线性调频脉冲信号
合集下载
相关主题
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
x(,)2sin ( ( K K ))T2y( ,)2
y(,0) T sinB B
y(0,) T sinT T
三、匹配滤波器的实现
随机初相的影响， 采用IQ正交处理！ u(t) 1、采样频率及中频采样 视频采样（低通）：
LPF ADC I
XI(n)
一、优点
1、距离分辨力提高We，速度分辨力相同Te
2、精度
(
3 B)
2E
N0
' (BT )
6
'
3 ( T ) 2 E
N0
'
T (2B) 2E
N0
3、B和T独立选取
4、多普勒不敏感
二、缺点
1、组合值
A1
A
k
A
A1 k A A
2 0
( B ) 2 3
(
2 0
'
2B ) T
2 ( T ) 2 3
( 2 ' ( T ) 2 ) 3
2 BT 3
( 0 )
5.4 线性调频脉冲信号的模糊函数
一、模糊函数
(,)s i ( n ( [kk) ) T (T ( ))(]T)
三、大时宽带宽信号的特点
优点：解决矛盾，增强了抗干扰能力，增强了发现目标能力 缺点：最小作用距离增加，产生/处理复杂易失真，出现旁
瓣，存在距离和速度测量模糊
5.1 线性调频脉冲信号（LFM）的产生 LFM信号实数表示为：
x(t)re[T tc]c t o2sf0t(k2t)
LFM信号复数表示为：
结论：①三个辛格函数组成， ②幅度K定，时移B定， ③K决定加权函数、性能， ④B带宽。
幅 度 (dB)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
-1
LFM信 号 的 I路
-0.5
V w (0 ,0 )
2 (1 K )
Vw(t2, 0) 0.707 Vw (0, 0)
t2 0.443 / B
海明： t2 0.6512/B
t2 0.6512 1.47 t1 0.443
作业: 1、用模糊图的切割来理解LFM信号是多普勒不敏感
信号。 2、如果目标A与B的距离相同，但速度不同，那么
(dB)
LS/N10lgBB 8(1 3 K 2K 2B 2K 2 3)10lg23(K K2 2 2 2K K 3 1)
2、最大主旁瓣比
Vw(0,0)
T(1K)B B2
20lgV V w w ((t0 1,,0 0))20lg V w (t1,0)
LFM产生方法:
1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、
2、有源法： ①波门选通法
高速
D/A
EPROM
②I&Q正交调制法
EPLD
③DDS法
控制信号
高速
D/A
EPROM
控制信号
DDS核
中频LFM信号
高速高稳定度时钟
中频输出
LPF I／Q 调制器
LPF
中频本振
5.2 线性调频脉冲信号的频谱
LFM信号复包络为：u(t)rec[tt ]ejkt2 T
Vw(t,0) W (f)(f)ej2ftdf
假设：
W(
f
)
( f ) ( f )2
H( f
)
B
Vw(t,0) 2BH(f)ej2ftdf 2
目的：①等效为矩形谱，②加权网络本身特性。
VuW (t,0)
通用表达式： H(f)K(1K)cosnBf 简化：
H In co k2 s n
H Q nsin k2 n
D m YI2m YQ 2m
3、频域实现
ROM
XI(n) FFT
XQ(n)
频谱 相乘
IFFT
4、时频域实现对比 ①时域（FIR滤波器）： f s 2 B ，n4 fsT 阶，瞬时出； ②频域（正反FFT）： f s 2 B ， N Tr fs 点 ，延时出。
td 21ddf Kf2K f
二、近似匹配滤波器的输出
输入信号的复包络为：(t)rectTt ej2(t12Kt2)
近似匹配滤波器输出为：
yt, sin( K t)Tej2(1 2K t2)j 4 ( K t)
y(,)sin ( ( K K ))TTsi n (( K K )T )T
频谱：
u( f ) rec[t t ]ejkt2 ej2ftdt
T
1
rec[t
f
j
]e k
f
2
j
4
kB
u ( f ) 1 rect [ f ] kB
2
4
5.3 线性调频脉冲信号的波形参量
We B
(W
' e
3 2
1 T
3 2
B)
Te T
(T e' T )
5 线性调频脉冲信号
一、现代雷达对波形的要求
➢ 测距精度和距离分辨力要求大带宽B，以保证大的 0、W e
➢ 测速精度和速度分辨力要求大时宽T，以保证大的 、T e
➢ 为了提高作用距离，必须具有大时宽T
二、如何获得大时宽带宽信号
时/频域对信号进行相位或幅度调制（即增加均方根带/时 宽），线性相位不行，只能移动时间或频率，只用平方、 立方等相位才行。
T
B
B
2 B
H(
f
)df
2
B
N0
Leabharlann Baidu
2 B
H
2(
f
)df
2
2
信噪功率比损失为：
(海明：-1.34dB) LS/N
S 10lgNNM
S NM
B
2
10lg
2BH(f 2 B
)df
B
2BH2( 2
f
)df
-1 -1
LFM信 号 的 I路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
瞬时频率： fi 2 1 d d(2 tf0tk2t)f0kt
1
-5
x 10
5.6 线性调频脉冲信号的处理
一、近似匹配滤波器的实现
BT 30时:
f 1KrectB f ejfK2j1 4
匹配滤波器的频率特性:
H(f)(f)ej2ft0 1KrectBf ejfK2j4j2ft0
1KrectBf ejfK2
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
加 窗 (海 明 窗 )后 的 脉 压 输 出
-4
-2
0
2
4
时 间 (s)
1
-5
x 10
6
8
x 10-6
三、加权性能分析
1、信噪比损失
不采用加权网络信噪比为： 采用加权网络信噪比为：
S NM
S N NM
2BT 2T N0B N0
这两个目标能否分辨？ 3、处在斜刀刃上的目标速度能否分辨？为什么？
T
剪切角： tg k B
T
二、切割
1、 0
sin[B (1 )]
( ,0) T
T
B
压缩比： D 2T T BT 21 1 BB
距离旁瓣：来因、影响
2、 0 (0,) T sin(T) T
3、 1 0
5.5 线性调频脉冲信号的性能
0
1
2 E [1 ( ) 2 ]
N0
0
1
2 E [1 ( ) 2 ]
N0
0
解决方法：①正负斜率；②只测距/大斜率（K）；③V型调频。
2、斜刀刃上目标无法分辨
3、存在距离旁瓣 MSR=-13.2dB
旁瓣的坏处： ➢ 掩盖小目标（广义分辨） ➢ 减小了系统动态范围
YI(m) YQ(m)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 I路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1 x 10-5
B/2
幅 度 (dB)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
s(t)u (t)e2 f0 tu (t)ejk2e t j2 f0 t
LFM信号复包络为：
u ( t) e jk t2 ,u I( t) c o s (k t2 ) ,u Q ( t) s in (k t2 )
幅度 幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
H(f)12K14Kej2B f ej2B f
结果：
V w (t,0 ) g 1 (t) g 2 (t) g 3 (t)
T B ( 1 2 K )B s i n c ( B t) 2 1 ( 1 K K ) s i n c ( B t 1 ) s i n c ( B t 1 )
LPF ADC Q
XQ(n)
f s 2 B fs 1.25 B,1.5B
中频采样（带通）：
fs4f0/(2n1)，n满足 f s 2 B 2、时域实现
X In co k 2 n sd n
X Q n sik n 2 nd n
-1
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
时 域 脉 压 后 的 波 形 (未 加 权 )
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1
-5
x 10
5.7 线性调频脉冲信号的加权处理
u( f )
一、为何要加权处理？
二、频域上幅度加权
匹配滤波器
u*( f )
幅度加权网络
H (f)
W *( f )
0
0.5
时 间 (s)
时 域 脉 压 后 的 波 形 (未 加 权 )
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1 x 10-5
幅度
幅 度 (dB)
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-8
-6
海明：-42.67dB（t1=4.5/B） 3、-3dB的主瓣加宽系数
T B(1 2K )B db
V (t, 0) sin c(Bt) V (0, 0)
V (0 .4 4 3 /B ,0 )V (0 ,0 ) 0 .7 0 7
V w (t,0 ) sin (B T )1 Ksin c (B t 1 ) sin c (B t 1 )
y(,0) T sinB B
y(0,) T sinT T
三、匹配滤波器的实现
随机初相的影响， 采用IQ正交处理！ u(t) 1、采样频率及中频采样 视频采样（低通）：
LPF ADC I
XI(n)
一、优点
1、距离分辨力提高We，速度分辨力相同Te
2、精度
(
3 B)
2E
N0
' (BT )
6
'
3 ( T ) 2 E
N0
'
T (2B) 2E
N0
3、B和T独立选取
4、多普勒不敏感
二、缺点
1、组合值
A1
A
k
A
A1 k A A
2 0
( B ) 2 3
(
2 0
'
2B ) T
2 ( T ) 2 3
( 2 ' ( T ) 2 ) 3
2 BT 3
( 0 )
5.4 线性调频脉冲信号的模糊函数
一、模糊函数
(,)s i ( n ( [kk) ) T (T ( ))(]T)
三、大时宽带宽信号的特点
优点：解决矛盾，增强了抗干扰能力，增强了发现目标能力 缺点：最小作用距离增加，产生/处理复杂易失真，出现旁
瓣，存在距离和速度测量模糊
5.1 线性调频脉冲信号（LFM）的产生 LFM信号实数表示为：
x(t)re[T tc]c t o2sf0t(k2t)
LFM信号复数表示为：
结论：①三个辛格函数组成， ②幅度K定，时移B定， ③K决定加权函数、性能， ④B带宽。
幅 度 (dB)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
-1
LFM信 号 的 I路
-0.5
V w (0 ,0 )
2 (1 K )
Vw(t2, 0) 0.707 Vw (0, 0)
t2 0.443 / B
海明： t2 0.6512/B
t2 0.6512 1.47 t1 0.443
作业: 1、用模糊图的切割来理解LFM信号是多普勒不敏感
信号。 2、如果目标A与B的距离相同，但速度不同，那么
(dB)
LS/N10lgBB 8(1 3 K 2K 2B 2K 2 3)10lg23(K K2 2 2 2K K 3 1)
2、最大主旁瓣比
Vw(0,0)
T(1K)B B2
20lgV V w w ((t0 1,,0 0))20lg V w (t1,0)
LFM产生方法:
1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、
2、有源法： ①波门选通法
高速
D/A
EPROM
②I&Q正交调制法
EPLD
③DDS法
控制信号
高速
D/A
EPROM
控制信号
DDS核
中频LFM信号
高速高稳定度时钟
中频输出
LPF I／Q 调制器
LPF
中频本振
5.2 线性调频脉冲信号的频谱
LFM信号复包络为：u(t)rec[tt ]ejkt2 T
Vw(t,0) W (f)(f)ej2ftdf
假设：
W(
f
)
( f ) ( f )2
H( f
)
B
Vw(t,0) 2BH(f)ej2ftdf 2
目的：①等效为矩形谱，②加权网络本身特性。
VuW (t,0)
通用表达式： H(f)K(1K)cosnBf 简化：
H In co k2 s n
H Q nsin k2 n
D m YI2m YQ 2m
3、频域实现
ROM
XI(n) FFT
XQ(n)
频谱 相乘
IFFT
4、时频域实现对比 ①时域（FIR滤波器）： f s 2 B ，n4 fsT 阶，瞬时出； ②频域（正反FFT）： f s 2 B ， N Tr fs 点 ，延时出。
td 21ddf Kf2K f
二、近似匹配滤波器的输出
输入信号的复包络为：(t)rectTt ej2(t12Kt2)
近似匹配滤波器输出为：
yt, sin( K t)Tej2(1 2K t2)j 4 ( K t)
y(,)sin ( ( K K ))TTsi n (( K K )T )T
频谱：
u( f ) rec[t t ]ejkt2 ej2ftdt
T
1
rec[t
f
j
]e k
f
2
j
4
kB
u ( f ) 1 rect [ f ] kB
2
4
5.3 线性调频脉冲信号的波形参量
We B
(W
' e
3 2
1 T
3 2
B)
Te T
(T e' T )
5 线性调频脉冲信号
一、现代雷达对波形的要求
➢ 测距精度和距离分辨力要求大带宽B，以保证大的 0、W e
➢ 测速精度和速度分辨力要求大时宽T，以保证大的 、T e
➢ 为了提高作用距离，必须具有大时宽T
二、如何获得大时宽带宽信号
时/频域对信号进行相位或幅度调制（即增加均方根带/时 宽），线性相位不行，只能移动时间或频率，只用平方、 立方等相位才行。
T
B
B
2 B
H(
f
)df
2
B
N0
Leabharlann Baidu
2 B
H
2(
f
)df
2
2
信噪功率比损失为：
(海明：-1.34dB) LS/N
S 10lgNNM
S NM
B
2
10lg
2BH(f 2 B
)df
B
2BH2( 2
f
)df
-1 -1
LFM信 号 的 I路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
瞬时频率： fi 2 1 d d(2 tf0tk2t)f0kt
1
-5
x 10
5.6 线性调频脉冲信号的处理
一、近似匹配滤波器的实现
BT 30时:
f 1KrectB f ejfK2j1 4
匹配滤波器的频率特性:
H(f)(f)ej2ft0 1KrectBf ejfK2j4j2ft0
1KrectBf ejfK2
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
加 窗 (海 明 窗 )后 的 脉 压 输 出
-4
-2
0
2
4
时 间 (s)
1
-5
x 10
6
8
x 10-6
三、加权性能分析
1、信噪比损失
不采用加权网络信噪比为： 采用加权网络信噪比为：
S NM
S N NM
2BT 2T N0B N0
这两个目标能否分辨？ 3、处在斜刀刃上的目标速度能否分辨？为什么？
T
剪切角： tg k B
T
二、切割
1、 0
sin[B (1 )]
( ,0) T
T
B
压缩比： D 2T T BT 21 1 BB
距离旁瓣：来因、影响
2、 0 (0,) T sin(T) T
3、 1 0
5.5 线性调频脉冲信号的性能
0
1
2 E [1 ( ) 2 ]
N0
0
1
2 E [1 ( ) 2 ]
N0
0
解决方法：①正负斜率；②只测距/大斜率（K）；③V型调频。
2、斜刀刃上目标无法分辨
3、存在距离旁瓣 MSR=-13.2dB
旁瓣的坏处： ➢ 掩盖小目标（广义分辨） ➢ 减小了系统动态范围
YI(m) YQ(m)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 I路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1 x 10-5
B/2
幅 度 (dB)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
s(t)u (t)e2 f0 tu (t)ejk2e t j2 f0 t
LFM信号复包络为：
u ( t) e jk t2 ,u I( t) c o s (k t2 ) ,u Q ( t) s in (k t2 )
幅度 幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
H(f)12K14Kej2B f ej2B f
结果：
V w (t,0 ) g 1 (t) g 2 (t) g 3 (t)
T B ( 1 2 K )B s i n c ( B t) 2 1 ( 1 K K ) s i n c ( B t 1 ) s i n c ( B t 1 )
LPF ADC Q
XQ(n)
f s 2 B fs 1.25 B,1.5B
中频采样（带通）：
fs4f0/(2n1)，n满足 f s 2 B 2、时域实现
X In co k 2 n sd n
X Q n sik n 2 nd n
-1
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
时 域 脉 压 后 的 波 形 (未 加 权 )
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1
-5
x 10
5.7 线性调频脉冲信号的加权处理
u( f )
一、为何要加权处理？
二、频域上幅度加权
匹配滤波器
u*( f )
幅度加权网络
H (f)
W *( f )
0
0.5
时 间 (s)
时 域 脉 压 后 的 波 形 (未 加 权 )
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1 x 10-5
幅度
幅 度 (dB)
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0
-10
-20
-30
-40
-50
-60
-70
-80
-90
-8
-6
海明：-42.67dB（t1=4.5/B） 3、-3dB的主瓣加宽系数
T B(1 2K )B db
V (t, 0) sin c(Bt) V (0, 0)
V (0 .4 4 3 /B ,0 )V (0 ,0 ) 0 .7 0 7
V w (t,0 ) sin (B T )1 Ksin c (B t 1 ) sin c (B t 1 )