 HPRF：测距模糊，测速不模糊，杂波强度高 LPRF：测距不模糊，测速模糊 MPRF：测距、测速都有模糊，杂波强度下降 距离-多普勒二维盲区 8/3准则：一种常用的多重MPRF选择方案，又称“3:8”准则，即利用8个 不同PRF中的3个来检测某一目标回波以避开距离-多普勒二维盲区 在选取的3个MPRF中，2个用来解模糊，第3个用来去幻影
1Apedix线性调频信号的脉冲压缩
目标定位和匹配滤波器弃置区
22
调频率失配
有时用于压缩的匹配滤波器是不精确的，其中调频率的影响最严重
基带信号中的失配影响
二次相位误差
QPE对图像质量参数的影响
23
匹配滤波器的实现
对应于2%, 5%, 10%以下的IRW展宽，相应的QPE应小于0.27π, 0.41π, 0.55π，随着相位误差的增大，展宽急速增加。 当QPE超过0.28π时，PSLR变化不再具有明显意义。
4
线性调频信号
时域表示： 相位： 瞬时频率：
信号带宽：
时间带宽积：
5
线性调频信号
驻定相位原理（POSP）
频谱的近似解：
假定 f 为常数， 关于 t 的方程
驻留点 关于t 的方程的解
只要TBP足够大，POSP是相当准确的
6
主要的计算
线性调频信号
线性调频脉冲的频谱
7
线性调频信号
只要TBP足够大，POSP是相当准确的
11
脉冲压缩
线性调频信号的时域压缩
基带信号
时间量纲下的3dB分辨率：来自忽略因子0.886后的压缩比：
12
脉冲压缩
示例：接收信号长7.2us，压缩脉冲3dB宽约为0.17us，压缩比约为42
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脉冲压缩
示例：噪声的标准差为信号幅度的0.75倍，相当于2.5dB的接收SNR
14
脉冲压缩
非基带信号
15
10
脉冲压缩
线性调频信号在带宽内进行均有扫频，具有平坦的频谱。由POSP导出的信号频谱中包 含二次相位，为了得到具有线性相位的平坦频谱，可以与含有二次共轭相位的类似频 谱信号相乘。相乘后的信号相位即是线性的，再经过傅立叶逆变换得到所需的sinc函数。
线性调频LFM脉冲压缩雷达仿真
线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真一． 雷达工作原理雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。
典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。
利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。
现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。
雷达的应用越来越广泛。
图1.1：简单脉冲雷达系统框图雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。
假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：()Rs t C -。
电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()Rs t Cσ⋅-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对电磁波的散射能力。
再经过时间R 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)Rs t C σ⋅-。
如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。
图1.2：雷达等效于LTI 系统等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1()()Miii h t t σδτ==-∑ (1.1)M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，2ii R cτ=(1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。
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总结
• 简单介绍了雷达的基本原理、线 性调频脉冲信号的特点、匹配滤 波器特性以及其输出结果。 • 用MATLAB仿真，得到与理论描 述相符的结果，从而加深了对线 性调频信号和匹配滤波器的认识。 • 最后，设定线性调频压缩雷达的 基本参数，进行脉冲压缩结果的 MATLAB仿真。对仿真结果进行 详尽的分析。
压 缩 后 的 回 波 2 1.8 1.6
加 权 前
1.4 1.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2 0
加权前后的波形仿真 结果
幅度
0
20
40
60
80
100 120 相 对 距 离
140
160
180
200
hamming加 权 处 理 后 的 压 缩 回 波 1.4
幅度
0.6 0.4 0.2 0 0
•
可以独立选取脉冲宽度与有 效频谱宽度这两个参数，从而增 加雷达波形设计的灵活性。 • 通过匹配压缩处理，获得较 高的距离分辨率。
• 宽带信号有利于提高系统的 抗干扰能力。
旁瓣抑制技术
• 目标的反射面差别很大。强信号的压缩脉 冲的副瓣可能覆盖或者干扰弱信号的反射 波形。在这个时候就需要用加权技术来抑 制旁瓣，使得弱信号的波形显现出来。
-4
回波的仿真值 sinc的 理 论 值
-13.4
相 对 幅 度 /dB
-20 -25 -30 -35 -40 -45 -50 -20
-15
-10
-5
0 时 间 ×B(s)
5
10
15
20
-3
-2
-1
-0.5 0 0.5 时 间 ×B(s)
1
2
3
仿 真 压 缩 前 后 的 回 波 波 形
参数设置 1.发射的线性调频脉冲信号的时宽T为 10us，带宽为B为40MHz； 2.雷达可检测距离[8Km,1.25Km]； 3.有六个目标，距离（单位m）分别[ 8200,9800,11500,11510,12100,12101]， 距离从小到大依次叫目标M1，目标 M2……目标M6； 4.为了简化仿真，不考虑天线因素， 把目标散射特性都定为1平方米。
总括
线 性 调 频 脉 冲 压 缩 雷 达 仿 真 • 雷达的基本原理
• 线性调频信号
• 脉冲压缩过程 • 加权抑制旁瓣技术
• 雷达系统 的仿真过程
雷达基本原理
天线 收发转换开关 发射机 接收的电磁波 R 噪声 接收机 信号 处理机
发射的电磁波 目标
显示器
抽象出来的流程图
雷达的基本原理
Tr (a )
35 30 25 20
-4
-3
-2
-1
0 1 15 t/s
10 5
2
3
4
5
-40
-30
-20
-10
0 f/ MHz
10
20
30
40
匹配滤波后的波形
脉冲压缩后的回波的归一化图 0 -5 -10 -15
相 对 幅 度 /dB
脉冲压缩后的回波的归一化的局部放大图 0
回波的仿真值 sinc 的 理 论 值
理论上的距离分辨率
• 压缩前的距离分辨率为 • 压缩后的距离分辨率为
R cT 2 1.5Km
R c 2 c 2 B =3.75m
压缩前的波形仿 真结果
chirp信 号 的 实 部 1 0.5 0 -0.5 -1 -5
回波信号压缩前
3 2 1
-4
-3
-2
0 1 t/s chirp信 号 的 虚 部
匹 配 滤 波 原 理
j 2 f t T 当t T 时， S ( t ) TSa ( KTt ) rect s0 (t ) T 0 rect ( )e ( ) KTt 2T 2T t TSa( Bt )rect ( ) 2T
c
• 匹配滤波器以输出最大信噪比为准则 的最佳线性滤波器。当滤波器的频响 H(f)为信号频谱Si(f)的复共轭时，输 出端可获得最大信噪比。对应的匹配 * 滤波器的冲击响应 h(t ) s (to t ) • 输出的信号 t sin KT (1 )t t t
-3
-2
0 1 t/s chirp信 号 的 虚 部
-1
2
3
4
5
4 2
时宽T为10us 0 带宽为B为40MHz
-2 -4 -5
-4 -3 -2 0 1 t/s chirp信 号 的45 虚部
40
-1
2
3
4
5
chirp信 号 的 幅 频 特 性
-4
-3
-2
-1
0 t/s
1
2
3
4
5
4 2 0 -2 -4 -5
-1
2
3
4
5
4 2
幅度
0 -1 -2
0 -2 -4 -5
-4
-3
-2
-1
0 t/s
1
2
3
4
5
-3
55
60
65 us
70
75
80
回 波 信 号 压 缩 后 (未 加 权 处 理 )
压缩后的 波形
1 0.9 0.8 0.7 0.6
0.525
0.52
0.515
幅度
0.51
回波信号压缩 后 (未 加 权 处 理 ) 0.505
仿真内容
1.线性调频信号仿真 2.通过匹配滤波器后的波形仿真
3. 线性调频脉冲压缩的系统雷达仿
真。包括：1).压缩前与压缩后的波形 比较 。2).是否加权对压缩回波的影 响。
1 0.5
对线性调频信号仿真
0 -0.5 -1 -5
chirp信 号 的 实 部 1 0.5 0 -0.5 -1 -5
-4
0.5
0.495 1.149 1.1495 1.15 1.1505 1.151 Range in meters 1.1515 1.152 x 10
4
幅度
0.5 0.4 0.3 0.2 0.1 0 0.8
0.85
0.9
0.95
1 1.05 Range in meters
1.1
1.15
1.2
1.25 x 10
• 加权技术的做法通常是用匹配滤波器的频 率响应乘上某个适当的函数。例如窗函数, 常用的窗有: 矩形窗、三角窗、汉宁窗、汉 明窗。
旁瓣抑制
• 框图 ：
• 使用加权函数来降低脉冲压缩谱的旁瓣电 平，其代价是主瓣分辨率的损失和峰值的 降低（即SNR的损失）。
线性调频脉冲压缩雷达的仿真处理
• 数字处理的优点：工作稳定可靠，精度高，重复 快速卷积处理的框图 性好，并且具有很高的可编程性和灵活性，容易 实现匹配滤波器传递函数及加权函数的自适应控 制，从而提高距离分辨力和改善距离旁瓣性能。
4
仿 真 加 权 前 后 的 波 形
参数设定
1.发射的线性调频脉冲信号的时宽T为 10us，带宽为B为40MHz； 2.截取宽度为200m的雷达接收窗； 3.六个散射目标的相对距离（单位m为 [50，51，100，112，160，166]，从 左到右依次叫目标H1，目标H2……目 标H6； 4.对应的目标散射特性RCS（单位平方 米）：[1，1，0.12，1，1，1]。 5.采用hamming加权抑制旁瓣。
• 表达式： 线 性 调 频 信 号 的 简 单 介 绍
。
j 2 f 0 t
s(t ) S t e
t j 2 ( f c t K t2 ) 2 rect ( )e T
线性调频信号的特点
• 可选择的时宽带宽乘积。单一载频脉冲信号，其 时宽带宽乘积是约为1的固定值，而线性调频信号 的时带带宽乘积则可很大。 • 在大时宽带宽乘积下，线性调频信号具有近似矩 形的幅频特性。它的频谱宽度近似等于信号的调 频变化范围B，与线性调频信号的时宽T无直接联 系。 • 在大时宽带宽乘积下，线性调频信号的相位谱具 有平方律特性。 • 上述特点为脉冲压缩提供了理论依据。
加 权 后
1.2
1
0.8
20
40
60
80
100 120 相 对 距 离
140
160
180
200
加权前后的结果
• 当强信号的压缩脉冲的副瓣掩盖弱信号的 反射回波时，无论分辨率有多大，都不能 够分辨弱信号的目标了。此时用旁瓣抑制 技术处理后就能使弱信号的回波被显现出 来。
• 用加权处理，旁瓣能够得到有效抑制但也 伴随着信噪比损失和距离分辨力降低。
t
t
• 距离检测
Tr t
t
0
(b )
• 距离分辨率
c R 2
－
＋ ＋＋
＋
＋＋＋
－
＋
＋ ＋＋
－
＋
t
t (c)
线性调频信号
• 依据上述公式，使用非常短的脉冲可以使 雷达的距离分辨率显著改善。但是单载频 脉冲信号的时宽带宽乘积近似为l。使用短 脉冲会减少平均发射功率，即不能同时增 大带宽时宽。也就是说对这种单载频脉冲 信号，最大作用距离与距离分辨率存在着 不可调和的矛盾。为解决这一矛盾，就运 用线性调频脉冲压缩技术
脉冲压缩
LFM信号的脉冲宽度为T，由匹配滤波器的 压缩后，带宽就变为ז，这个过程就是脉冲 压缩。线性调频信号经过匹配滤波后的波 形在最小的周期内近似为sinc函数。
1 1 所以脉冲压缩后的宽度为 2 2B B
脉冲压缩后的距离分辨率为：
c R 2B
优点
脉 冲 压 缩 技 术