雷達論文作業(yè)匯總

1、脈沖壓縮雷達及其仿真雷達的分辨理論表明 :要得到高的測距精度和好的距離分辨力，發(fā)射信號必 須具有大的帶寬 ;要得到高的測速精度和好的速度分辨力，信號必須具有大的時 寬。因此，要使作用距離遠，又具有高的測距、測速精度和好的距離、速度分辨 力，首先發(fā)射信號必須是大帶寬、長脈沖的形式。顯然，單載頻矩形脈沖雷達不 能滿足現(xiàn)代雷達提出的要求。 而脈沖壓縮技術(shù)可以獲得大時寬帶寬信號， 使雷達 同時具有作用距離遠、高測距、測速精度和好的距離、速度分辨力。具有大時寬 帶寬的信號通常被稱作脈沖壓縮信號。脈沖壓縮技術(shù)包括兩部分 :脈沖壓縮信號的產(chǎn)生、發(fā)射部分和為獲得較窄的 脈沖對接收回波的處理部分。 在發(fā)射端，

2、它通過對相對較寬的脈沖進行調(diào)制使其 同時具有大的帶寬，在接收端對接收的回波波形進行壓縮處理得到較窄的脈沖。 脈沖壓縮原理發(fā)射脈沖寬度和系統(tǒng)有效 (經(jīng)壓縮的 )脈沖寬度 0 的比值稱為脈沖壓縮比，即 D 0因為 0 1 B ，所以，上式可寫成DB即壓縮比等于信號的時寬 -帶寬積。在許多應(yīng)用場合，脈沖壓縮系統(tǒng)常用其時寬 -帶寬積表示。大時寬帶寬矩形脈沖信號的復(fù)包絡(luò)表達式可以寫成：u(t)Aej (t)T /2 t T /20,其他匹配濾波器輸出端的信噪比為：S N 0 E N0其中信號能量為：1 A2T這種體制的信號具有以下幾個顯著的特點：(1) 在峰值功率受限的條件下，提高了發(fā)射機的平均功率 P

3、av ，增強了發(fā)射信號的能量，因此擴大了探測距離(2) 在接收機中設(shè)置一個與發(fā)射信號頻譜相匹配的壓縮網(wǎng)絡(luò)，使寬脈沖的發(fā) 射信號變成窄脈沖，因此保持了良好的距離分辨力。(3) 有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力。 當(dāng)然，采用大時寬帶寬信號也會帶來一些缺點，這主要有 :(1) 最小作用距離受脈沖寬度 的限制。(2) 收發(fā)系統(tǒng)比較復(fù)雜，在信號產(chǎn)生和處理過程中的任何失真，都將增大旁 瓣高度。(3) 存在距離旁瓣。一般采用失配加權(quán)以抑制旁瓣，主旁瓣比可達30dB35dB以上，但將有 1 dB3 dB 的信噪比損失。(4) 存在一定的距離和速度測定模糊。適當(dāng)選擇信號參數(shù)和形式可以減小模 糊。但脈沖壓縮體制的優(yōu)越性

4、超過了它的缺點， 已成為近代雷達廣泛應(yīng)用的一種 體制。線性調(diào)頻脈沖信號 線性調(diào)頻脈沖壓縮體制的發(fā)射信號，其頻譜在脈沖寬度內(nèi)按線性規(guī)律變化， 即用對載頻進行調(diào)制的方法展寬發(fā)射信號的頻譜， 使其相位具有色散。 同時，在 Pt 受限情況下為了充分利用發(fā)射機的功率，往往采用矩形寬脈沖包絡(luò)，線性調(diào) 頻脈沖信號的復(fù)數(shù)表達式可寫成 :j t t j ( 0t )s(t) u(t)ej 0t Arect( )e 0 2上式中 u(t)為信號復(fù)包絡(luò)：u( t)tc(ee t2j)2f若令 B 為頻率變化范圍， 則 B f f2 f1，而為調(diào)制斜率若信號的載波中心角頻率為 0 2 f0 ，則線性調(diào)頻信號的角頻率變

5、化規(guī)律為 0 t |t|0 ， 2因而信號的瞬時相位：i(t )d t (t ) d t 0 1t 2 t C如下圖所示，圖( a)為線性調(diào)頻脈沖信號的波形 ;圖( b)為信號的包絡(luò)幅度為 A，圖 (c)為載頻的調(diào)制特性，在內(nèi)由低頻端 f1至高頻端 f2 按線性規(guī)律變化。線性調(diào)頻信號波形、包絡(luò)及頻率變化圖脈沖壓縮雷達脈沖壓縮雷達通過發(fā)射寬脈沖以提高發(fā)射信號的平均功率， 保證足夠的最大 作用距離，而在接收時則采用相應(yīng)的脈沖壓縮法獲得窄脈沖， 以提高距離分辨力， 從而較好地解決了作用距離和分辨能力之間的矛盾。 給定雷達系統(tǒng)的距離分辨力為：r 2cB其中， c 為光速 ， B f 為發(fā)射波形帶寬對于

6、簡單的脈沖雷達， B f 1T ，T 為發(fā)射脈沖寬度，則有cT2而在脈沖壓縮系統(tǒng)中， 發(fā)射波形往往在相位上或頻率上進行調(diào)制， 接收時將 回波信號加以壓縮，使其等效帶寬 B 滿足 B f 1T 。令脈沖壓縮后的有效 脈沖寬度 1 B ，則rcr2由此可見，脈沖壓縮雷達可用寬度 T 的發(fā)射脈沖來獲得相當(dāng)于發(fā)射脈沖有 效寬度為 的簡單脈沖系統(tǒng)的距離分辨力。 則脈沖壓縮比 (發(fā)射脈沖寬度 T 跟系統(tǒng) 有效脈沖寬度 的比值 )為TD又因為 1 B ，則D T B 即壓縮比等于信號的時寬 -帶寬積。在許多應(yīng)用場合，脈沖壓縮系統(tǒng)常用其時寬 - 帶寬積表征。實現(xiàn)脈沖壓縮的條件如下：(1) 發(fā)射脈沖的脈沖寬度與

7、有效頻譜寬度的乘積遠大于 1。(2) 接收機中必須具有一個壓縮網(wǎng)絡(luò)，其相頻特性應(yīng)與發(fā)射信號實現(xiàn)“相位 共扼匹配”，即相位色散絕對值相同而符號相反，以消除輸入回波信號的相位色 散。脈沖壓縮按發(fā)射信號的調(diào)制規(guī)律 (調(diào)頻或調(diào)相 )分類，可以分為以下四種： (1) 線性調(diào)頻脈沖壓縮； (2) 非線性調(diào)頻脈沖壓縮； (3) 相位編碼脈沖壓縮； (4) 時間 頻率編碼脈沖壓縮。本文主要討論較常見的線性調(diào)頻脈沖壓縮。 線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達線性調(diào)頻信號 (LFM) 在二十世紀四十年代后期就被首先提出來，是研究最 早、應(yīng)用最廣泛的一種脈壓信號。 線性調(diào)頻通過對雷達的載波頻率進行調(diào)制以增 加雷達的發(fā)射帶寬并在接收

8、時實現(xiàn)脈沖壓縮， 線性調(diào)頻脈壓的基本原理如下圖所 示。線性調(diào)頻脈沖壓縮基本原理圖線性調(diào)頻波形由寬度為 T 的矩形發(fā)射脈沖組成，如圖 (a) 所示。載波頻率 f在脈沖寬度內(nèi)按照 f f2 f1做線性增長變化， 調(diào)制斜率2 f T ，如圖 (b)所示。圖(c) 為壓縮網(wǎng)絡(luò)的頻率 -延遲特性， 按照線性遞減變化， 與信號的線性調(diào)頻斜率相反，濾波器對線性調(diào)頻信號中最先進入的低端頻率為延時長( td1) ，對 經(jīng)過 T時間最后進入的高端頻率 f2分量延時短 ( td2 ) 。這樣，信號中不同頻率分 量通過這一濾波器后幾乎同時到達輸出端， 從而獲得幅度增大寬度變窄的脈沖信 號，其理想包絡(luò)如圖( d)所示。

9、2f2f根據(jù)圖 (b) ，有 B f f1 f2 和 T T ，若信號的載波中心角頻率為 0 2 f0 ，則線性調(diào)頻信號的角頻率變化規(guī)律為：因而信號的瞬時相位為：12i(t) dt ( 0 t )dt 0tt2 C2則線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達的發(fā)射信號為：ui ( t )Acos( 0t 1 t2), t0,tT2其中 A 為信號幅度?；蛘邔⑸鲜奖硎境桑簍 1 2ui (t) Arect cos( 0tt2)T2其中， rect t 為矩形函數(shù)，即：T為方便分析和計算，用復(fù)數(shù)形式來表示ui (t)，即：ui (t ) Arect ( t )ej( 0t 12 t2 )則 ui (t) 的復(fù)頻譜為：

10、Ui( )ui (t )e j tdtArect( t )eTt j( 0t 12 t2 )2ej tdtA eT2T2 j(0 )t 12 t2dt由于通常使用的線性調(diào)頻脈沖信號均滿足D TB1，其頻譜的振幅分布很T1,2T0,t2rect tTUi( ) A , 0接近矩形， Ui( ) 可近似地表示為：20, 002Ui( ) 的相頻特性可近似地表示為：2( 0 )2( ) 0i ( ) 2 4綜上所述，線性調(diào)頻信號在 D 很大時的頻譜表達式為：U i( )設(shè)匹配濾波器頻率特性為 H( ) ,那么根據(jù)匹配條件應(yīng)滿足如下關(guān)系：H( ) kUi( )e ji( )e j td其中，k 為歸一

11、化系數(shù)，使幅頻特性歸一化， td 為匹配濾波器的固定延時 19。因此線性調(diào)頻脈沖信號的匹配濾波器頻率特性可近似為：(0 )22td設(shè)線性調(diào)頻脈沖信號經(jīng)匹配濾波后的輸出信號為 u0 (t ) ，則其頻譜 Uo( ) 為：Uo( ) Ui( )H( ) A 2 e j td ,0 2則匹配濾波器輸出的信號為：u0(t)U0( )ej tdA D sinBB(t(ttdt)d)ej2 f0 t( td上式表示的信號是復(fù)數(shù)，而實際的信號應(yīng)為實數(shù)， 因此取其實部得到輸出信號為：u0(t) A D sin BB(t(t t t)d ) cos 2 f0(t td)0 B(t td ) 0 d故輸出信號的載

12、波為：cos2 f0(t td )而信號的包絡(luò)為：A D sinB t (td ) B(t td )Matlab 仿真結(jié)果1)任務(wù)：對以下雷達系統(tǒng)仿真。 雷達發(fā)射信號參數(shù) ： 幅度： 1.0 信號波形：線性調(diào)頻信號 頻帶寬度： 30 兆赫茲（ 30MHz） 脈沖寬度： 10 微妙（ 20us） 中心頻率： 1GHz（109Hz） 雷達接收方式： 正交解調(diào)接收 距離門： 10Km15Km 目標：Tar1： 10.5Km Tar2：11Km Tar3：12Km Tar4： 12Km 5mTar5： 13Km Tar6： 13Km 2m（2）系統(tǒng)模型：結(jié)合以上分析，用 Matlab 仿真雷達發(fā)射信號

13、，回波信號，和壓縮后的信號的復(fù)包絡(luò)特性，其載頻不予考慮（實際中需加調(diào)制和正交解調(diào)環(huán)節(jié)） ，仿真信號 與系統(tǒng)模型如下圖。雷達仿真等效信號與系統(tǒng)模型function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)if nargin=0T=10e-6;%發(fā)射脈寬B=30e6;%調(diào)頻帶寬Rmin=10000;Rmax=15000; % 距離門R=10500,11000,12000,12005,13000,13002; % 目標位置向量，相對于雷 達RCS=1 1 1 1 1 1;% 目標相對有效反射面end%參數(shù)設(shè)置R=R-Rmin; % 目標位置向量，相對距離門下限 RminC=3e8

14、;%光速K=B/T;%調(diào)頻斜率Rrec=Rmax-Rmin;%接收門寬 /mTrec=2*Rrec/C;%接收門寬 /sFs=5*B;Ts=1/Fs;%計算機仿真的采樣頻率和周期N0=ceil(T/Ts);%發(fā)射脈寬對應(yīng)的采樣點數(shù)N=ceil(Trec/Ts); % 接收窗對應(yīng)的采樣點數(shù) %產(chǎn)生高采樣率 chirp 信號Rate=10;t1=linspace(0,T,Rate*N0);Chirp=exp(j*pi*K*t1.2);%產(chǎn)生回波信號M=length(R);Srt(1:N)=0; % 初始化接收信號for i=1:1:Mtemp(1:N)=0;tau=2*R(i)/C;K0=ceil

15、(tau/Ts) % 第 i 個目標回波的相對位置M0=fix(Ts*K0-tau)*Rate/Ts) temp(K0:K0+N0-1)=RCS(i)*Chirp(M0+1:Rate:M0+Rate*(N0-1)+1);Srt=Srt+temp;%將所有的目標回波疊加end%作出相關(guān)圖形subplot(211) t=linspace(0,Trec,N); plot(t*106,real(Srt);xlabel(fontsize9時間 (us);title(fontsize9脈沖壓縮前的回波 );subplot(212)t1=linspace(-T/2,T/2,N0);h=exp(-j*pi*K

16、*t1.2);%匹配濾波器單位沖激響應(yīng)Sot=conv(Srt,h);%匹配濾波Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);dist=linspace(0,Rrec,N);plot(dist+Rmin,Z(N0:N+N0-1);axis(Rmin,Rmax,-60,0);xlabel(fontsize9 目標相對了雷達距離 (m);title(fontsize9 脈沖壓 縮后的回波 );函數(shù) LFM_radar 的參數(shù)意義如下：T：chirp 信號的持續(xù)脈寬；B：chirp 信號的調(diào)頻帶寬；Rmin：觀測目標距雷達的最近位置；Rmax：觀測目標距雷達的最遠位置；R：一維數(shù)組，數(shù)組值表示每個目標相對雷達的斜距； RCS：一維數(shù)組，數(shù)組值表示每個目標的雷達散射截面。 在 Matlab 指令窗中鍵入：LFM_radar(10e-6,30e6,10000,15000,10500,11000,120