2022年脈沖壓縮(1)

1、雷達(dá)分辨率分辨力是指雷達(dá)對兩個(gè)相鄰目標(biāo)的分辨能力。分為四個(gè)方面：距離向、橫向方位向、縱向和多普勒頻移1，對進(jìn)場轉(zhuǎn)臺目標(biāo)成像主要考慮距離向和方位向的分辨力。距離向分辨力定義為兩個(gè)目標(biāo)處于同一方位角但不在同一距離時(shí)，雷達(dá)能夠區(qū)分它們的能力。通常表示為：當(dāng)較近的目標(biāo)回波脈沖的后沿與較遠(yuǎn)目標(biāo)回波的前沿剛好重合時(shí)，作為可分辨的極限。此時(shí)兩個(gè)目標(biāo)的距離就是距離分辨力，從上圖看，距離分辨力R為：C為電磁波的傳播速度，為處理后的信號在顯示屏上的脈沖寬度s。由于c為常數(shù)，距離分辨力由脈沖寬度決定。寬度越小，分辨力越好。搞分辨力要求窄脈沖寬度，雷達(dá)波形設(shè)計(jì)中的一對矛盾是：我們希望同時(shí)得到寬發(fā)射脈沖和大發(fā)射帶寬。前

2、者有理由目標(biāo)檢測，而后者有利于距離分辨。這個(gè)矛盾可以通過對發(fā)射信號進(jìn)展調(diào)制，然后再接收端壓縮信號來調(diào)節(jié)。發(fā)射信號為寬脈沖，而在承受端經(jīng)過壓縮成為窄脈沖。許多信號都具有這種特性，其中最為常用的就是線性調(diào)頻LFM信號。線性調(diào)頻脈沖LFM信號的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：寫成復(fù)數(shù)形式即為式中，為調(diào)頻率，T為脈沖寬度，為矩形窗函數(shù)，定義為：LFM信號如下圖，圖中B=T為發(fā)射信號的頻率變化范圍，它近似于信號的帶寬。根據(jù)模糊函數(shù)理論，雷達(dá)的距離分辨力與發(fā)射信號的復(fù)自相關(guān)函數(shù)有關(guān)。自相關(guān)函數(shù)的主瓣寬度越窄，距離分辨率越好。St的復(fù)自相關(guān)函數(shù)為：具有sinc函數(shù)的形式，如圖。主瓣寬度半功率主瓣寬度可以從圖上得到近似為第一零

3、點(diǎn)距離的一半，也可以通過求解函數(shù)第一次過零點(diǎn)的值近似推出：距離分辨率為：顯然，信號帶寬越大，自相關(guān)函數(shù)的主瓣寬度就越窄，雷達(dá)的距離分辨率就越高，分辨相鄰目標(biāo)的能力越強(qiáng)。匹配濾波器 匹配濾波器遵循最大信噪比準(zhǔn)那么，即濾波器的輸出信號在某一時(shí)刻的瞬時(shí)功率與噪聲平均功率比到達(dá)最大。它是一種線性濾波器，使用前提是輸入信號形式以及輸入噪聲為白噪聲。輸入為，匹配濾波器的傳遞函數(shù)為，輸出為輸出信號在時(shí)刻的功率：輸出白噪聲功率譜密度為，那么輸出噪聲的平均功率為：時(shí)刻的輸出信噪比：上式的分子中運(yùn)用了Schwartz不等式。輸出信噪比最大，即等號成立的條件是：幅頻特性令k=1：相頻特性：根據(jù)傅里葉變換的性質(zhì)，匹配

4、濾波器的單位脈沖響應(yīng)與輸入信號的關(guān)系為：匹配濾波器有如下性質(zhì)：1在所有顯現(xiàn)濾波器中，匹配濾波器可以給出最大的瞬時(shí)信噪比，即信號能量與噪聲功率譜密度之比。這個(gè)比值與信號波形以及白噪聲的分布律無關(guān)。2匹配濾波器的輸出信號在形式上與輸入信號的自相關(guān)函數(shù)以及模糊函數(shù)一樣。3匹配濾波器對波形一樣而幅度不同的時(shí)延信號具有適應(yīng)性，對頻移信號沒有適應(yīng)性，即相位絕對值一樣，符號相反，這樣輸出信號就會具有線性相位。從這個(gè)角度來講，壓縮網(wǎng)絡(luò)具有匹配濾波器的特性。同時(shí)為了得到最大的信噪比，網(wǎng)絡(luò)的幅頻特性也要與信號匹配。因此，脈沖壓縮體制中的壓縮網(wǎng)絡(luò)本質(zhì)上就是一個(gè)匹配濾波器。匹配濾波器的輸出波形雷達(dá)接收端承受到得LFM

5、信號通過匹配濾波器完成壓縮后，根據(jù)匹配濾波器的性質(zhì)2以及式2.3，其輸出信號應(yīng)為sinc形式，這一點(diǎn)在實(shí)際應(yīng)用中已經(jīng)得到證實(shí)。由于時(shí)域方面涉及卷積，運(yùn)算比擬復(fù)雜，下面我們從頻域方面來分析LFM信號通過匹配濾波器后的輸出結(jié)果。輸出信號的頻譜：輸出信號：LFM信號通過匹配濾波器后的輸出波形LFM信號通過匹配濾波器后的輸出波形具有如下特點(diǎn)：（1） 信號為單一載頻信號，載頻為，具有線性相位，不再具有非線性相位。（2） 信號的包絡(luò)近似為sinc函數(shù)形式。通常將峰值下降4dB幅度下降到峰值的0.637倍時(shí)的寬度作為輸出脈沖寬度。經(jīng)過計(jì)算，的值竟似為發(fā)射信號有效頻譜寬度的倒數(shù)：，即脈沖壓縮比大致等于發(fā)射信號

6、的時(shí)寬帶寬積。步進(jìn)頻率波形與合成高分辨率距離像在實(shí)際應(yīng)用中，高距離分辨率也可以通過一種稱為“步進(jìn)頻率波形的波形來合成。不僅頻率信號是一種頻率呈步進(jìn)式變化的超寬帶雷達(dá)信號。它由一串脈沖組成，脈沖寬度可根據(jù)具體的情況調(diào)整，每個(gè)脈沖的發(fā)射頻率不同，頻率間的階躍為以固定值2。步進(jìn)頻率信號示意圖矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀信號模式高性能的矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀具有產(chǎn)生這種信號的能力，它通過頻率綜合器輸出假設(shè)干離散頻率的組合，相當(dāng)于對連續(xù)頻率的采樣，見圖，利用鎖相環(huán)和自適應(yīng)邏輯電路使得每個(gè)采樣頻點(diǎn)的幅度和初相位保持一致，因而可以寫成式中表示其實(shí)頻率；表示頻率步進(jìn)間隔。對這個(gè)頻域信號做傅里葉變換，得到其時(shí)域的形式為由此可見，傅里

7、葉逆變換處理出的結(jié)果是一串載頻為中心頻率的sinc函數(shù)。如圖43(a)所示，一般的雷達(dá)通過發(fā)射載頻為，脈沖重復(fù)周期為T的窄脈沖來探測目標(biāo)，對回波信號作快速傅立葉變換(FFT)，便得到了不同頻率點(diǎn)構(gòu)成的一些離散的譜線，以sinc函數(shù)作為頻譜的包絡(luò)，中心頻率點(diǎn)是，每根譜線的間隔為。相反地，如下圖矢量網(wǎng)絡(luò)分析儀不發(fā)射實(shí)際的脈沖信號，取而代之以頻率步進(jìn)的方式，發(fā)射中心頻率間隔為的連續(xù)波脈沖進(jìn)展測量，由于連續(xù)波不是無限長的，所以對應(yīng)的是有一定脈沖寬度的時(shí)域信號，對頻譜做快速傅里葉逆變換IFFT，時(shí)域上等效為載頻為、周期為T的sinc脈沖。脈沖雷達(dá)信號矢量網(wǎng)絡(luò)分析步進(jìn)頻率信號信號時(shí)頻域分析對脈沖回波做快速傅里葉逆變換IFFT處理，可以得到目標(biāo)合成距離高分辨率輸出，因此在微波成像、目標(biāo)識別等雷達(dá)技術(shù)中廣泛應(yīng)用。與線性調(diào)頻波形相比，步進(jìn)頻率波形需要更加復(fù)雜的硬件實(shí)現(xiàn)；不過，對雷達(dá)工作帶寬要求較低。這是因?yàn)榻邮諜C(jī)的瞬時(shí)帶寬與不僅頻率波形子脈沖帶寬相匹配，其遠(yuǎn)小于LFM帶寬3。1雷達(dá)成像2雷達(dá)目標(biāo)散射特性測試與成像診斷3雷達(dá)系統(tǒng)設(shè)計(jì)matlab仿真內(nèi)容總結(jié)1雷達(dá)分辨率分辨力是指雷達(dá)對兩個(gè)相鄰目標(biāo)的分辨能力2輸入為，匹配濾波器的傳遞函數(shù)為，