西电DSP大作业报告

DSP实验课程序设计报告

学院：电子工程学院

学号：1202121013

：海霞

指导教师：苏涛

DSP 实验课大作业设计

一 实验目的

在DSP 上实现线性调频信号的脉冲压缩、动目标显示（MTI ）和动目标检测(MTD)，并将结果与MATLAB 上的结果进行误差仿真。

二 实验容

2.1 MATLAB 仿真

设定带宽、脉宽、采样率、脉冲重复频率，用MATLAB 产生16个脉冲的LFM ，每个脉冲有4个目标（静止，低速，高速），依次做

2.1.1 脉压

2.1.2 相邻2脉冲做MTI ，产生15个脉冲

2.1.3 16个脉冲到齐后，做MTD ，输出16个多普勒通道 2.2 DSP 实现

将MATLAB 产生的信号，在visual dsp 中做脉压，MTI 、MTD ，并将结果与MATLAB 作比较。

三 实验原理

3.1 线性调频

线性调频脉冲压缩体制的发射信号其载频在脉冲宽度按线性规律变化即用对载频进行调制(线性调频)的方法展宽发射信号的频谱，在大时宽的前提下扩展了信号的带宽。

若线性调频信号中心频率为0f ，脉宽为τ，带宽为B ，幅度为A ，μ为调频斜率，则其表达式如下：

]2

1

2cos[)()(20t t f t rect A t x μπτ+••=；)(为矩形函数rect

在相参雷达中，线性调频信号可以用复数形式表示，即

)]21

2(exp[)()(20t t f j t rect A t x μπτ+••=

在脉冲宽度，信号的角频率由2

20μτ

π-

f 变化到2

20μτ

π+

f 。

3.2 脉冲压缩原理

脉冲雷达信号发射时，脉冲宽度τ决定着雷达的发射能量，发射能量越大，

作用距离越远；在传统的脉冲雷达信号中，脉冲宽度同时还决定着信号的频率宽度B ，即带宽与时宽是一种近似倒数的关系。脉冲越宽，频域带宽越窄，距离分辨率越低。

脉冲压缩的主要目的是为了解决信号的作用距离和信号的距离分辨率之间的矛盾。为了提高信号的作用距离，我们就需要提高信号的发射功率，因此，必须提高发射信号的脉冲宽度，而为了提高信号的距离分辨率，又要求降低信号的脉冲宽度。

脉冲压缩网络实际上就是一个匹配滤波器网络，在接收机中设置一个与发射信号频率相匹配的压缩网络，使经过调制的宽脉冲的发射信号变成窄脉冲，因此保持了良好的距离分辨力。根据匹配滤波理论，脉压可以在频域与时域中进行。 频域脉压即对回波信号进行FFT 变换，在频域中实现回波信号与脉压系数相乘，最后将结果进行IFFT 转换为时域信号。

时域脉压即直接对将回波信号与脉压信号进行线性卷积，去掉暂态点后的数据就是脉压的结果。

()00()()*()s t s t h t KR t t ==-

3.3 MTI （动目标显示）原理

动目标显示（MTI ）本质含义是：基于回波多普勒信道的提取而区分运动目标和固定目标（包括低速运动的杂波等）。从应用上讲，该技术是利用MTI 滤波器滤除相应杂波，从而提高目标检测性能。

雷达辐射的高频脉冲能量被各种地形地物等固定物体和飞机等运动物体反射时，由于前者回波信号相对于发射信号的相位差是固定的，而后者的回波信号相对于发射信号的相位差是变化的，于是经相位检波后，固定目标视频信号的幅度不变，而运动目标视频信号的幅度按多普勒频率的余弦关系变化，把视频信号延时一个重复周期后，和未延时信号加以对消，就可以消除固定目标而只选择运动目标。因此，若将同一距离单元在相邻重复周期的相检输出作相减运算，则固定目标的回波将被完全对消，慢速杂波也将得到很大程度衰减，只有运动目标回波得以保留。显然这样便可将固定目标，慢速杂波与运动目标区别开来，这就是动目标显示（MTI ）的基本原理。

最常用的MTI 滤波器是抑制地物杂波的滤波器。因为地物杂波多普勒频移为零或很小，主要集中在0频附近。在频率为0处，滤波器频率响应应有凹口。所以地物杂波在通过MTI 滤波器后将受到很大的抑制。零频杂波（地杂波）的MTI 滤波器应在零频及其周期出现点处形成凹口。最常用的零频MTI 滤波器是二项式滤波器，其中最为典型的是一次和二次相消器。

一次相消器（二脉冲对消）输入数据是一个基带复数样本，这些是同一个距离单元由顺序脉冲返回的，形成一个有效的采样间隔PRF T 1=的离散时间序列)(n x 。其时域方程为：)1()()(--=n x n x n y ，传输函数为：11)(--=z z H ，它是一个单零点系统，零点的位置在1=z ，频率响应为：

)2

cos 2(sin 2sin 21)(T

j T T e e H t j j ωωωωω+=-=-。其在零频有一凹口，可用来抑制

噪声，但同时把静态目标也给对消掉，因此用MTI 一次相消器检测不出静目标。

3.4 MTD （动目标检测）原理

仅对雷达回波信号进行动目标显示（MTI ）是不够的，气象杂波(如云雨等)

和箔条杂波受气流和风力的影响,会相对雷达而动,其频谱中心不是固定在0频附近,而是在某个频率区间变化的, 抑制此类杂波用普通的MTI 滤波器是不行的，而MTD 滤波器则可以抑制此类杂波。如图1所示：

图1 动目标显示滤波器和多普勒滤波器组的特性 根据最佳线性滤波理论，在杂波背景下检测运动目标回波，除了杂波抑制滤波器外，还应串接有对脉冲串信号匹配的滤波器。实际工作中，采用一组相邻且部分重叠的滤波器组覆盖整个多普勒频率围，这就是窄带多普勒滤波器组。N 个相邻的多普勒滤波器组的实现是由N 个输出的横向滤波器（N 个脉冲和N-1根迟延线）经过各脉冲不同的加权并求和后形成的。该滤波器的频率覆盖围为0到r f ，

r f 为雷达工作重复频率。MTD 就是用窄带多普勒滤波器组实现脉冲串信号匹配的

一种技术。下图给出MTD 的实现方法。

图2 横向滤波器

横向滤波器有N-1根延迟线，每根延迟线的延迟时间为r T ，设加在第k 个横向滤波器的第i 个抽头的加权值为

2/,,0,1,...,1j ki N i k W e i N π-==-

假设输入序列为()0,1,,1x n i i N -=-L ,第k 个横向滤波器完成的运算是

1

1

2/,0

()()()N N j ki N i k i i y k W x n i x n i e π---===-=-∑∑

上式就是DFT 的表述式，当N 是2的乘方的时候，便可以使用FFT 算法来快速实现。用FFT 实现N 个滤波器组，FFT 算法运算量大约在2(/2)log N N 个乘