5 脉冲压缩匹配滤波模糊函数.ppt

哈尔滨工业大学电子工程系 sddd 脉冲压缩 1、理论距离分辨力 2、简单脉冲波形矛盾 3、雷达信号理论对信号的要求 4、脉冲压缩概念及对分辨力的改善 5、匹配滤波概念 6、模糊函数概念 7、脉冲压缩的原理分析与解释 频谱分析法、矢量相加法、信号延迟累加法 8、LFM信号脉冲压缩的实现方法 相关法、Stretch处理 9、典型脉冲压缩信号的压缩比 前面讨论的方法及框图主要适用于不进行相参处理的TWS雷达系统，由于不进行速度处理，所以不需要获得I、Q双路信号，仅对回波进行单本振混频获得单路中频宽带模拟信号，再对其采用相关法实现脉冲压缩、包络检波、目标检测、距离估计等处理。但对需要进行相参处理的雷达系统而言，当不能采用Stretch方式实现脉冲压缩时，只能首先获得双路零中频宽带模拟信号(可以采用两路混频+低通滤波的模拟方式或直接中频采样数字正交双通道处理方式)，然后获得两路实信号或一路复信号(宽带信号)采用相关法实现脉冲压缩。 可参考： Bassem Mahafza，Matlab Simulations for Radar Systems Design, 2004, p255-261 目标存在径向运动速度会对脉冲压缩产生不利的影响。采用相关法进行脉冲压缩时，影响有两方面：1、回波脉冲宽度会发生伸缩(影响信号输出功率); 2、径向多普勒频移导致回波中心频率偏移。详细分析可见上本书p269-272。 LFM信号脉冲压缩的实现——Stretch Processor 结果：点目标回波时域不可分(时宽为T)，频域可分(差频值不同) Stretch方式实现脉冲压缩主要用于两种情形（可降低处理信号带宽）： 1）大调频周期的LFMCW或准LFMCW——如高频地波雷达可实现全程压缩 此时回波延时远小于调频周期(单基地收发问题可在调频周期中加上开关序列即可)，将回波信号直接与发射信号混频、低通滤波实现去斜率(回波延时对信号幅度的影响可忽略不计)，这样不同距离回波信号对应不同的差频，后续距离分选可通过FFT完成。 2）小调频周期的LFM脉冲串信号——如成像雷达只能实现部分距离单元压缩 将回波信号与某延时的发射信号混频、低通滤波(数字正交双通道处理时必须要保留一个副载频或中频)实现某一段距离单元回波去斜率，这样不同距离回波信号对应不同的差频，后续距离分选可通过FFT完成。 可参考： Bassem Mahafza，Matlab Simulations for Radar Systems Design, 2004, p262-268 目标存在径向运动速度会对脉冲压缩产生不利的影响。采用Stretch方法进行脉冲压缩时，影响有两方面：1、有效可压缩段减小，信号输出功率会有部分损失(大调频周期时基本可忽略不计); 2、径向多普勒频移导致回波距离位移(可测得fd后进行补偿)。详细分析可见《现代雷达原理》p488-490。 * * 理论距离分辨力 雷达系统的理论距离分辨力： 式中c光速，B发射信号带宽 对简单的矩形脉冲信号而言，发射信号带宽B≈1/τ ，其中τ为发射脉冲宽度，则简单的脉冲雷达的距离分辨力为： 距离分辨力越好 → 脉冲宽度τ越窄 回波信号越强 → 脉冲宽度τ越宽 （检测背景为内部噪声占优时） 无模糊距离越大 → 脉冲重复周期Tr越大 无模糊速度越大 → 脉冲重复频率fr（=1/Tr）越大 简单矩形脉冲信号的矛盾 一对不可调和的矛盾 简单矩形脉冲波形 雷达信号理论结果 测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构： 为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。 测速精度和速度分辨力取决于信号的时间结构： 为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。 为了提高目标发现能力，要求信号具有大的能量： 在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制情况下，大的信号能量需要加大信号的时宽。 需要采用大时宽T、大带宽B的信号 大时宽带宽积TB1 脉冲压缩(Pulse Compression) 脉冲压缩含义： 脉冲压缩雷达发射宽脉冲T以增大信号能量，在接收机中对回波信号加以压缩处理(匹配滤波)以便得到窄的脉冲τ。 在脉冲压缩系统中，发射波形通常在相位或频率上被调制，使得其带宽B1/T。设信号经脉冲压缩后的有效脉冲宽度为τ，则 τ =1/B 脉冲压缩比CR (Compression Ratio)： 发射脉冲宽度T与系统有效(经压缩后的)脉冲宽度τ之比 CR=T/τ CR=TB —— 时间带宽积 时宽T 带宽B 脉冲压缩过程 1、发射信号具有非线性相位谱—