脉冲压缩课件

1、脉冲压缩1 脉冲压缩 脉冲压缩2 第一部分 脉冲压缩的作用 脉冲压缩的实现 脉冲压缩的特点 脉冲压缩3 脉冲压缩的作用 雷达作用距离与距离分辨力存在矛盾 脉冲压缩4 脉冲压缩的作用 距离分辨力 脉冲压缩5 脉冲压缩的作用 u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6 脉冲压缩的特点 脉冲压缩7 脉冲压缩的特点 存在的缺点 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，都将增大旁瓣高 度。 存在距离旁瓣。 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，成为近代雷达广泛应用 的体制。 脉冲压缩8

2、脉冲压缩的实现 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1； 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“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： 压缩网络 脉冲压缩9 脉冲压缩的实现 压缩网络 脉冲压缩10 第二部分 线性调频(LFM)脉冲 压缩 基本原理 性能改善 频谱特性 LFM脉冲信号频谱特性 LFM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 Matlab 仿真 脉冲压缩11 基本原理 式 脉冲压缩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

3、络后， 成为窄脉冲。 脉冲压缩13 性能改善 输出峰值功率增大D倍 l 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 脉冲压缩14 性能改善 由雷达方程知， ，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 同分辨力的普通脉冲制雷达的探测距离增加了 （例 如D=16，作用距离增大1倍） 综上分析，接收机输出的目标回波信号具有： 窄的脉冲宽度、高的峰值功率，即，符合探测距离远、 距离分辨率高的战术要求。 为进一步研究LFM脉冲与压缩脉冲之间的内在关系，我 们必须进行定量

4、分析。 脉冲压缩15 LFM脉冲信号的频谱特性 由(c)可知 调频斜率 角频率变化规律 脉冲压缩16 LFM脉冲信号的频谱特性 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 脉冲压缩17 LFM脉冲信号的频谱特性 做傅里叶变换 通过变量代换，整理得到复频谱 脉冲压缩18 LFM脉冲信号的频谱特性 信号幅度谱 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 脉冲压缩19 LFM脉冲信号的频谱特性 称为菲涅尔积分，具有如下特性： 式中 此时剩余相位 脉冲压缩20 LFM脉冲信号的频谱特性 下图画出了D=13,D=52,D=1

5、30时的幅频特性和剩余项相频特性 脉冲压缩21 LFM脉冲信号的频谱特性 脉冲压缩22 LFM脉冲信号匹配滤波器频谱特 性 K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 脉冲压缩23 群延时特性 网络输出端，两个频率分量经过不同的相移 脉冲压缩24 群延时特性 对于PC网络，其相频特性对应的延时特性为 脉冲压缩25 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，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。 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。 脉冲压缩26 通过匹配滤波器的输出

6、波形 作反傅里叶变换并取实部，得到 脉冲压缩27 通过匹配滤波器的输出波形 脉冲压缩28 仿真实验 空间有三个目标，雷达发射4个脉冲，参数如表 目标距离径向速度功率 A7.0km50m/s1 B8.0km0m/s0.25 C28.0km100m/s1 LFM脉冲雷达参数如表 射频带宽时宽PRT 1.57GHz2MHz42us240us 采样频率为10MHz 脉冲压缩29 仿真实验 LFM脉冲信号波 形 脉冲压缩30 总的回波信号 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 脉冲压缩31 时域脉压结果 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

7、完全分离。 即，脉冲压缩提 高了雷达的距离分辨 力。 ACB 脉冲压缩32 第三部分 旁瓣抑制 l窗函数加权 l谱修正技术 多普勒频移的影响 脉冲压缩33 旁瓣抑制 输出脉冲包络的第一旁瓣为主瓣电平-13.2dB。在 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 措施，即加权技术。 13.2dB 脉冲压缩34 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， 它不仅抑制旁瓣，同时会使输出信号的包络主瓣降低、变 宽，即，旁瓣抑制是以损失信噪比及降低距离分辨力为代 价的。 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

8、减速度以及技术实现难度等几个方面 这种考虑。 现用下面的一般形式表示加权函数 不同的K值与n值，对应不同的加权函数 脉冲压缩35 旁瓣抑制 脉冲压缩36 旁瓣抑制 则加权网络输出信号 整理后得到 接着对几个主要性能指标进行计算 脉冲压缩37 旁瓣抑制 得到-3dB处主瓣加宽系数为 脉冲压缩38 旁瓣抑制 未加权PC输出 hamming加权PC输出 -13dB-43dB 脉冲压缩39 旁瓣抑制 大时宽带宽积信号： D值大，振幅谱接近矩形，且波纹小，加权后的脉 压波形旁瓣低； 小时宽带宽积信号： D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。 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 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。 脉冲压缩40 谱修正技术 修改后的传输函数 脉冲压缩41 谱修正技术 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