（通信与信息系统专业论文）chirp超宽带接收机研究.pdf

摘要 摘要 对于短距离高速率的数据传输，超宽带技术已经成为一种合适的候选方案。 将c h i r p 扩频应用于超宽带无线通信系统就构成c h i r p 超宽带系统。c h 卸超宽带 技术具有很多优点，同时又有很多待解决的问题：硬件实现复杂度高，数目巨大 的多径分量使能量分散，同步精度要求高等。本文主要对c h i r p 扩频技术中信号 检测技术进行了研究，具体如下： 传统的时延估计算法中忽略了c h i r p 信号的非平稳性，本文研究了适用于 c h i r p 信号的时延估计方法。平稳化处理c h i r p 信号后将c h i r p 信号的时延估计问 题转化为正弦信号的频率估计问题，然后采用多重信号分类法估计频率。本文通 过仿真比较了该方法与传统时延估计算法的性能。 c h i r p 超宽带有两种调制方式：二进制键控调制及直接调制，其中直接调制 可与多种数字调制方式相结合。采用d b p s k 调制的相干解调需要用c h i r p 的匹配 滤波器，这使硬件实现的复杂度很高。自相关解调通过比较相邻两个符号的相位 差来解调数据符号，它不需要进行信道估计及c h i r p 匹配滤波，实现简单。c h i r p 超宽带中c h i r p 为扩频和载波信号，前后两个符号的相关运算既可以获得相位差 又可以对c h i r p 解扩。由于相位的参考信号及解扩的参考信号都受到了噪声的污 染，该解调方式的误码率性能差。本章提出了两种改进的差分接收机结构：多符 号联合检测结构和反馈式结构。分析了多符号联合检测的误码率上限，通过仿真 验证了分析的正确性。通过比较两种改进结构的误码率性能可得在阶数相同时， 两种结构的性能改善相近，而反馈式结构简单，所以将反馈式结构推广到了高阶 差分编码中，仿真证明了其适用性。 针对c h i r p 超宽带多径分辨率高，传输符号能量分散的特点，研究了r a k e 接 收机在c h i r p 超宽带的应用。对于差分调制的c h i r p 超宽带，提出了一种次优r a k e 接收机结构，推导了该结构中r a k e 接收机的参数，通过仿真比较了两种r a k e 接 收机的性能。针对r a k e 接收机所需分支数量大、接收机复杂度高、功耗大的特 点，研究了时间反转技术在c h i r p 超宽带中的应用；提出了量化信道信息的方法 来降低时间反转技术中前置滤波器实现的复杂度；分析了在s i s o 系统和m i s o 系统中时间反转技术的误码率性能，并且通过s i m u l i n k m a t l a b 仿真评估了量化对 i 摘要 s i s o 系统和m i s o 系统造成的性能损失。 关键字：c h i r p 超宽带，自相关解调，r a k e ，时间反转 a b s t r a c t a bs t r a c t u l t r a - w i d e b a n d ) h a sb e c o m eas u i t a b l ec a n d i d a t ef o rh i 曲一d a t ar a t e ，s h o r t r a n g ec o m m u n i c a t i o n s c 脚u w bs y s t e ma p p l i e sc h i r ps p r e a ds p e c t r u mt e c h n o l o g y t ou w bw i r e l e s sc o m m u n i c a t i o ns y s t e m c h i r pu w bs y s t e mh a sv a r i o u sm e r i t s ； m e a n w h i l et h e r ea r es o m er e m a i n i n gp r o b l e m st ob es o l v e ds u c ha sh i 曲c o m p l e x i t yo f h a r d w a r ei m p l e m e n t a t i o n ，e n e r g yd i s p e r s i o nc a u s e db ym u l t i p a t hc h a n n e lw i t hh u g e t a p sa n dh i g hs e n s i t i v i t yt ot i m eo f f s e t t h i sd i s s e r t a t i o nf o c u s e so ns i g n a ld e t e c t i o n s c h e m e i nt h et r a d i t i o n a lt i m ed e l a ye s t i m a t i o ns c h e m e ，w ei g n o r et h en o ns t a t i o n a r yo f c h i r ps i g n a l ，n o ww es t u d yt h ed e l a ye s t i m a t i o ns c h e m es u i tf o rc h i r ps i g n a l w em a k e t i m ed e l a yaf r e q u e n c yp a r a m e t e ro fas i nf u n c t i o n t h e nw ee s t i m a t et h ef r e q u e n c yo f t h es i nf u n c t i o n a tl a s tw ec o m p a r et h ep e r f o r m a n c eo ft h e s et i m ed e l a ye s t i m a t i o n s c h e m e s c h i r pu w b h a st w om o d u l a t i o ns c h e m e s ：b i n a r yo n h o g o n a lk e y i n g ( b o k ) a n d d i r e c tm o d u l a t i o n ( d m ) d ma l l o w sm a n yp o s s i b l em o d u l a t i o nm e t h o d st ob e e m p l o y e d d i f f e r e n t i a lp h a s es h i f tk e y i n g ( d p s k ) i sas u i t a b l em e t h o d a u t o c o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o n ( a c d ) s i m p l i f i e st h ei m p l e m e n tb e c a u s ei td o e s n tn e e d c h a n n e le s t i m a t i o ns c h e m ea n dc h i r pm a t c hf i l t e ri nt h er e c e i v e r b u tt h ep e r f o r m a n c e i sp o o r , b e c a u s eb o t hc h 卸d i s p r e a dr e f e r e n c ea n dp h a s er e f e r e n c ea r ed i r t y 谢t l ln o i s e s ot h a tw ep r o p o s et w oi m p r o v e da c dd e t e c t i o ns t r u c t u r e t h ef i r s to n ei s m u l t i p l e s y m b o lj o i n td e t e c t o ra n di ti sb a s e do nm a x i m u m l i k e l i h o o d ( m l ) d e c i s i o n t h eu p p e rb o u n do ft h eb e ri sg i v e n t h es e c o n di sf e e db a c k e ds t r u c t u r e t h e s i m u l a t i o ns h o w st h a tt h eb e rp e r f o r m a n c eo ft w op r o p o s e da c ds c h e m e s o u t p e r f o r mt h eo r i g i n a la c ds c h e m ew i t ho n l yas l i g h ti n c r e a s ei nc o m p l e x i t y , a n d t h e yc a l la c h i e v es i m i l a rb e rp e r f o r m a n c e t h eu w bc h a n n e li m p u l s er e s p o n s e ( c i r ) c o n t a i n sal a r g en u m b e ro fr e s o l v a b l e m u l t i p a t hc o m p o n e n t s ，e s p e c i a l l yi ni n d o o re n v i r o n m e n t s h o w e v e r , m a k i n gg o o du s e o ft h e s es i g n a lc o m p o n e n t si sn o ts t r a i g h t f o r w a r d f i r s t l y , w es t u d yt h er a k er e c e i v e r i nc h i r pu w bs y s t e m ，h u g et a p so fr a k er e c e i v e rm a k et h ei m p l e m e n t a t i o nq u i t e t i t a b s t r a c t i m p o s s i b l ef o rp o w e rl i m i t e de q u i p m e n t t h e nw ec o n s i d e ras i g n a lf o c u s i n gt e c h n i q u e ： t i m er e v e r s a lw h i c hc a l ls h i f tp a r to f r e c e i v e rc o m p l e x i t yb u r d e nt ot h et r a n s m i t t e rs i d e t os i m p l i f yi m p l e m e n t a t i o no ft h ec h a n n e le s t i m a t o ra n dt i m er e v e r s a lf i l t e r , r e d u c e - b i t q u a n t i z a t i o ni sc o n s i d e r e d a tl a s t , w ed e r i v et h eb e rp e r f o r m a n c ef o r m u l ao fs i s o a n dm i s os y s t e m ，a n de v a l u a t ep e r f o r m a n c el o s ec a u s e db yr e d u c e - b i tq u a n t i z a t i o n k e y w o r d s ：c h i r pu w b ，a u t oc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o n ，r a k e ，t i m er e v e r s a l i v 缩略语 a c d a w g n b e r b f s k b o k b p s k c 瓜 c s s d b p s k d m d s s s d q p s k 缩略语 a u t oc o r r e l a t i o nd e m o d u l a t i o n a d d i t i v ew 1 1 i t eg a u s s i a nn o i s e b i te r r o rr a t e b i n a r yf r e q u e n c ys h i f tk e y i n g b i n a r yo r t h o g o n a lk e y i n g b i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g c h a n n e li m p u l s er e s p o n s e c h i r ps p r e a ds p e c t r u m d i f f e r e n t i a lb i n a r yp h a s es h i f tk e y i n g d i r e c tm o d u l a t i o n d i r e c ts e q u e n c es p r e a ds p e c t r u m d i f f e r e n t i a lq u a t e r n a r yp h a s es h i f tk e y i n g e i r p e q u i v a l e n ti s o t r o p i cr a d i a t e dp o w e r f c c f h s s i r i s i l f m l o s m b o f d m m d p s k m i s o m l f 。o d e r a lc o m m u n i c a t i o n sc o m m i s s i o n f r e q u e n c yh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m i m p u l s er a d i o i n t e rs y m b o li n t e r f e r e n c e l i n e a rf r e q u e n c ym o d u l a t i o n l i n eo fs i g h t m u l t i b a n d o r t h o g o n a lf r e q u e n c y d i v i s i o nm u l t i p l e x d i f f e r e n t i a lm u l t i p l ep h a s es h i f tk e y i n g m u l t i p l ei n p u ts i n g l eo u t p u t m a x i m u m l i k e l i h o o d i x 自相关解调 加性高斯白噪声 误码率 二进制频移键控 二进制正交键控 二进制相移键控 信道冲激响应 c h i r p 扩频 差分二进制相移键 控 直接调制 直接序列扩频 差分四进制相移键 控 等效各向同性辐射 功率 联邦通信委员会 跳频扩频 冲激无线电 符号间干扰 线性调频 视距 多带正交频分复用 差分多迸制相移键 控 多进单出 最大似然 缩略语 m u s i c n l o s p n s a w s i s 0 s n r t h t h s s t r 1 ，p ! a n m u l t i p l es i g n a lc l a s s i f i c a t i o n n o nu # t o f s i g h t p s e u d on o i s e s u r f a c ea c o u s t i c 肋y e s i g n a li n p u ts i g n a lo u t p u t s i g n a lt on o i s er a t i o t i m eh o p p i n g t i m eh o p p i n gs p r e a ds p e c t r u m t i m er e v e r s a l u l t r aw i d e b a n d 强r e l e s sp e r s o n a la r e a n e t w o r k s x 多重信号分类法 非视距 伪随机 声表面波 单入单出 信噪比 跳时 跳时扩频 时间反转 超宽带 无线个域网 图目录 图目录 图2 1c h i r p 信号的幅度谱6 图2 2c h i r p 信号的时域波形6 图2 - 3c h i r p 信号匹配与不匹配输出7 图2 - 4 有频偏的c h i r p 信号被压缩后的波形9 图2 5b o k 调制系统框图10 图2 6d m 调制解调框图1 1 图2 7f e c 编码过程_ 16 图2 8 卷积码编码器17 图2 9b o k 相干解调的编码性能18 图2 1 0b o k 非相干解调的编码性能18 图2 1 1d m + d p s k 调制的编码性能1 9 图3 1 基于广义互相关的c h i r p 信号时延估计2 5 图3 - 2 基于m u s i c 的c h i r p 信号时延估计2 5 图3 - 3 两种时延估计方法性能比较2 6 图4 - 1d m + d p s k 相干解调系统一2 7 图4 2d m + d p s k 自相关接收机2 7 图4 3c h i r p 超宽带中自相关解调性能3 0 图4 - 4 改进的多符号联合检测的自相关接收机结构3 l 图4 5 多符号联合检测的白相关接收机理论与仿真比较3 4 图4 6 各阶多符号联合检测的自相关接收机性能3 4 图4 7 改进的基于反馈结构自相关接收机3 5 图4 8 两种改进的自相关接收机结构的性能比较3 7 图4 9d m + d q p s k 调制下反馈结构的改进自相关接收机性能一3 8 图5 - 1r a k e 接收机结构图4 0 图5 2r a k e 接收技术在c h 卸超宽带中的应用4 1 图5 3d p s k 的两种r a k e 接收机结构4 3 图5 _ 4c h i r p 超宽带中的r a k e 接收机性能4 6 图5 5d m + d p s k 调制下两种r a k e 接收机性能比较4 6 图5 - 6 时间反转技术在c h i r p 超宽带中的应用4 7 图5 7m i s o 系统框图4 9 图5 8 信道估计框图51 图5 - 9c h i r p 超宽带中时间反转技术的性能5 3 图5 10 量化参数的选取一5 4 图5 1 1 量化对系统性能的影响5 4 v 表目录 表目录 表1 1f c c 授权的超宽带技术的应用领域和使用频段。2 表2 1i e e e8 0 2 15 4 a 信道的特征参数表15 独创性声明 本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工 作及取得的研究成果。据我所知，除了文中特别加以标注和致谢的地 方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含 为获得电子科技大学或其它教育机构的学位或证书而使用过的材料。 与我一同工作的同志对本研究所做的任何贡献均已在论文中作了明 确的说明并表示谢意。 签名：丝麴!日期：纠。年6 月弓日 论文使用授权 本学位论文作者完全了解电子科技大学有关保留、使用学位论文 的规定，有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和磁 盘，允许论文被查阅和借阅。本人授权电子科技大学可以将学位论文 的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或 扫描等复制手段保存、汇编学位论文。 ( 保密的学位论文在解密后应遵守此规定) 日期：9 o l o 年莎月弓日 第一章绪论 1 1 c h i r p 超宽带的概念 第一章绪论 带宽是一种珍贵的资源，窄带传输会产生平坦衰落。可以采用扩频技术克服 平坦衰落，通过频带的扩展使窄带传输变为宽带传输。扩频技术使能量在频域上 扩展，平均功率谱密度变小，信号被侦听检测的概率变小。与传统的扩频技术： 直接序列扩频、跳频扩频及跳时扩频技术相比，c h i r p 扩频技术可以同时在时域 和频域展宽信号，这使得信号无论在时域还是在频域都可以避免被监测。c h i l , - p 扩频的增益为曰丁，其中b 为扩频后占用的带宽，丁为符号的持续时间。对于采 用伪随机码进行扩频的系统，扩频增益取决于p n 码速率与符号速率的比值【l 】。 对脚甚至n s 级的数据传输速率的系统，需要采用更高速率的p n 码来获得扩频增 益，这使系统不易实现。 由美国联邦通信委员会给出的超宽带定义为：一是1 0 d b 带宽大于或等于 5 0 0 m h z ，二是相对带宽大于或等于2 0 。f c c 已经批准了超宽带技术的部分应 用领域和频段，见表1 1 。同时f c c 限制了在该频段内有效全向发射功率 ( e q u i v a l e n ti s o t r o p i cr a d i a t e dp o w e r ，e m p ) 。本文中主要研究的是超宽带的通信 系统，主要占用3 1 g h z 一1 0 6 g h z 的频段范围。无论在室内还是在室外环境中， 该频段有效全向发射功率限制在- 41 3 d b m m h z 以下1 2 j 。 超宽带的定义只涉及了带宽，所以可以用多种方式实现超宽带。常见的有冲 激无线电超宽带( i r i ，、) ：它是利用纳秒级的窄脉冲携带调制信息的。纳秒级 的短脉冲的频谱可达到f c c 定义的超宽带带宽要求。将直接序列扩频技术【3 】【4 】【5 1 ， 跳时扩频技术与i r u w b 相结合 6 】【7 】，就可以利用窄脉冲的不同幅度和位置代表 不同的调制信息。超宽带的另一种实现方式是多带正交频分复用( m u l t i b a n d o r t h o g o n a lf r e q u e n c yd i v i s i o nm u l t i p l e x ，m b o f d m ) 超宽带 8 】【9 1 。该实现形 式包括多个子频带，在每个子频带上采用正交频分复用。而c h i r p 超宽带就是利 用c h i r p 信号扩频的超宽带系统【1 0 】 1 l 】【1 2 】，它的理论基础为脉冲压缩技术。 电子科技大学硕士学位论文 表1 1f c c 授权的超宽带技术的应用领域和使用频段 应用领域使用频段 透地雷达成像系统9 6 0 m h z 以下，( 3 1 1 0 6 ) g h z 墙内成像系统9 6 0 m h z 以下，( 3 1 1 0 6 ) g h z 穿墙成像系统9 6 0 m h z 以下，( 1 9 9 1 0 6 ) g h z 医疗系统 ( 3 1 1 0 6 ) g h z 监视系统 ( 1 9 9 1 0 6 ) g h z 汽车雷达系统 2 4 0 7 5g h z 以上 通信与测量系统( 3 1 1 0 6 ) g h z 1 2 c h i r p 超宽带的发展与应用 超宽带无线通信系统最先在美国军方和政府部门得到实质性关注。军用超宽 带无线通信技术的研究和开发主要利用了超宽带信号的隐蔽性好，抗干扰性能强， 数据传输速率高和系统的功能集成多( 例如雷达通信集成，通信定位集成) 等 特点。超宽带无线通信在民用领域也有巨大的市场，目前，为了满足低廉的宽带 i n t e r n e t 无线接入和宽带多媒体业务增长的需求，民用超宽带无线通信系统的研究 主要是建立短距离的高速连接和高速无线个域网( w i r e l e s sp e r s o n a la r e an e t ， 但a n ) 。 虽然脉冲压缩技术在上世纪5 0 年代早期就被提出来了，直到1 9 6 2 年才由 w i n l d e r 发表了一篇脉冲压缩技术应用于通信的文章。文中提出了用上扫频和下扫 频信号表示数据符号的想法，并描述了二进制正交键控( b i n a r yo r t h o g o n a lk e y e d ， b o k ) 系统的雏形，但文中并没有对完整的系统进行描述。之后的4 年时间内，脉 冲压缩技术的通信应用的研究毫无进展。直到1 9 6 6 年，h a t a 和g o t t 通过各自独 立的研究，提出来了应用于高频电波传输的二进制正交键控系统类型【1 1 】【1 2 】。文中 利用c h i r p 信号本身的抗多普勒频移特性消除了地空传输链路间的频谱偏移对系 统性能的影响但当时声表面滤波器( s u r f a c ea c o u s t i cw a v e ，s a w ) 技术没有发 展起来。六十年代后期和七十年代早期脉冲压缩技术得n t 前所未有的关注。第 一个提出将声表面滤波器s a w 应用于c h i r p 扩频通信的是b u s h 5 1 。七十年代中期 2 第一章绪论 以后，由于c s s 技术的难实现性，对c h 卸扩频的研究热情逐渐冷却。采用数字 信号处理算法的直接序列扩频和跳频技术则由于实现简单成为扩频技术的首选。 此时c h i r p 扩频技术只是加在直接序列扩频技术里，用来抵抗多普勒频移。1 9 9 4 年，t s a i 和c h a n g 提出将b o k 系统应用于室内环境中，并对a w g n 、瑞利和莱 斯信道下的误码率进行推导。1 9 9 8 年，h u c m c re ta l 又发表了一篇c s s 应用于室 内通信的文章，至今部分研究者继续对c h 卸超宽带的通信技术进行深入的研究。 1 3 c h i r p 超宽带研究现状 目前对超宽带的研究重点主要集中在i r u w b 实现方式 2 - 7 ，对利用c h i r p 扩频的超宽带实现形式的研究并不广泛。i r u w b 的研究可以为c h i r p u w b 的研 究提供参考。c h i r p u w b 中发送的连续c h 卸波形与i r u w b 发送的非连续脉冲 串的特性是不同的，所以需要针对c h i r p 信号特点 1 0 1 1 研究适用于该系统的算 法。目前c h i r p 超宽带研究的主要方向有：调制解调技术，多址接入技术，同步 技术，干扰消除技术，多径接收技术等。文献【1 6 研究了c h i r p 信号的扩频特性， 文献 1 7 研究了无线通信系统中c h i l , - p 超宽带二进制键控调制的误码率性能。文献 1 8 利用不同扫频速率的c h i r p 扩频信号代表不同用户的多址接入技术，文献 1 9 2 0 研究了在d p s k 调制解调系统中，利用s a w 产生的c h 卸信号的时延特 性的多址接入技术，文献 2 2 介绍了c h 卸扩频系统中的干扰消除技术，文献 2 3 研究了利用c h i r p 超宽带做模板对系统中的干扰信号进行检测的方法。文献 2 4 研究了高斯白噪声下c h i 印信号的参数估计问题，文献 2 5 2 6 2 7 研究了高斯白 噪声背景下c h i r p 扩频系统的时间同步问题，文献 2 5 1 ：禾u 用了n e w m a nc h i r p 序列 进行同步，文献 2 6 则利用信噪比增强单元来改进同步方案，文献 2 7 提出利用环 路估计时延的方法。文献【2 8 证明了时间反转技术适用于c h i r p 超宽带系统。 1 4内容安排 本文主要对c h i r p 超宽带进行算法研究，改进了c h i r p 超宽带自相关接收机， 研究了r a k e 接收技术和时间反转技术在c h i r p 超宽带中的应用，为设计较低复杂 度的c h i r p 超宽带接收机提供算法支持，最后本文针对c h i r p 信号的非平稳特性 研究了适用于c h i r p 信号的时延估计算法。 传统的时延估计方法都是针对平稳信号作处理的，而c h i r p 为非平稳信号， 3 电子科技大学硕士学位论文 研究适用于c h i r p 信号的时延估计算法是本文的一个重点。 c h i r p 超宽带d m + d p s k 调制的相干解调需要通过c h 卸信号的匹配滤波器， 这使接收机复杂度高；自相关解调虽然简单，但c h i r p 解扩的参考信号及相位解 调的参考信号被噪声污染导致系统性能差。所以研究改进的相关接收机是本文的 第二个重点。 超宽带系统中大量的多径使能量分散，所以多径能量收集方法为本文的第三 个重点。 本文各个章节的内容安排如下： 第一章：对c h i 印超宽带进行基本描述，介绍了c h 卸超宽带的发展历史、 应用及研究现状。 第二章：介绍了c h i r p 超宽带的基本概念及核心理论，分析了c h i r p 超宽带 的特征和c h i r p 超宽带的两种调制方式，并描述了c h i r p 超宽带的信道传输环境， 分别在a w g n 及多径信道下对c h i r p 超宽带的信道编码方案进行了性能仿真。 第三章：针对c h i r p 信号的非平稳特性，研究了适应于c h i r p 超宽带的时延 估计方法。通过对c h i r p 信号进行平稳化处理，将时延估计问题转换到谱估计问 题，然后利用m u s i c 算法估计频谱得到相应的时延估计参数。 第四章：针对差分解调时相干解调复杂度高、自相关解调性能差的特点，提 出了两种改进的自相关解调方式。对两种方式进行了误码率分析，性能仿真并对 两种改进方式进行了对比，为低复杂度的接收机的硬件结构设计提供参考。 第五章：针对c h i r p 超宽带多径丰富的特点，研究了r a k e 多径合并接收技术； 提出了一种差分调制的次优r a k e 接收机结构。针对r a k e 接收机所需分支数量大， 接收机复杂，功耗大的特点，研究了时间反转技术在c h i r p 超宽带中的应用。分 析了应用时间反转技术的s i s o 系统和m i s o 系统的误码率性能。针对时间反转 技术中前置滤波器实现困难的问题，提出了量化信道信息的方法降低其复杂度； 并通过s i m u l i n k m a t l a b 仿真评估了量化带来的性能损失。 第六章：结束语，总结全文，提出今后可能的研究方向。 1 5本章小结 本章首先介绍了超宽带的概念，回顾了c h i r p 超宽带的发展历史与应用以及 研究现状，最后对本文的研究内容和结构安排作了介绍。 4 第二章c h i r p 超宽带系统 第二章c h i r p 超宽带系统 2 1 c h i r p 超宽带原理 2 1 1脉冲压缩技术 脉冲压缩技术是c h i r p 超宽带的基础，下面先介绍脉冲压缩技术。 在雷达系统的设计中要求探测范围大且可探测的目标小，这两种要求是互相矛 盾的。基本的矛盾在于探测范围大要求接收脉冲回波的信噪比高、发射功率大； 而可探测的目标4 , n 要求脉冲持续时间短。理想的冲激函数万能同时满足以上两 个要求，然而该函数是物理不可实现的。脉冲压缩技术的出现解决了这个问题。 不同于传统的矩形探测脉冲，它采用的是频率随时间变化的扫频信号，其中一种 频率随时间线性变化的信号为c h i r p 信号。 线性扫频的c h i r p 信号可以表示为： 忙m2z(fot+ch(斜一三 ( 2 - ，) ，) ： 咖l争j ，一“ j ( 2 - ，) 10 ，其它 其中2 是扫频频率( h z s ) ，t 是扫频时间( s ) ，假设在丁时间内带宽变化 为召h z ，则= b t 。由式( 2 1 ) 可见，扫频信号的频率厂= f o t z t 是随着时间 t 线性变化的：取+ 时频率随时间增长，为上扫频信号，用c 啊f t ) 表示；取一 时频率随时间减小，为下扫频信号，用c 玫( t ) 表示。上扫频和下扫频的c h i 印信 号的频率变化率是相同的，且带宽和持续时间也是相同的。在脉冲压缩技术中， 最常选用的是线性的上下扫频信号，因为线性的扫频信号最容易产生。上下扫频 信号的时域及频域波形见图2 1 ，2 2 ，其中时间带宽积b r 是线性扫频信号的一 个重要特征参数。频域的幅度谱类似带通滤波器，时间带宽积曰丁越大，幅度谱 与理想带通滤波器的波形越接近。c h i r p 信号在时域上是恒包络的，经过脉冲压 缩以后的波形类似于冲激函数艿，时间带宽积b t 决定扩频增益的大小。 5 电子科技大学硕士学位论文 幅 幅度谱( t b = 2 0 ) 幅度谱( 7 b = 1o o ) 时间 幅度谱( t b = 5 0 ) 一o ) 2w o + a w 2 幅度谱( t b = 5 0 0 ) 图2 - 1c h i r p 信号的幅度谱 c h i r p 信号 压缩后的窄脉冲信号 图2 2c h i r p 信号的时域波形 c h i r p 信号的相关运算为： ，( f ) = h i _ t 2 ：( r ) p f ) d f - j - i _ t m 2 啪m s b 肿叫一华，卜 p 2 ， = c 啊( f )