脉冲压缩雷达
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脉冲压缩雷达
• 概述 • 线性调频脉冲压缩
概述
雷达的距离分辨率取决于信号的带宽
c r 2B
对于普通脉冲雷达，雷达信号的时宽 与带宽满足
1 T B
对于脉冲压缩雷达，雷达信号的时宽 与带宽满足
T B 1 1 ' B T
'
这样，经过压缩后雷达信号的时宽为
1 T B
'
压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为
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
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR
检测 结果
数字脉冲压缩
线性调频信号的产生
• 无源法产生线性调频信号
窄脉冲冲击法 平衡调制法 • 有源法
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
方波产生器
无源法
亚控振荡器
选通
冲击 信号
锯齿波电 压产生器
多谐振荡器
有源法
线性调频信号的频谱
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
t (t )dt
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 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
'
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
脉冲压缩雷达的缺点：
1 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。 2 存在距离旁瓣，通过加权处理抑制旁 瓣。 3 存在距离和速度耦合，影响测量。
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
脉冲压缩雷达信号处理方式：
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 储
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR 检测 结果
模拟脉冲压缩
脉冲压缩雷达信号处理方式：
I/Q信号 采样 保持 A/D 转换 存 储 匹配滤波 脉冲压缩
0.5
0
-0.5
-1
0
2
4
6 time (us)
8
10
12
14
frequency spectrum of radar pulse 30 25 20 15 10 5 0 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 frequency (MHz) 10 15 20 25
线性调频脉冲信号的波形参量
有效带宽：
We [
[
B/2 B / 2 B/2
| u( f ) | df ] | u( f ) | df
4
2
2
B / 2
1 2 | | df ]2 K B 1 4 | | df K
均方根带宽：
2 0
(2 )
2
2
f | u( f ) | df
2
2
2
| u( f ) | df
1 f H( f ) rect( )e B K 1 d 2 f td ( f ) 2 df K K
j
2 f K
'
T / 2
dt
2
T / 2 T /2
t (2Kt )dt dt
BT
2
3
T / 2
线性调频信号的模糊函数
e , u(t ) 0,
jKt 2
2
0t T 0t T
| | T
sin ( K )(T | |) 2 | ( , ) | | (T | |) | ( K )(T | |)
幅度频谱：
1 2 2 1/ 2 | u( f ) | {[C (u1 ) C (u2 )] [ S (u1 ) S (u2 )] } 2K
相位频谱：
2 S (u1 ) S (u2 ) ( f ) f arctg[ ] K C (u1 ) C (u2 )
radar pulse with linear frequency modulation 1
2
1 2 ( 2 ) f | | df B / 2 2 K B B/2 1 2 3 B / 2 | K | df
B/2
有效时宽：
源自文库
Te [
[ | u(t ) | dt]
2
2
T /2
| u(t ) | dt
2
4
T / 2 T /2
dt]
T / 2
| | 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。
线性调频信号的处理
当信号的时间带宽积较大时，线性调频信号的频谱可以近似为：
• 概述 • 线性调频脉冲压缩
概述
雷达的距离分辨率取决于信号的带宽
c r 2B
对于普通脉冲雷达，雷达信号的时宽 与带宽满足
1 T B
对于脉冲压缩雷达，雷达信号的时宽 与带宽满足
T B 1 1 ' B T
'
这样，经过压缩后雷达信号的时宽为
1 T B
'
压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为
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
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR
检测 结果
数字脉冲压缩
线性调频信号的产生
• 无源法产生线性调频信号
窄脉冲冲击法 平衡调制法 • 有源法
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
方波产生器
无源法
亚控振荡器
选通
冲击 信号
锯齿波电 压产生器
多谐振荡器
有源法
线性调频信号的频谱
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
t (t )dt
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 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
'
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
脉冲压缩雷达的缺点：
1 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。 2 存在距离旁瓣，通过加权处理抑制旁 瓣。 3 存在距离和速度耦合，影响测量。
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
脉冲压缩雷达信号处理方式：
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 储
信号 滤波器
频谱 分析
检测器 CFAR 检测 结果
模拟脉冲压缩
脉冲压缩雷达信号处理方式：
I/Q信号 采样 保持 A/D 转换 存 储 匹配滤波 脉冲压缩
0.5
0
-0.5
-1
0
2
4
6 time (us)
8
10
12
14
frequency spectrum of radar pulse 30 25 20 15 10 5 0 -25 -20 -15 -10 -5 0 5 frequency (MHz) 10 15 20 25
线性调频脉冲信号的波形参量
有效带宽：
We [
[
B/2 B / 2 B/2
| u( f ) | df ] | u( f ) | df
4
2
2
B / 2
1 2 | | df ]2 K B 1 4 | | df K
均方根带宽：
2 0
(2 )
2
2
f | u( f ) | df
2
2
2
| u( f ) | df
1 f H( f ) rect( )e B K 1 d 2 f td ( f ) 2 df K K
j
2 f K
'
T / 2
dt
2
T / 2 T /2
t (2Kt )dt dt
BT
2
3
T / 2
线性调频信号的模糊函数
e , u(t ) 0,
jKt 2
2
0t T 0t T
| | T
sin ( K )(T | |) 2 | ( , ) | | (T | |) | ( K )(T | |)
幅度频谱：
1 2 2 1/ 2 | u( f ) | {[C (u1 ) C (u2 )] [ S (u1 ) S (u2 )] } 2K
相位频谱：
2 S (u1 ) S (u2 ) ( f ) f arctg[ ] K C (u1 ) C (u2 )
radar pulse with linear frequency modulation 1
2
1 2 ( 2 ) f | | df B / 2 2 K B B/2 1 2 3 B / 2 | K | df
B/2
有效时宽：
源自文库
Te [
[ | u(t ) | dt]
2
2
T /2
| u(t ) | dt
2
4
T / 2 T /2
dt]
T / 2
| | 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。
线性调频信号的处理
当信号的时间带宽积较大时，线性调频信号的频谱可以近似为：