高分辩力雷达.pptxVIP

9.1 高距离分辨力信号及其处理 当滤波器输入端为信号和噪声的混合物时， 即 先设噪声为均匀白噪声，其双边功率谱密度为Pn(f)=No/2。Si(t)为确知，其频谱Si(f)为 当滤波器的频响H(f)为信号频谱Si(f)的复共轭时，称之为信号的匹配滤波，在其输出端可获得最大信号噪声比。即匹配滤波器的频率响应 k为常数；t0是使滤波器物理可实现所附加迟延。匹配滤波器输出端可获得的信号噪声功率比的最大峰值可求得为 式中，E为输入信号能量， 若按发射机峰值功率的定义(高频周期平均值)，则匹配滤波器输出端的信噪比 说明输出端最大信噪比只取决于输入信号能量E和输入噪声功率谱密度 ，而和输入信号形式无关。 匹配滤波器的时域脉冲响应h(t)可由其频响H(f)求得： 由于物理上存在的实信号满足s*i(t0-t)=si(t0-t)，故匹配滤波器的脉冲响应h(t)=Si(t0-t)，它是输入信号Si(t)的镜像，并有相应的时延t0。 为保证滤波器在物理上可实现，其脉冲响应h(t)应满足 h(t)=0， t＜0时 如果信号出现于时间间隔(0,ts)内，则应有t0≥ts。为了充分利用输入信号能量，也应选择to≥ts，即输出达到最大峰值的时间， 必然在输入领事全部结束之后，即充分利用了信号的全部能量。 匹配滤波器输出y(t)是输入x(t)和h(t)的卷积， 即 从原理上讲，匹配滤波器等效为一个互相关器，它的输出是信号si(t)的自相关函数及信号和噪声的互相关函数。匹配滤波和相关接收在本质上是相同的，只是在技术实现的方法上有差异， 可根据使用时的不同情况选用其中之一。从输出y(t)可看出，信号ys(t)达到最大值的时间是t=to，即自相关函数值最大。 信号自相关函数ys(t)与其频谱si(f)的关系为即自相关函数是信号功率谱的傅里叶变换，信号频谱愈宽时， 其时域上的自相关函数愈窄， 相应的距离分辨力愈高。 距离(时延)分辨力是所用信号形式的固有特笥，信号通过匹配滤波器后的输出，ys(u′)是信号的自相关函数。在距离分辨力的理论研究中，常定义时延分辨常数Aτ来表征信号的时延分辨特性： Aτ值愈小，信号固有的时延分辨力愈强。根据傅里叶变换式 以及巴塞瓦尔定理，At可改写为 其量纲为时间，而距离分辨力取决于信号的频谱结构。 例如， 简单矩形脉冲宽度为τ时，可计算得其Aτ=2τ/3，线性调频脉冲其调频带宽为Bm时，Aτ= 1/Bm。 根据匹配滤波器理论，在白噪声背景下，滤波器输出端信号噪声功率比的最大峰值为2E/N0，即当噪声功率谱密度给定后， 决定雷达检测能力的是信号能量E。 早期脉冲雷达所用信号，多是简单矩形脉冲信号。这时脉冲信号能量E=ptτ，Pt为脉冲功率，τ为脉冲宽度。当要求雷达探测目标的作用距离增大时，应该加大信号能量E。增大发射机的脉冲功率是一个途径，但它受到发射管峰值功率及传输线功率容量等因素的限制，只能有一定范围。在发射机平均功率允许的条件下， 可以用增大脉冲宽度τ的办法来提高信号能量。但应该注意到，在简单矩形脉冲条件下，脉冲宽度τ直接决定距离分辨力。为保证上述指标，脉冲宽度τ的增加会受到明显的限制。 提高雷达的探测能力和保证必需的距离分辨力这对矛盾，在简单脉冲信号中很难解决，这就有必要去寻找和采用较为复杂的信号形式。 匹配滤波器输出信号是波形的自相关函数，它是信号功率谱的傅里叶变换值。因此距离分辨力取决于所用信号的带宽B。B愈大，距离的分辨力越好。在简单矩形脉冲时，信号带宽B与其脉冲宽度τ满足Bτ≈1 的关系， 因此用宽脉冲时必然降低其距离分辨力。如果在宽脉冲内采用附加的频率或相位调制，以增加信号带宽B，那么，当接收时用匹配滤波器进行处理，可将长脉冲压缩到1/B宽度，这样既可使雷达用长的脉冲去获得大的能量， 同时又可以得到短脉冲所具备的距离分辨力。这种信号称为脉冲压缩信号或称为大时宽带宽积信号。因为脉冲内有附加调制后，其脉宽τ和带宽B的乘积大于1，一般采用Bτ1。 脉冲压缩的概念始于第二次世界大战初期，由于技术实现上的困难，直到20世纪60年代初， 脉冲压缩信号才开始使用于超远程警戒和远程跟踪雷达。70年代以来，由于理论上的成熟和技术实现手段日趋完善，使得脉冲压缩技术能广泛运用于三坐标、 相控阵、侦察、火控等雷达，从而明显地改进了这些雷达的性能。 为了强调这种技术的重要性，往往把采用这种技术的雷达称为脉冲压缩雷达。为获得高的距离分辨力，必须采用脉冲压缩信号。此外，大时宽带宽信号由于其发射功率的峰值较低， 还具有低截获概率的优点。 9.1.1 线性调频脉冲压缩信号的匹配滤波器 线性调频信号可表示为 (9.1.1) 式中 为矩形函数。 在脉冲宽度τ内，信号的角频率由 变化到