雷达论文作业(DOC)

1、脉冲压缩雷达及其仿真雷达的分辨理论表明:要得到高的测距精度和好的距离分辨力，发射信号必须具有大的带宽;要得到高的测速精度和好的速度分辨力，信号必须具有大的时宽。因此，要使作用距离远，又具有高的测距、测速精度和好的距离、速度分辨力，首先发射信号必须是大带宽、长脉冲的形式。显然，单载频矩形脉冲雷达不能满足现代雷达提出的要求。而脉冲压缩技术可以获得大时宽带宽信号，使雷达同时具有作用距离远、高测距、测速精度和好的距离、速度分辨力。具有大时宽带宽的信号通常被称作脉冲压缩信号。脉冲压缩技术包括两部分:脉冲压缩信号的产生、发射部分和为获得较窄的脉冲对接收回波的处理部分。在发射端，它通过对相对较宽的脉冲进行调

2、制使其同时具有大的带宽，在接收端对接收的回波波形进行压缩处理得到较窄的脉冲。脉冲压缩原理TT发射脉冲宽度和系统有效（经压缩的）脉冲宽度0的比值称为脉冲压缩比，即D=T门因为冷=1B，所以，上式可写成即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表示。大时宽带宽矩形脉冲信号的复包络表达式可以写成：u(t)二Aej(t),-T/2vtvT/20,其他匹配滤波器输出端的信噪比为：（S-N）=EN0丿其中信号能量为：1E二一A2T2这种体制的信号具有以下几个显著的特点（1）在峰值功率受限的条件下，提高了发射机的平均功率P，增强了发射av信号的能量，因此扩大了探测距离。(

3、2) 在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络，使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲，因此保持了良好的距离分辨力。(3) 有利于提高系统的抗干扰能力。当然，采用大时宽带宽信号也会带来一些缺点，这主要有:T(1) 最小作用距离受脉冲宽度的限制。(2) 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。(3) 存在距离旁瓣。一般采用失配加权以抑制旁瓣，主旁瓣比可达30dB35dB以上，但将有1dB3dB的信噪比损失。(4) 存在一定的距离和速度测定模糊。适当选择信号参数和形式可以减小模糊。但脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，已成为近代雷达广泛应用的一种体制。线性调频脉冲信号线

4、性调频脉冲压缩体制的发射信号，其频谱在脉冲宽度内按线性规律变化，即用对载频进行调制的方法展宽发射信号的频谱，使其相位具有色散。同时，在P受限情况下为了充分利用发射机的功率，往往采用矩形宽脉冲包络，线性调t频脉冲信号的复数表达式可写成:t.pt2s(t)=u(t)ej0t=Arect()ej叫+2)T上式中u(t)为信号复包络：u(t)=Arect()ej牛TAw2兀Af若令B为频率变化范围，则B=Af=f-f，而P=-=-为调制斜率。21TT若信号的载波中心角频率为3=2兀f0，则线性调频信号的角频率变化规律为:T3=3+pt|t1o，2因而信号的瞬时相位:(t)=J3dt=J(3i1+|LX

5、t)dt=3t+|LXt2+C02如下图所示，图（a）为线性调频脉冲信号的波形;图（b）为信号的包络幅度为A,图（c）为载频的调制特性，在T内由低频端f1至高频端f2按线性规律变化。线性调频信号波形、包络及频率变化图脉冲压缩雷达脉冲压缩雷达通过发射宽脉冲以提高发射信号的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力,从而较好地解决了作用距离和分辨能力之间的矛盾。给定雷达系统的距离分辨力为：5=r2B其中，c为光速，B=Af为发射波形带宽。对于简单的脉冲雷达，B=Af=1T，T为发射脉冲宽度，则有cT而在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频率上

6、进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B满足B=纣1T。令脉冲压缩后的有效脉冲宽度t=1B，则CT0=-r2由此可见，脉冲压缩雷达可用宽度T的发射脉冲来获得相当于发射脉冲有效宽度为T的简单脉冲系统的距离分辨力。则脉冲压缩比(发射脉冲宽度T跟系统有效脉冲宽度T的比值)为TD=t又因为t=1B，贝ID二B即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表征。实现脉冲压缩的条件如下：(1) 发射脉冲的脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远大于1。(2) 接收机中必须具有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号实现“相位共扼匹配”，即相位色散绝对值相同而符号相反，以消除输入

7、回波信号的相位色散。脉冲压缩按发射信号的调制规律(调频或调相)分类，可以分为以下四种：(1)线性调频脉冲压缩；(2)非线性调频脉冲压缩；(3)相位编码脉冲压缩；(4)时间频率编码脉冲压缩。本文主要讨论较常见的线性调频脉冲压缩。线性调频脉冲压缩雷达线性调频信号(LFM)在二十世纪四十年代后期就被首先提出来，是研究最早、应用最广泛的一种脉压信号。线性调频通过对雷达的载波频率进行调制以增加雷达的发射带宽并在接收时实现脉冲压缩，线性调频脉压的基本原理如下图所示。线性调频脉冲压缩基本原理图线性调频波形由宽度为T的矩形发射脉冲组成，如图（a）所示。载波频率f在脉冲宽度内按照Af二f-f做线性增长变化，调制

8、斜率卩=沁fT，如图（b）21所示。图（C）为压缩网络的频率-延迟特性，按照线性递减变化，与信号的线性调频斜率相反，滤波器对线性调频信号中最先进入的低端频率为延时长（t），对d1经过T时间最后进入的高端频率f分量延时短（t）。这样，信号中不同频率分2d2量通过这一滤波器后几乎同时到达输出端，从而获得幅度增大宽度变窄的脉冲信号，其理想包络如图（d）所示。根据图（b），有B=Af=f-f和卩二竺二沁，若信号的载波中心角频i2tT率为二2兀f，则线性调频信号的角频率变化规律为：00,T二+pt，t0112因而信号的瞬时相位为：(t)=dt=(w+pt)dt=wt+1pt2+Ci002则线性调频脉冲压

9、缩雷达的发射信号为：u(t)=viAcos(wt+2pt2),t其中A为信号幅度。或者将上式表示成u(t)=Arectcos(wt+2pt2)其中，rect-为矩形函数，即：Ttrect=T0,|t|为方便分析和计算，用复数形式来表示u(t)，即:iu(t)=Arect(-)ej叫+2山2)iT则u(t)的复频谱为:iTU(w)=fu(t)e-jwtdt=fArect()ej(wot+2pt2)e-jwtdt=Ajej(wow)t+2pt2dtiiTgT2由于通常使用的线性调频脉冲信号均满足D=TB1，其频谱的振幅分布很g接近矩形，ly佃)|可近似地表示为:I今AwTU)的相频特性可近似地表示

10、为:综上所述，线性调频信号在D很大时的频谱表达式为:U()=i,m-m0Am丁A-2设匹配滤波器频率特性为H佃)，那么根据匹配条件应满足如下关系:H(m)=k|U(m)|e-地(m)e-jmtd其中，k为归一化系数，使幅频特性归一化，t为匹配滤波器的固定延时19。因d此线性调频脉冲信号的匹配滤波器频率特性可近似为：)2兀o-mt2卩4dI|AmJ，lm-mJ?-设线性调频脉冲信号经匹配滤波后的输出信号为u(t)，则其频谱U(m)为:0oU(m)=U(m)H(m)=Aoi手e-妙d，|m_mo|AmT则匹配滤波器输出的信号为：/、1F1,rSinKB(t-1)u(t)二JU(m)ejmtdm=A

11、vDdej2冗f0(t_td)o2兀o冗B(t-1)-Fd上式表示的信号是复数，而实际的信号应为实数，因此取其实部得到输出信号为sin兀B(t-1)2(,、dcos2兀f(t-1)兀B(t-1)0dd故输出信号的载波为：cos2兀f(t-1)0d而信号的包络为：A汀血肛B(t一卩兀B(t-1)dMatlab仿真结果1)任务：对以下雷达系统仿真。雷达发射信号参数：幅度：1.0信号波形：线性调频信号频带宽度：30兆赫兹(30MHz)脉冲宽度：10微妙(20us)中心频率：1GHz(109Hz)雷达接收方式：正交解调接收距离门：10Km15Km目标：Tar1：10.5KmTar2：11KmTar3：

12、12KmTar4：12Km+5mTar5：13KmTar6：13Km+2m(2)系统模型：结合以上分析，用Matlab仿真雷达发射信号，回波信号，和压缩后的信号的复包络特性，其载频不予考虑(实际中需加调制和正交解调环节)，仿真信号与系统模型如下图。雷达仿真等效信号与系统模型functionLFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)ifnargin=0T=10e-6;%发射脉宽B=30e6;%调频带宽Rmin=10000;Rmax=15000;%距离门R=10500,11000,12000,12005,13000,13002;%目标位置向量，相对于雷达RCS=111111;%目

13、标相对有效反射面end%参数设置R=R-Rmin;%目标位置向量，相对距离门下限RminC=3e8;K=B/T;Rrec二RmaxRmin;Trec=2*Rrec/C;%光速%调频斜率%接收门宽/m%接收门宽/s%计算机仿真的采样频率N0=ceil(T/Ts);点数%发射脉宽对应的采样Fs=5*B;Ts=l/Fs;和周期N=ceil(Trec/Ts);%接收窗对应的采样点数%产生高采样率chirp信号Rate=10;tl=linspace(O,T,Rate*NO);Chirp二exp(j*pi*K*tl.”2);%产生回波信号M=length(R);Srt(1:N)=O;%初始化接收信号for

14、i=1:1:Mtemp(1:N)=0;tau=2*R(i)/C;K0=ceil(tau/Ts)%第i个目标回波的相对位置M0=fix(Ts*K0-tau)*Rate/Ts)temp(K0:K0+N01)=RCS(i)*Chirp(MO+l:Rate:M0+Rate*(N0-l)+l);Srt二Srt+temp;%将所有的目标回波叠加end%作出相关图形subplot(211)t=linspace(O,Trec,N);plot(t*10飞，real(Srt);xlabel(fontsize9时间(us);title(fontsize9脉冲压缩前的回波)；subplot(212)t1=linspa

15、ce(T/2,T/2,N0);h=exp(j*pi*K*t1.八2);%匹配滤波器单位冲Sot二conv(Srt,h);Z=20*log10(Z+1e-6);激响应%匹配滤波dist=linspace(O,Rrec,N);plot(dist+Rmin,Z(N0:N+N01);axis(Rmin,Rmax,-60,0);xlabel(fontsize9目标相对了雷达距离(m);title(fontsize9脉冲压缩后的回波)；函数LFM_radar的参数意义如下：T：chirp信号的持续脉宽；B：chirp信号的调频带宽；Rmin:观测目标距雷达的最近位置；Rmax:观测目标距雷达的最远位置；R：一维数组，数组值表示每个目标相对雷达的斜距；RCS：维数组，数组值表示每个目标的雷达散射截面。在Matlab指令窗中键入：LFM_radar(10e-6,30e6,10000,15000,10500,11000,12000,1200&13000,13005得到的仿真结果