目標(biāo)分辨脈沖壓縮雷達(dá)

1、目標(biāo)分辨脈沖壓縮雷達(dá)第1頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五概述雷達(dá)的距離分辨率取決于信號(hào)的帶寬 對(duì)于普通脈沖雷達(dá)，雷達(dá)信號(hào)的時(shí)寬與帶寬滿足第2頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五 對(duì)于脈沖壓縮雷達(dá)，雷達(dá)信號(hào)的時(shí)寬與帶寬滿足這樣，經(jīng)過壓縮后雷達(dá)信號(hào)的時(shí)寬為第3頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五壓縮后與壓縮前雷達(dá)信號(hào)時(shí)寬之比為 定義雷達(dá)信號(hào)時(shí)寬與帶寬的乘積為脈沖壓縮比第4頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五 如果壓縮濾波器是無源的，它本身不消耗能量也不產(chǎn)生能量，滿足能量守恒原理： 可見，輸出脈沖的峰值功率增大了D倍 若輸入

2、脈沖幅度為A，輸出脈沖幅度為A，則有：第5頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五 因?yàn)樵肼曂ㄟ^壓縮濾波器后，噪聲不會(huì)被壓縮，其噪聲電平仍保持在接收機(jī)原有的噪聲電平上，所以輸出信噪比也提高了D倍 這意味著，接收機(jī)的靈敏度提高了，脈沖壓縮雷達(dá)的作用距離將提高。第6頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五脈沖壓縮雷達(dá)的優(yōu)點(diǎn)：1 脈沖寬度與有效頻譜寬度這兩個(gè)參數(shù)可以獨(dú)立選取，解決了雷達(dá)作用距離與距離分辨率之間的矛盾。2 通過匹配壓縮處理獲得高的距離分辨率3 寬帶信號(hào)有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力第7頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五脈沖壓縮雷達(dá)的缺點(diǎn)：1

3、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(hào)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，通過加權(quán)處理抑制旁瓣。4 存在距離和速度耦合，影響測(cè)量。第8頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五脈沖壓縮雷達(dá)存在條件：1 發(fā)射信號(hào)必須具有非線性的相位譜。2 存在對(duì)應(yīng)的匹配壓縮網(wǎng)絡(luò)。壓縮網(wǎng)絡(luò)第9頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五脈沖壓縮的原理頻譜分析方法信號(hào)延遲積累方法同相位矢量相加方法第10頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五設(shè)發(fā)射信號(hào)的頻譜為：則，匹配壓縮濾波器的頻譜應(yīng)為：經(jīng)過匹配壓縮濾波器后的輸出應(yīng)為：頻譜分析方

4、法第11頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五接收機(jī)輸入的高頻脈沖的包絡(luò)輸入高頻信號(hào)的時(shí)間-頻率特性信號(hào)壓縮的頻率-時(shí)延特性壓縮脈沖輸出信號(hào)延遲積累方法fffttf1fff2td2td1f1f2TTtd1td2第12頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五存在下述關(guān)系：因?yàn)樗缘?3頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五同相位矢量相加方法f壓縮前信號(hào)頻譜矢量圖壓縮后信號(hào)頻譜矢量圖f第14頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)處理方式：匹配濾波脈沖壓縮I/Q解調(diào)信號(hào)濾波器存儲(chǔ)采樣保持A/D轉(zhuǎn)換頻譜分析檢測(cè)器CFAR中頻

5、放大信號(hào)檢測(cè)結(jié)果 模擬脈沖壓縮第15頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)處理方式：采樣保持A/D轉(zhuǎn)換頻譜分析信號(hào)濾波器存儲(chǔ)匹配濾波脈沖壓縮檢測(cè)器CFAR檢測(cè)結(jié)果 數(shù)字脈沖壓縮I/Q信號(hào)第16頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的產(chǎn)生無源法產(chǎn)生線性調(diào)頻信號(hào) 窄脈沖沖擊法 平衡調(diào)制法 有源法第17頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五中頻矩形帶通網(wǎng)絡(luò)色散延遲線方波產(chǎn)生器功放上變頻器整形本振沖擊信號(hào) 無源法第18頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五亞控振蕩器多諧振蕩器鋸齒波電壓產(chǎn)生器選通沖擊信號(hào) 有源法

6、第19頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的頻譜幅度頻譜：相位頻譜：第20頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的頻譜當(dāng)雷達(dá)信號(hào)時(shí)間帶寬積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時(shí)，存在近似相位頻譜：第21頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五第22頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五clear%信號(hào)產(chǎn)生T=10*10-6; %pulse widthB=10*106; %frequency bandwidthK=B/T; %frequency modulation ratioN=2048; %samples numbert=0:T/

7、N:T; %time seriessi=exp(-j*pi*K*t.2); %signal generationso=fft(si);subplot(2,1,1);plot(fftshift(abs(so)subplot(2,1,2);plot(fftshift(angle(so);第23頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五第24頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的波形參量有效帶寬：第25頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五均方根帶寬：第26頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五有效時(shí)寬：第27頁，共51頁

8、，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五均方根時(shí)寬：第28頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五調(diào)頻常數(shù)：第29頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的模糊函數(shù)第30頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五時(shí)間軸上的切面：第31頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五頻率軸上的切面：特點(diǎn)：隨著多普勒頻移，主峰值降低。隨著多普勒頻移，主峰值產(chǎn)生時(shí)移。隨著多普勒頻移，切割圖與辛克函數(shù)的失真進(jìn)一步加大。第32頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的處理當(dāng)信號(hào)的時(shí)間帶寬積較大時(shí)，線性調(diào)頻信號(hào)的頻譜可以

9、近似為：幅度頻譜：相位頻譜：第33頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的近似匹配濾波器的頻譜特性應(yīng)滿足：1 幅度譜與信號(hào)的頻譜相同，即帶寬為B的矩形譜2 相位譜是信號(hào)相位譜的共軛壓縮濾波器的頻譜應(yīng)該是：第34頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五近似匹配濾波器的輸出近似匹配濾波器的輸入信號(hào)為其中 為信號(hào)的多普勒頻移，這個(gè)信號(hào)的頻譜為第35頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五近似匹配濾波器的頻率特性應(yīng)該是其幅度頻譜為其相位頻譜為近似匹配濾波器的頻譜為第36頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五經(jīng)過近似匹配濾波器的壓縮

10、后的頻譜為當(dāng) 為某一固定值，近似匹配濾波器輸出的波形為第37頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五改變積分次序，上式可寫為第38頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五令第39頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五代入上式，經(jīng)過簡化，有再令第40頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五因?yàn)榇嬖谙铝嘘P(guān)系近似匹配濾波器的輸出最后可以寫為第41頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五輸出信號(hào)的包絡(luò)為第42頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五比較近似匹配濾波器的輸出和模糊函數(shù)的結(jié)果近似匹配濾波器的輸出包絡(luò)為線性

11、調(diào)頻信號(hào)的模糊函數(shù)為由此可見，近似匹配濾波器的輸出結(jié)果和模糊函數(shù)的結(jié)果是對(duì)應(yīng)的第43頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的數(shù)字處理方法A/DA/D快速付里葉正變換頻譜相乘快速付里葉反變換包絡(luò)檢波A/DA/D只讀存儲(chǔ)器存有平方相位項(xiàng)本振相干檢波數(shù)字處理方法第44頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五假定輸入信號(hào)為本振信號(hào)為經(jīng)過相干檢波，輸出兩路信號(hào)為第45頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五線性調(diào)頻信號(hào)的加權(quán)處理旁瓣抑制的意義加權(quán)函數(shù)的形式失配處理的成對(duì)回波理論第46頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五旁瓣抑制的意

12、義 線性調(diào)頻信號(hào)通過匹配壓縮濾波器后，輸出壓縮脈沖的包絡(luò)近似為辛克形狀，其中最大的第一對(duì)旁瓣為主峰電平的-13.2dB，在多目標(biāo)環(huán)境中，這些旁瓣會(huì)淹沒附近較小目標(biāo)的主信號(hào)，引起目標(biāo)丟失。為了提高分辨多目標(biāo)的能力，必須采用旁瓣抑制或簡稱加權(quán)技術(shù)。 加權(quán)技術(shù)實(shí)際上是對(duì)信號(hào)進(jìn)行失配處理，所以它不僅使旁瓣得到抑制，同時(shí)使輸出信號(hào)包絡(luò)主瓣降低，變寬。換句話說，旁瓣抑制是以信噪比損失及距離分辨率變壞作為代價(jià)的。第47頁，共51頁，2022年，5月20日，9點(diǎn)9分，星期五加權(quán)函數(shù)的形式 如何選擇加權(quán)函數(shù)，涉及到最佳準(zhǔn)則的確定，最佳的加權(quán)函數(shù)理論上應(yīng)為多爾夫-切比雪夫函數(shù)。但這種理想函數(shù)是難以實(shí)現(xiàn)的，因此實(shí)際上采用的加權(quán)函數(shù)包括漢明、漢寧、余旋平方、余旋立方等