目标分辨脉冲压缩雷达

目标分辨脉冲压缩雷达第1页，共51页，2023年，2月20日，星期二概述雷达的距离分辨率取决于信号的带宽对于普通脉冲雷达，雷达信号的时宽与带宽满足第2页，共51页，2023年，2月20日，星期二对于脉冲压缩雷达，雷达信号的时宽与带宽满足这样，经过压缩后雷达信号的时宽为第3页，共51页，2023年，2月20日，星期二压缩后与压缩前雷达信号时宽之比为定义雷达信号时宽与带宽的乘积为脉冲压缩比第4页，共51页，2023年，2月20日，星期二如果压缩滤波器是无源的，它本身不消耗能量也不产生能量，满足能量守恒原理：可见，输出脉冲的峰值功率增大了D倍若输入脉冲幅度为A，输出脉冲幅度为A’，则有：第5页，共51页，2023年，2月20日，星期二因为噪声通过压缩滤波器后，噪声不会被压缩，其噪声电平仍保持在接收机原有的噪声电平上，所以输出信噪比也提高了D倍这意味着，接收机的灵敏度提高了，脉冲压缩雷达的作用距离将提高。第6页，共51页，2023年，2月20日，星期二脉冲压缩雷达的优点：1脉冲宽度与有效频谱宽度这两个参数可以独立选取，解决了雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。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第7页，共51页，2023年，2月20日，星期二脉冲压缩雷达的缺点：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，通过加权处理抑制旁瓣。4存在距离和速度耦合，影响测量。第8页，共51页，2023年，2月20日，星期二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。压缩网络第9页，共51页，2023年，2月20日，星期二脉冲压缩的原理频谱分析方法信号延迟积累方法同相位矢量相加方法第10页，共51页，2023年，2月20日，星期二设发射信号的频谱为：则，匹配压缩滤波器的频谱应为：经过匹配压缩滤波器后的输出应为：频谱分析方法第11页，共51页，2023年，2月20日，星期二接收机输入的高频脉冲的包络输入高频信号的时间--频率特性信号压缩的频率--时延特性压缩脉冲输出信号延迟积累方法fffttf1fff2td2td1f1f2T’Ttd1td2第12页，共51页，2023年，2月20日，星期二存在下述关系：因为所以第13页，共51页，2023年，2月20日，星期二同相位矢量相加方法f压缩前信号频谱矢量图压缩后信号频谱矢量图f第14页，共51页，2023年，2月20日，星期二脉冲压缩雷达信号处理方式：匹配滤波脉冲压缩I/Q解调信号滤波器存储采样保持A/D转换频谱分析检测器CFAR中频放大信号检测结果模拟脉冲压缩第15页，共51页，2023年，2月20日，星期二脉冲压缩雷达信号处理方式：采样保持A/D转换频谱分析信号滤波器存储匹配滤波脉冲压缩检测器CFAR检测结果数字脉冲压缩I/Q信号第16页，共51页，2023年，2月20日，星期二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第17页，共51页，2023年，2月20日，星期二中频矩形带通网络色散延迟线方波产生器功放上变频器整形本振冲击信号无源法第18页，共51页，2023年，2月20日，星期二亚控振荡器多谐振荡器锯齿波电压产生器选通冲击信号有源法第19页，共51页，2023年，2月20日，星期二线性调频信号的频谱幅度频谱：相位频谱：第20页，共51页，2023年，2月20日，星期二线性调频信号的频谱当雷达信号时间带宽积远远大于1时，存在近似相位频谱：第21页，共51页，2023年，2月20日，星期二第22页，共51页，2023年，2月20日，星期二clear%信号产生T=10*10^-6;%pulsewidthB=10*10^6;%frequencybandwidthK=B/T;%frequencymodulationratioN=2048;%samplesnumbert=0:T/N:T;%timeseriessi=exp(-j*pi*K*t.^2);%signalgenerationso=fft(si);subplot(2,1,1);plot(fftshift(abs(so)))subplot(2,1,2);plot(fftshift(angle((so))));第23页，共51页，2023年，2月20日，星期二第24页，共51页，2023年，2月20日，星期二线性调频脉冲信号的波形参量有效带宽：第25页，共51页，2023年，2月20日，星期二均方根带宽：第26页，共51页，2023年，2月20日，星期二有效时宽：第27页，共51页，2023年，2月20日，星期二均方根时宽：第28页，共51页，2023年，2月20日，星期二调频常数：第29页，共51页，2023年，2月20日，星期二线性调频信号的模糊函数第30页，共51页，2023年，2月20日，星期二时间轴上的切面：第31页，共51页，2023年，2月20日，星期二频率轴上的切面：特点：随着多普勒频移，主峰值降低。随着多普勒频移，主峰值产生时移。随着多普勒频移，切割图与辛克函数的失真进一步加大。第32页，共51页，2023年，2月20日，星期二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：幅度频谱：相位频谱：第33页，共51页，2023年，2月20日，星期二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压缩滤波器的频谱应该是：第34页，共51页，2023年，2月20日，星期二近似匹配滤波器的输出近似匹配滤波器的输入信号为其中为信号的多普勒频移，这个信号的频谱为第35页，共51页，2023年，2月20日，星期二近似匹配滤波器的频率特性应该是其幅度频谱为其相位频谱为近似匹配滤波器的频谱为第36页，共51页，2023年，2月20日，星期二经过近似匹配滤波器的压缩后的频谱为当为某一固定值，近似匹配滤波器输出的波形为第37页，共51页，2023年，2月20日，星期二改变积分次序，上式可写为第38页，共51页，2023年，2月20日，星期二令第39页，共51页，2023年，2月20日，星期二代入上式，经过简化，有再令第40页，共51页，2023年，2月20日，星期二因为存在下列关系近似匹配滤波器的输出最后可以写为第41页，共51页，2023年，2月20日，星期二输出信号的包络为第42页，共51页，2023年，2月20日，星期二比较近似匹配滤波器的输出和模糊函数的结果近似匹配滤波器的输出包络为线性调频信号的模糊函数为由此可见，近似匹配滤波器的输出结果和模糊函数的结果是对应的第43页，共51页，2023年，2月20日，星期二线性调频信号的数字处理方法A/DA/D快速付里叶正变换频谱相乘快速付里叶反变换包络检波A/DA/D只读存储器存有平方相位项本振相干检波数字处理方法第44页，共51页，2023年，2月20日，星期二假定输入信号为本振信号为经过相干检波，输出两路信号为第45页，共51页，2023年，2月20日，星期二线性调频信号的加权处理旁瓣抑制的意义加权函数的形式失配处理的成对回波理论第46页，共51页，2023年，2月20日，星期二旁瓣抑制的意义线性调频信号通过匹配压缩滤波器后，输出压缩脉冲的包络近似为辛克形状，其中最大的第一对旁瓣为主峰电平的-13.2dB，在多目标环境中，这些旁瓣会淹没附近较小目标的主信号，引起目标丢失。为了提高分辨多目标的能力，必须采用旁瓣抑制或简称加权技术。加权技术实际上是对信号进行失配处理，所以它不仅使旁瓣得到抑制，同时使输出信号包络主瓣降低，变宽。换句话说，旁瓣抑制是以信噪比损失及距离分辨率变坏作为代价的。第47页，共51页，2023年，2月20日，星期二加权函数的形式如何选择加权函数，涉及到最佳准则的确定，最佳的加权函数理论上应为多尔夫--切比雪夫函数。但这种理想函数是难以实现的，因此实际上采用的加