脉冲压缩课件.ppt

1、LOGO脉冲压缩脉冲压缩第一部分第一部分 v脉冲压缩的作用脉冲压缩的作用v脉冲压缩的实现脉冲压缩的实现v脉冲压缩的特点脉冲压缩的特点23脉冲压缩的作用脉冲压缩的作用v雷达作用距离与距离分辨力存在矛盾雷达作用距离与距离分辨力存在矛盾脉冲压缩的作用脉冲压缩的作用距离分辨力距离分辨力4脉冲压缩的作用脉冲压缩的作用v5u即脉压比等于时宽-带宽积，脉冲压缩系统常用时宽-带宽积的概念表征脉冲压缩的特点脉冲压缩的特点v6脉冲压缩的特点脉冲压缩的特点v存在的缺点存在的缺点 最小作用距离受脉冲宽度的限制。最小作用距离受脉冲宽度的限制。 收发系统比较复杂，在信号产生和处理过程中的任何失真收发系统比较复杂，在信号产

2、生和处理过程中的任何失真，都将增大旁瓣高度。，都将增大旁瓣高度。 存在距离旁瓣。存在距离旁瓣。 存在一定的距离和速度测定模糊。存在一定的距离和速度测定模糊。 总之，脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，成为近总之，脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，成为近代雷达广泛应用的体制。代雷达广泛应用的体制。7脉冲压缩的实现脉冲压缩的实现v 发射脉冲必须有非线性的相位谱，或必须使其脉冲宽度与发射脉冲必须有非线性的相位谱，或必须使其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远大于有效频谱宽度的乘积远大于1；v 接收机中必须有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号接收机中必须有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号实现实现“相

3、位共轭匹配相位共轭匹配”。 根据以上要求，可以构造理想的脉冲压缩系统：根据以上要求，可以构造理想的脉冲压缩系统：8 压缩网络 脉冲压缩的实现脉冲压缩的实现9 压缩网络 第二部分第二部分 线性调频线性调频(LFM)脉冲压缩脉冲压缩v基本原理基本原理 性能改善性能改善v频谱特性频谱特性 LFM脉冲信号频谱特性脉冲信号频谱特性 LFM脉冲信号匹配滤波器频谱特性脉冲信号匹配滤波器频谱特性 LFM脉冲信号通过匹配滤波器的输出波形脉冲信号通过匹配滤波器的输出波形vMatlab 仿真仿真10v基本原理基本原理11式12 由图(d)得到网络对信号各斜率成分的延时关系为 说明线性调频宽脉冲信号经过压缩网络后，成

4、为窄脉冲。性能改善性能改善输出峰值功率增大输出峰值功率增大D倍倍13l 若压缩网络是无源的，根据能量守恒原理。 l 无源网络不产生噪声，而输入噪声具有随机性，所以经过压缩网络不会被压缩。输出脉冲信号信噪比与输入信号之比增大D倍性能改善性能改善 由雷达方程知，由雷达方程知， ，这就使脉冲压缩雷，这就使脉冲压缩雷达的探测距离比采用相同发射脉冲功率和保持相同分辨力达的探测距离比采用相同发射脉冲功率和保持相同分辨力的普通脉冲制雷达的探测距离增加了的普通脉冲制雷达的探测距离增加了 （例如（例如D=16，作用距离增大作用距离增大1倍）倍） 综上分析，接收机输出的目标回波信号具有：综上分析，接收机输出的目标

5、回波信号具有： 窄的脉冲宽度、高的峰值功率，即，符合探测距离远、窄的脉冲宽度、高的峰值功率，即，符合探测距离远、距离分辨率高的战术要求。距离分辨率高的战术要求。 为进一步研究为进一步研究LFM脉冲与压缩脉冲之间的内在关系，脉冲与压缩脉冲之间的内在关系，我们必须进行定量分析。我们必须进行定量分析。14LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性15由(c)可知调频斜率角频率变化规律LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性16瞬时相位由此得到LFM脉冲压缩体制的发射信号表达式改写成窗函数与原函数乘积的形式，并用复数表示LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性做傅里叶变换做傅里叶变换17通过变量代

6、换，整理得到复频谱LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性信号幅度谱信号幅度谱18相位幅度谱可以得到相位幅度谱可分为平方相位谱和剩余相位谱两部分LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性19称为菲涅尔积分，具有如下特性：式中此时剩余相位20LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性下图画出了D=13,D=52,D=130时的幅频特性和剩余项相频特性LFM脉冲信号的频谱特性脉冲信号的频谱特性v21LFM脉冲信号匹配滤波器频谱特性脉冲信号匹配滤波器频谱特性v22K为归一化系数，幅频特性即为相频特性与发射信号相似，具有相同平方律，但符号相反群延时特性群延时特性v23网络输出端，两个频率分量经过不同

7、的相移群延时特性群延时特性对于对于PC网络，其相频特性对应的延时特性为网络，其相频特性对应的延时特性为24群延时特性群延时特性 值得注意的是，网络的群延时特性正好与信号的相反值得注意的是，网络的群延时特性正好与信号的相反，因此通过匹配滤波后，相位特性得到补偿，使得输出信，因此通过匹配滤波后，相位特性得到补偿，使得输出信号相位均匀，信号出现峰值。号相位均匀，信号出现峰值。 由此可见匹配滤波器的相频特性与群时延特性有着确由此可见匹配滤波器的相频特性与群时延特性有着确定关系，它们是等价的。定关系，它们是等价的。25通过匹配滤波器的输出波形通过匹配滤波器的输出波形v26作反傅里叶变换并取实部，得到通过

8、匹配滤波器的输出波形通过匹配滤波器的输出波形27仿真实验仿真实验空间有三个目标，雷达发射空间有三个目标，雷达发射4个脉冲，参数如表个脉冲，参数如表28目标距离径向速度功率A7.0km50m/s1B8.0km0m/s0.25C28.0km100m/s1LFM脉冲雷达参数如表射频带宽时宽PRT1.57GHz2MHz42us240us采样频率为10MHz仿真实验仿真实验 LFM脉冲信号波形脉冲信号波形29总的回波信号总的回波信号30目标A目标C目标B闭锁期A与B的回波存在重叠，无法区分时域脉压结果时域脉压结果31观察一个脉冲周期 回波由宽脉冲压缩为窄脉冲，目标A与B完全分离。 即，脉冲压缩提高了雷达

9、的距离分辨力。ACB第三部分第三部分v旁瓣抑制旁瓣抑制l窗函数加权窗函数加权l谱修正技术谱修正技术v多普勒频移的影响多普勒频移的影响32旁瓣抑制旁瓣抑制 输出脉冲包络的第一旁瓣为主瓣电平输出脉冲包络的第一旁瓣为主瓣电平-13.2dB。在。在多目标环境中，旁瓣可能会埋没附近较小目标的主瓣，导多目标环境中，旁瓣可能会埋没附近较小目标的主瓣，导致目标丢失。为提高分辨多目标的能力，须采用旁瓣抑制致目标丢失。为提高分辨多目标的能力，须采用旁瓣抑制措施，即加权技术。措施，即加权技术。3313.2dB旁瓣抑制旁瓣抑制 引入加权网络实质上是对信号进行一种失配处理，引入加权网络实质上是对信号进行一种失配处理，它

10、不仅抑制旁瓣，同时会使输出信号的它不仅抑制旁瓣，同时会使输出信号的包络主瓣降低、变包络主瓣降低、变宽宽，即，旁瓣抑制是以，即，旁瓣抑制是以损失信噪比损失信噪比及及降低距离分辨力降低距离分辨力为代为代价的。价的。 加权函数的选择，只能在旁瓣抑制、主瓣加宽、信加权函数的选择，只能在旁瓣抑制、主瓣加宽、信噪比损失、旁瓣衰减速度以及技术实现难度等几个方面这噪比损失、旁瓣衰减速度以及技术实现难度等几个方面这种考虑。种考虑。 现用下面的一般形式表示加权函数现用下面的一般形式表示加权函数34不同的K值与n值，对应不同的加权函数旁瓣抑制旁瓣抑制v35旁瓣抑制旁瓣抑制则加权网络输出信号则加权网络输出信号36整理

11、后得到接着对几个主要性能指标进行计算旁瓣抑制旁瓣抑制v37 得到-3dB处主瓣加宽系数为旁瓣抑制旁瓣抑制未加权未加权PC输出输出38hamming加权PC输出-13dB-43dB旁瓣抑制旁瓣抑制 大时宽带宽积信号：大时宽带宽积信号： D值大，振幅谱接近矩形，且波纹值大，振幅谱接近矩形，且波纹小，加权后的脉压波形旁瓣低；小，加权后的脉压波形旁瓣低； 小时宽带宽积信号：小时宽带宽积信号： D值小，振幅谱不再具有接近矩值小，振幅谱不再具有接近矩形的特性，通带内有较大波纹。加权后旁瓣高。形的特性，通带内有较大波纹。加权后旁瓣高。39带内波纹边缘跃变 D值不同造成脉压信号主旁瓣比不同时由于时域压缩产生的

12、距离旁瓣与频域上的边缘跃变以及带内波纹密切相关。采用经典窗加权的目的就是平滑矩形频谱的边缘跃变，但不能抑制带内波纹，因此与大时宽带宽积信号相比，小时宽带宽积信号相比主旁瓣比低。谱修正技术谱修正技术v40修改后的传输函数谱修正技术谱修正技术41 下图为D=40的LFM信号谱修正前后的结果，虚线为修正前的输出，实线是修正后的输出。可以看出，采用海明加权，经过谱修正后脉压输出主旁瓣比从34.07dB提高到37.75dB，3dB宽度仍展宽1.47倍。多普勒频移多普勒频移v42多普勒频移多普勒频移43v多普勒频移多普勒频移存在多普勒频率的存在多普勒频率的LFM信号为信号为44经滤波器后输出为积分结果为多普勒频移多普勒频移v45总结总结v46