LFM脉冲压缩雷达仿真

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线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真

一． 雷达工作原理

雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。

图1.1：简单脉冲雷达系统框图

雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。

假设理想静止点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写

成：()R

s t C -

。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R

s t C

σ⋅-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对

电磁波的散射能力。再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)R

s t C

σ⋅-(t 时

刻接受到的信号是t-2R/C 时刻发射的信号，回波是发射波右移再经幅度变换的结果)。

如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。

图1.2：雷达等效于LTI 系统

等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1

()()M

i

i

i h t t σδτ==

-∑ (1.1)

M 表示目标的个数，i σ是目标散射特性，i τ是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，

2i

i R c

τ=

(1.2) 式中，i R 为第i 个目标与雷达的相对距离。

雷达发射信号()s t 经过该LTI 系统，得输出信号(即雷达的回波信号)()r s t ：

1

1

()()*()()*()()M M

r i i i i i i s t s t h t s t t s t σδτστ====-=-∑∑ (1.3)

那么，怎样从雷达回波信号()r s t 提取出表征目标特性的i τ(表征相对距离)和i σ(表征目标反射特性)呢？常用的方法是让()r s t 通过雷达发射信号()s t 的匹配滤波器，如图1.3。

图1.3：雷达回波信号处理

()s t 的匹配滤波器()r h t 为：

*()()r h t s t =- (1.4) 于是， *()()*()()*()*()o r r s t s t h t s t s t h t ==- （1.5） 对上式进行傅立叶变换：

*2

()()()()|()|()

o S jw S jw S jw H jw S jw H jw = = (1.6)

如果选取合适的()s t ，使它的幅频特性|()|S jw 为常数，那么1.6式可写为：

()()o S jw kH jw = (1.7) 其傅立叶反变换为： 1

()()()M

o i

i i s t k h t k t σδτ===

-∑

(1.8)

()o s t 中包含目标的特征信息i τ和i σ。从 ()o s t 中可以得到目标的个数M 和每个目标相对

雷达的距离： 2

i i

c

R τ= （1.9）

这也是线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达的工作原理。（可见理想状况是回波是冲击函数，这样不同目标的回波时域波形不会重叠，能够清晰分辨出i τ和目标的个数M 。当采用匹配滤波时能够压缩波形，起到这方面的效果） 二． 线性调频（LFM ）信号

脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。

脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation ）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter ）压缩脉冲。

LFM 信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为：

22()

2()()c K j f t t t s t rect T

e π+= (2.1)

式中c f 为载波频率，()t rect T

为矩形信号，

11()0,t t rect T

T elsewise

⎧ , ≤⎪

=⎨⎪ ⎩

（2.2） B

K T

=

，是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，如图 2.1

图2.1 典型的chirp 信号（a ）up-chirp(K>0)（b ）down-chirp(K<0)

将2.1式中的up-chirp 信号重写为：

2()()c j f t

s t S t e π=（exp(j2*pi*fc*t)是载频项） （2.3）

式中，

2

()()j Kt t S t rect e T

π= （2.4）

是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心频率不同而以，因此，Matlab 仿真时，只需考虑S(t)。以下Matlab 程序产生2.4式的chirp 信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图2.2。

%%demo of chirp signal

T=10e-6; %pulse duration10us

B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz K=B/T; %chirp slope

Fs=2*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacing N=T/Ts;

t=linspace(-T/2,T/2,N);

St=exp(j*pi*K*t.^2); %generate chirp signal subplot(211)

plot(t*1e6,real(St)); xlabel('Time in u sec');

title('Real part of chirp signal'); grid on;axis tight; subplot(212)

freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);

plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St)))); xlabel('Frequency in MHz');

title('Magnitude spectrum of chirp signal'); grid on;axis tight;

仿真结果显示：

图2.2：LFM 信号的时域波形和幅频特性

S(t) 频谱具有低通特性，近似矩形

三． L FM 脉冲的匹配滤波 信号()s t 的匹配滤波器的时域脉冲响应为：

*0()()h t s t t =- （3.1）

0t 是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令0t ＝0，重写3.1式，

*()()h t s t =- （3.2）

将2.1式代入3.2式得:

2

2()()c j f t j Kt t h t rect e e T

ππ-=⨯ (3.3 )

图3.1：LFM 信号的匹配滤波

如图3.1,()s t 经过系统()h t 得输出信号()o s t ，

2

222()()()()*()

()()()()()()c c o j f u j f t u j Ku j K t u s t s t h t s u h t u du h u s t u du u t u e rect e e rect e du T T ππππ∞

∞

-∞-∞

∞

----∞

= =

- =-

- =

⨯ ⎰⎰⎰

当0t T ≤≤时,

2

22

2

2022

22

2()2sin ()T T c c j Kt j Ktu

t j Ktu T j f t j Kt T j f t

s t e

e du

e e

e t j Kt K T t t e

Kt

πππππππππ---=

=⨯--- =

⎰

(3.4)

当0T t -≤≤时,

2

2

2

2

202222

2()2sin ()T T c c t j Kt j Ktu j Ktu T j f t

j Kt T j f t s t e e du

t e e

e

j Kt K T t t e

Kt

πππππππππ+---=

+ =⨯--+ =

⎰

(3.5) 合并3.4和3.5两式：

20sin (1)()()2c j f t t

KT t

t T s t T

rect e KTt T

πππ-= （3.6） 3.6式即为LFM 脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频c f 的信号。当t T ≤时，包络近似为辛克（sinc ）函数。与发射波载频相同，包络不同。 0()()(

)()()22t t

S t TSa KTt rect TSa Bt rect T T

ππ== （3.7）

图3.2：匹配滤波的输出信号

如图3.2，当Bt ππ=±时，1t B =±

为其第一零点坐标；当2Bt ππ=±时，12t B

=±，习惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。 11

22B B τ=

⨯= (3.8) LFM 信号的压缩前脉冲宽度T 和压缩后的脉冲宽度τ之比通常称为压缩比D ， T

D TB τ

=

= （3.9）

3.9式表明，压缩比也就是LFM 信号的时宽频宽积。匹配后，脉宽压缩。

由2.1,3.3,3.6式，s(t),h(t),so(t)均为复信号形式，Matab 仿真时，只需考虑它们的复包络 S(t),H(t),So(t)。以下Matlab 程序段仿真了图3.1所示的过程，并将仿真结果和理论进行对照。 %%demo of chirp signal after matched filter

T=10e-6; %pulse duration10us

B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz K=B/T; %chirp slope

Fs=10*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacing N=T/Ts;

t=linspace(-T/2,T/2,N);

St=exp(j*pi*K*t.^2); %chirp signal Ht=exp(-j*pi*K*t.^2); %matched filter

Sot=conv(St,Ht); %chirp signal after matched filter subplot(211) L=2*N-1;

t1=linspace(-T,T,L);

Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z); %normalize Z=20*log10(Z+1e-6);

Z1=abs(sinc(B.*t1)); %sinc function Z1=20*log10(Z1+1e-6);

t1=t1*B; plot(t1,Z,t1,Z1,'r.');

axis([-15,15,-50,inf]);grid on; legend('emulational','sinc'); xlabel('Time in sec \times\itB'); ylabel('Amplitude,dB');

title('Chirp signal after matched filter');

subplot(212) %zoom N0=3*Fs/B;

t2=-N0*Ts:Ts:N0*Ts; t2=B*t2;

plot(t2,Z(N-N0:N+N0),t2,Z1(N-N0:N+N0),'r.'); axis([-inf,inf,-50,inf]);grid on;

set(gca,'Ytick',[-13.4,-4,0],'Xtick',[-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3]); xlabel('Time in sec \times\itB');

ylabel('Amplitude,dB');

title('Chirp signal after matched filter (Zoom)'); 仿真结果如图3.3：

图3.3：Chirp 信号的匹配滤波

图3.3中，时间轴进行了归一化，（/(1/)t B t B =⨯）。图中反映出理论与仿真结果吻合良好。第一零点出现在1±（即1B ±

）处。压缩后的脉冲宽度近似为1B （1

2B

±），此时相对幅度-4dB,这理论分析（图3.2）一致。

上面只是对各个信号复包络的仿真，实际雷达系统中，LFM 脉冲的处理过程如图3.4。

图3.4： LFM 信号的接收处理过程

雷达回波信号()r s t （1.3式）经过正交解调后，得到基带信号，再经过匹配滤波脉冲压缩后就可以作出判决。正交解调原理如图3.5，雷达回波信号经正交解调后得两路相互正交的信号I(t)和Q(t)。一种数字方法处理的的匹配滤波原理如图3.6。

图3.5：正交解调原理

图3.6：一种脉冲压缩雷达的数字处理方式

四：Matlab仿真结果

（1）任务：对以下雷达系统仿真。

雷达发射信号参数：

幅度：1.0

信号波形：线性调频信号

频带宽度：30兆赫兹（30MHz）

脉冲宽度：10微妙（20us）

中心频率：1GHz（109Hz）

雷达接收方式：

正交解调接收

距离门：10Km~15Km

目标：

Tar1：10.5Km

Tar2：11Km

Tar3：12Km

Tar4：12Km＋5m

Tar5：13Km

Tar6：13Km＋2m

（2）系统模型：

结合以上分析，用Matlab仿真雷达发射信号，回波信号，和压缩后的信号的复包络特性，其载频不予考虑（实际中需加调制和正交解调环节），仿真信号与系统模型如图4.1。

图4.1：雷达仿真等效信号与系统模型

（3）线性调频脉冲压缩雷达仿真程序LFM_radar

仿真程序模拟产生理想点目标的回波，并采用频域相关方法（以便利用FFT ）实现脉冲压缩。函数LFM_radar 的参数意义如下：

T ：chirp 信号的持续脉宽； B ：chirp 信号的调频带宽；

Rmin ：观测目标距雷达的最近位置； Rmax ：观测目标距雷达的最远位置；

R ：一维数组，数组值表示每个目标相对雷达的斜距； RCS ：一维数组，数组值表示每个目标的雷达散射截面。 在Matlab 指令窗中键入：

LFM_radar(10e-6,30e6,10000,15000,[10500,11000,12000,12005,13000,13002],[1,1,1,1,1,1]) 得到的仿真结果如图4.2。 （4）分辨率(Resolution)仿真

改变两目标的相对位置，可以分析线性调频脉冲压缩雷达的分辨率。仿真程序默认参数的距离分辨率为：

8

6

3105223010R C m B σ⨯===⨯⨯ (4.1)

图4.3为分辨率仿真结果，可做如下解释： (a) 图为单点目标压缩候的波形；

(b) 图中，两目标相距2m ，小于R σ，因而不能分辨；

(c) 图中，两目标相距5m ，等于R σ，实际上是两目标的输出sinc 包络叠加，可以看到他们的副瓣相互抵消；

(d) －(h)图中，两目标距离大于雷达的距离分辨率，可以观察出，它们的主瓣变宽，直至能

分辨出两目标。

图4.2：仿真结果

图4.3：线性调频脉冲压缩雷达分辨率仿真

附录：LFM_radar.m

%%demo of LFM pulse radar

%========================================================= function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS)

if nargin==0

T=10e-6; %pulse duration 10us

B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz Rmin=10000;Rmax=15000; %range bin

R=[10500,11000,12000,12008,13000,13002]; %position of ideal point targets

RCS=[1 1 1 1 1 1]; %radar cross section

end

%========================================================= %%Parameter

C=3e8; %propagation speed

K=B/T; %chirp slope

Rwid=Rmax-Rmin; %receive window in meter

Twid=2*Rwid/C; %receive window in second

Fs=5*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sampling spacing Nwid=ceil(Twid/Ts); %receive window in number

%========================================================= =========

%%Gnerate the echo

t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid); %receive window

%open window when t=2*Rmin/C

%close window when t=2*Rmax/C

M=length(R); %number of targets

td=ones(M,1)*t-2*R'/C*ones(1,Nwid);

Srt=RCS*(exp(j*pi*K*td.^2).*(abs(td)

%========================================================= %%Digtal processing of pulse compression radar using FFT and IFFT

Nchirp=ceil(T/Ts); %pulse duration in number

Nfft=2^nextpow2(Nwid+Nwid-1)；%number needed to compute linear

%convolution using FFT algorithm

Srw=fft(Srt,Nfft); %fft of radar echo

t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp);

St=exp(j*pi*K*t0.^2); %chirp signal

Sw=fft(St,Nfft); %fft of chirp signal

Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw))); %signal after pulse compression

%========================================================= N0=Nfft/2-Nchirp/2;

Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1));

Z=Z/max(Z);

Z=20*log10(Z+1e-6);

%figure

subplot(211)

plot(t*1e6,real(Srt));axis tight;

xlabel('Time in u sec');ylabel('Amplitude')

title('Radar echo without compression');

subplot(212)

plot(t*C/2,Z)

axis([10000,15000,-60,0]);

xlabel('Range in meters');ylabel('Amplitude in dB')

title('Radar echo after compression');

%=========================================================

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真汇总

线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真 宋萌瑞 201421020302 一． 雷达工作原理 雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1：简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成： ()R s t C - 。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R s t C σ?-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ） ，反映目标对电磁波的散射能力。再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ?-。 如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。 图1.2：雷达等效于LTI 系统 等效LTI 系统的冲击响应可写成:

雷达仿真报告1

雷达系统仿真实验报告 设计题目：基于巴克码的脉冲压缩雷达信号处理院系：电子与信息工程学院 专业：电子工程系2班 设计者：宋丽君 学号：11S005090 哈尔滨工业大学

目录 一.设计目标 (1) 1.1概述： (1) 1.2 设计要求： (1) 二.综合设计原理 (2) 2.1 巴克码（Barker） (2) 2.2 相位编码波形 (3) 2.3 正交I/Q解调 (3) 2.4 脉冲压缩 (4) 2.5 匹配滤波 (4) 三.综合设计仿真结果 (7) 3.1 巴克码编码波形的产生 (7) 3.2 雷达回波的产生 (7) 3.3 正交I/Q解调 (8) 3.4 脉冲压缩处理 (8) 3.5 多个目标的检测 (10) 3.51 两个点目标的产生 (10) 3.52 两个点目标回波的脉冲压缩 (11) 四. 设计体会 ............................................................................ 错误！未定义书签。 五. 参考文献 ............................................................................ 错误！未定义书签。 - I -

雷达系统仿真实验报告11S005090 宋丽君 1.设计目标 1.1概述： 产生相位编码目标回波、对回波进行I/Q解调、匹配滤波，分析多普勒频移对脉冲压缩的影响等，根据仿真结果并结合所学理论进行分析，并给出分析后的结论。 1.2 设计要求： 某雷达采用7位巴克码编码的二元相位编码信号，子码宽度0.5us。雷达中频为f I=10MHz，对雷达中频信号用40MHz采样后送入信号处理，由信号处理进行脉冲压缩和信号检测，雷达作用距离15km。 （1）在中频10MHz上产生雷达发射信号s,并画出雷达发射波形的时域、频域特性；分析信号带宽与子码宽度的关系； （2）产生雷达回波信号，在9km处有一个点目标，回波幅度为1；其他距离处回波为0； （3）对此回波信号进行I/Q解调，将回波信号由中频f I变换为基带信号； （4）在频域对基带信号进行脉冲压缩，画出脉冲压缩后的时域波形； （5）产生雷达回波信号，含有两个点目标，分别位于9km、9.225km，幅度相同为1；画出时域波形，此时两个目标是否能够分开？ （6）对5）产生的回波进行I/Q解调、然后进行时域脉冲压缩，画出压缩后的时域波形，此时两个点目标是否能够在距离上分开？此雷达的距离分辨力？ （7）如果9.225km处的目标是一个运动目标，其多普勒频移为143KHz，求此目标脉压后的结果；如果9.225km处运动目标的多普勒频移为24KHz，求此运动目标脉压后的结果；分析运动目标的多普勒频移对于脉压的影响。 - 1 -

雷达线性调频信号的脉冲压缩处理

题目 ： 雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 线性调频脉冲信号，时宽 10us ，带宽 40MHz ，对该信号进行匹配滤波后，即脉压处理，脉压后 的脉冲宽度为多少？用图说明脉压后的脉冲宽度， 内差点看 4dB 带宽，以该带宽说明距离分辨 率与带宽的对应关系。 分析过程： 1、线性调频信号( LFM ) LFM 信号(也称 Chirp 对于一个理想的脉冲压缩系统， 要求发射信号具有非线性的相位谱， 并使其包络接近矩形； 其中 S(t) 就是信号 s(t) 的复包络。由傅立叶变换性质， S(t) 与 s(t) 具有相同的幅频特性，只 是中心频率不同而已。因此， Matlab 仿真时，只需考虑 S(t) 。以下 Matlab 程序产生 S(t) ， 并作出其时域波形和幅频特性，程序如下： T=10e-6; % 脉冲时宽 10us B=40e6; % 带宽 40MHz K=B/T; Fs=2*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts; t=linspace(-T/2,T/2,N); St=exp(j*pi*K*t.^2); subplot(211) plot(t*1e6,St); xlabel('t/s'); title(' 线性调频信号 '); grid on;axis tight; subplot(212) freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St)))); xlabel('f/ MHz'); 信号)的数学表达式为： 式中 f c 为载波频率， rect s(t) rect( t )e 为矩形信号 ， j2 (f c t 2t ) rect(T t ) 0, t T el se 上式中的 up-chirp 信号可写为 ： s(t) 当 TB>1时， LFM 信号特征表达式如下： S(t)e j2 fct S LFM ( f ) k 2rect ( f B f c ) LFM ( f ) (f f c ) 4 S(t) rect (T t )e j Kt

LFM脉冲压缩雷达仿真

Page 3 线性调频（LFM ）脉冲压缩雷达仿真 一． 雷达工作原理 雷达是Radar （RAdio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1：简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想静止点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写 成：()R s t C - 。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R s t C σ⋅-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对 电磁波的散射能力。再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ⋅-(t 时 刻接受到的信号是t-2R/C 时刻发射的信号，回波是发射波右移再经幅度变换的结果)。 如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。 图1.2：雷达等效于LTI 系统

简单雷达实信号仿真实验报告

《雷达原理》 实验报告 学院： 专业： 姓名： 学号： 成绩： 评阅教员： 时间： 一、实验内容简介： 利用Mathlab实现对几种常见的雷达信号的仿真。画出这几种信号形式的时域和频域的波形图。 二、实验目的： 通过仿真熟悉常用的雷达信号的时域和频谱形式，掌握MatLab中信号的产生和表示方法及信号频谱的计算和图形绘制。进一步锻炼学员的编程能力，提高利用算法实现解决实际问题的能力。 三、实验原理： 不同体制的雷达由于不同的任务采用了不同的信号形式，雷达常用的信号形式有连续波和脉冲波两种； 连续波中又有按三角形或按正弦规律变化的调频连续波，脉冲波中有简单脉冲波、脉内调频脉冲波和脉间调频脉冲波； 其中测高雷达和车载测距雷达多采用连续波的形式，常规雷达采用简单调频脉冲信号；动目标显示或测速多普勒雷达多采用高工作比的矩形调幅脉冲信号；一些新体制的高分辨率雷达多采用线性调频或相位编码等脉冲压缩信号。 对以上信号形式经傅立叶变换可以得到其频谱。 四、实验环境： 实验地点：自习室

硬件环境：acer aspirs4738G Intel(R) Core(TM) i5 CPU M480 @ RAM 软件环境：Windos 7 旗舰版32位操作系统 MATLABa) 32-bit(win32) 五、实验内容： 画出连续波、单个矩形脉冲波、相参脉冲波、线性调频脉冲波、相位编码脉冲波的时域波形，计算并绘制以上信号的频谱。信号采用的参数如下： 1、连续波 连续波是最基本的波形，其表达式为： 参数为：载波频率f0为20MHz，采样频率为4倍f0，采样长度为1000. Mathlab代码： 仿真效果如下图所示： 2、单个矩形脉冲 单个矩形脉冲的表达式为： 参数为：载波频率f0为20MHz，采样频率为4倍f0，脉宽为1us ，脉冲周期为20us Mathlab代码为： 仿真结果如图 （a）单个矩形脉冲信号的合成过程说明 （b）单个矩形脉冲信号的时域频域波形图 3、相参脉冲 参数为：载波频率f0为20MHz，采样频率为4倍f0，脉宽为1us，脉冲周期为20us。Mathlab代码为： 仿真结果如下图： 4、线性调频脉冲（LFM） 参数为：带宽为20MHz，采样频率为fs为4倍B，脉宽为10us，频率变化率为带宽除以脉冲宽度。 Mathlab代码为： 仿真效果如图所示：

雷达脉冲压缩

雷达脉冲压缩 1、雷达工作原理 雷达是Radar （Radio Detection And Ranging ）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能[1]。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1 简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R ，为了探测这个目标，雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播，经过时间R C 后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成： ()R s t C - 。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为()R s t C σ⋅-，其中σ为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称RCS ），反映目标对 电磁波的散射能力[2]。再经过时间R C 后，被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ⋅-。 如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI （线性时不变）系统。 图1.2 雷达等效于LTI 系统 等效LTI 系统的冲击响应可写成:

基于MSK-LFM的PD雷达信号处理仿真

基于MSK-LFM的PD雷达信号处理仿真 孙延坤;陈兴波;曹晨;李广军 【摘要】Recently,the multifunctional radar waveform has been a focus point at home and abroad.MSK-LFM is a novel multifunctional radar waveform.PD radar is the essential airborne radar.The data processing of PD radar based on MSK-LFM is simulated.It is concluded by the simulation that MSK-LFM is no worse than LFM on the performance of range and velocity acquisition,and it could be used in PD radar.%现阶段,雷达通信双功能波形成为了当前国内外研究的热点。MSK-LFM是一种新型的雷达通信双功能波形,脉冲多普勒（PD）雷达是最基本的机载雷达。对基于MSK-LFM的PD雷达的信号处理进行仿真,得出了MSK-LFM与同等条件下的LFM相比在距离探测和速度探测的性能上并无恶化,从而验证了MSK-LFM在PD雷达中应用的可行性。【期刊名称】《中国电子科学研究院学报》 【年(卷),期】2012(007)004 【总页数】4页(P370-373) 【关键词】MSK-LFM;PD雷达;信号处理 【作者】孙延坤;陈兴波;曹晨;李广军 【作者单位】电子科技大学通信与信息工程学院,成都611731 中国电子科学研究院,北京100041;中国电子科学研究院,北京100041;中国电子科学研究院,北京100041;电子科技大学通信与信息工程学院,成都611731

雷达信号处理和数据处理

脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真 姓名：-------- 学号：---------- 2014-10-28 西安电子科技大学

一、雷达工作原理 雷达，是英文Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。 二、线性调频（LFM）信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter）压缩脉冲。 LFM信号的数学表达式： （2.1）

其中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号： （2.2） 其中B K T = 是调频斜率，信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤，如图 （图2.1.典型的LFM 信号（a ）up-LFM(K>0)（b ）down-LFM(K<0)） 将式1改写为： （2.3） 其中 （2.4） 是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心

雷达系统实验指导书-学生用2016

《雷达系统技术》实验指导书 桂林电子科技大学信息与通信学院 信息对抗系

目录 实验一数字脉冲压缩实现 (3) 实验二αβ-滤波器滤波算法仿真 (13) 实验三精密时序产生 (19) 实验四基于FPGA实现脉冲参数测量 (51)

实验一数字脉冲压缩实现 一、实验目的 熟悉数字脉冲压缩原理及实现方法，并基于MATLAB仿真实现。 二、实验设备 1、计算机 三、实验内容 1. 熟悉数字脉冲压缩原理； 2. 基于MATLAB仿真实现数字脉冲压缩。 四、实验要求 1、预习要求 （1）熟悉MATLAB软件开发流程； （2）熟悉数字脉冲压缩原理及实现方法。 2、课后要求 按照实验内容和实验步骤完成实验内容，课后完成实验报告。 五、数字脉冲压缩原理 脉冲压缩技术因解决了雷达作用距离与分辨率之间的矛盾而成为现代雷达的一种重要体制，数字LFM（线性调频）信号脉冲压缩就是利用数字信号处理的方法来实现雷达信号的脉冲压缩，脉冲压缩器的设计就是匹配滤波器的设计，脉冲压缩过程是接收信号与发射波形的复共扼之间的相关函数，在时域实现时，等效于求接收信号与发射信号复共轭的卷积。若考虑到抑制旁瓣加窗函数，不但要增加存储器，而且运算量将增加1倍，在频域实现时，是接收信号的FFT值与发射波形的FFT值的复共轭相乘，然后再变换到时域而获得的。若求N点数字信号的脉冲压缩，频域算法运算量大大减少，而且抑制旁瓣加窗时不需增加存储器及运算量，相比较而言，用频域FFT实现脉冲压缩的方法较优，因此选用频域方法来实现脉冲压缩，但是仍需要做大量的运算。 脉冲压缩系统可以由两种方法来实现，即时域脉冲压缩系统和频域脉冲压缩系统。时域脉冲压缩处理系统采用FIR滤波，通过对两个有限长度序列进行线性卷积来实现脉冲压缩，滤波器复相关运算量随信号时宽的增加、序列长度的增加迅速增加，完成运算所需的芯片数量也随之迅速增加。频域脉冲压缩处理系统采

雷达信号处理的MATLAB仿真

雷达信号处理的MATLAB仿真

11目录 1. 设计的基本骤 (1) 1.1 雷达信号的产生 (1) 1.2 噪声和杂波的产生 (1) 2. 信号处理系统的仿真 (1) 2.1 正交解调模块 (2) 2.2 脉冲压缩模块 (2) 2.3 回波积累模块 (2) 2.4 恒虚警处理（CFAR）模块 (4) 结论 (11)

1 设计的基本骤 雷达是通过发射电磁信号，再从接收信号中检测目标回波来探测目标的。再接收信号中，不但有目标回波，也会有噪声（天地噪声，接收机噪声）；地面、海面和气象环境(如云雨)等散射产生的杂波信号；以及各种干扰信号（如工业干扰，广播电磁干扰和人为干扰）等。所以，雷达探测目标是在十分复杂的信号背景下进行的，雷达需要通过信号处理来检测目标，并提取目标的各种信息，如距离、角度、运动速度、目标形状和性质等。 图3-6 设计原理图 2 信号处理系统的仿真 雷达信号处理的目的是消除不需要的信号（如杂波）及干扰，提取或加强由目标所产生的回波信号。雷达信号处理的功能有很多，不同的雷达采用的功能也有所不同，本文是对某脉冲压缩雷达的信号处理部分进行仿真。一个典型的脉冲压缩雷达的信号处理部分主要由A/D 采样、正交解调、脉冲压缩、视频积累、恒虚警处理等功能组成。因此，脉冲压缩雷达信号处理的仿真模型.

2.1 正交解调模块 雷达中频信号在进行脉冲压缩之前，需要先转换成零中频的I 、Q 两路正交信号。中频信号可表示为: 0()()cos(2())IF f t A t f t t πϕ=+ (3.2) 式(3.2)中， f 0 为载波频率。 令: 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.3) 则 00()()cos 2()sin 2IF f t I t f t Q t f t ππ=- (3.4) 在仿真中，所有信号都是用离散时间序列表示的，设采样周期为T ,则中频信号为 f IF (rT ) ，同样，复本振信号采样后的信号为 f local =exp(−j ω 0rT ) (3.5) 则数字化后的中频信号和复本振信号相乘解调后，通过低通滤波器后得到的基 带信号f BB (r ) 为: 11 000{()cos()}(){()sin()}()N N BB IF IF n n f f r n r n T h n j f r n r n T h n ωω--==-----∑∑ (3.6) 式(3.6)中， h (n ) 是积累长度为N 的低通滤波器的脉冲响应。 根据实际的应用，仅仅采用以奈奎斯特采样率进行采样的话，得不到较好混频信号和滤波结果，采样频率f s 一般需要中心频率的4 倍以上才能获得较好的信号的实部和虚部。当采样频率为f s = 4 f 0时，ω0 T = π/2，则基带信号可以简化为 110(){()cos()}(){()sin()}()22N N BB IF IF n n f r f r n r n h n j f r n r n h n ππ --==-----∑∑ (3.7) 使用Matlab 仿真正交解调的步骤： （1） 产生理想线性调频信号y 。 （2） 产生I 、Q 两路本振信号。设f 0为本振信号的中心频率，f s 为采样频率，n 为线性 调频信号时间序列的长度，则I 路本振信号为cos(n2πf 0/f s ),同样，Q 路本振信号sin(n2πf 0/f s )。当f s = 4 f 0 时，I 、Q 两路本信号分别为cos(πn/2)和sin( n π /2)。 （3） 线性调频信号y 和复本振信号相乘,得到I 、Q 两路信号。 （4） I 、Q 两路信号通过低通滤波器，滤除高频分量，以获得最终的检波结果。Matlab

(2021年整理)雷达发射LFM信号时,脉冲压缩公式的推导与Matlab仿真实现雷达测距。

（完整）雷达发射LFM信号时,脉冲压缩公式的推导与Matlab仿真实现雷达测距。 编辑整理： 尊敬的读者朋友们： 这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（（完整）雷达发射LFM信号时,脉冲压缩公式的推导与Matlab仿真实现雷达测距。）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。 本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为（完整）雷达发射LFM信号时,脉冲压缩公式的推导与Matlab仿真实现雷达测距。的全部内容。

雷达发射LFM 信号时，脉冲压缩公式的推导与 Matlab 仿 真实现雷达测距。 摘要：基于MATLAB平台以线性调频信号为例通过仿真研究了雷达信号处理中的脉冲压缩技术.在对线性调频信号时域波形进行仿真的基础上介绍了数字正交相 干检波技术.最后基于匹配滤波算法对雷达回波信号进行了脉冲压缩仿真，仿真结果表明采用线性调频信号可以有效地实现雷达回波信号脉冲压缩、实现雷达测距并且 提高雷达的距离分辨力。 关键词:线性调频，脉冲压缩，数字正交相干，匹配滤波. When radar transmits LFM signal， the pulse compression formula is deduced and Matlab simulation is used to realize radar ranging Abstract：Based on the MATLAB platform as example for LFM signal is studied by simulation of pulse compression technology in radar signal processing. Based on the simulation of time domain linear FM signal waveform is introduced on the digital quadrature coherent detection technology。 Finally， based on the matched filter algorithm of radar echo signal of pulse compression simulation， the simulation results show that the linear FM signal can effectively realize the radar echo signal of pulse compression radar， improve the range resolution。 Key word：Linear frequency modulation,pulse compressiondigital,quadrature coherence,matched filtering。 1、引言 1.1 雷达起源

脉冲压缩技术

脉冲压缩技术 在雷达信号处理中的应用

一．脉冲压缩的产生背景及定义 1.1 脉冲压缩的定义 脉冲压缩即pulse compression，它是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理以获得窄脉冲，因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨力，又能获得宽脉冲的强检测能力。 1.2脉冲压缩的主要手段 目前的脉冲压缩的手段主要有线性调频、非线性调频与相位编码等。 1)线性调频 是最简单的脉冲压缩信号，容易产生，而且其压缩脉冲形状和信噪比对多普勒频移不敏感，因而得到了广泛的应用，但是，在利用多普勒频率测量目标方位和距离的情况下很少使用； 2)非线性调频 非线性调频具有几个明显的优点，不需要对时间和频率加权，但是系统复杂。为了达到所需的旁瓣电平，需要对每个幅度频谱分别进行调频设计，因而在实际中很少应用； 3)相位编码 相位编码波形不同于调频波形，它将宽脉冲分为许多短的子脉冲。这些子脉冲宽度相等，其相位通过编码后被发射。根据所选编码的类型，包括巴克码、伪随机序列编码以及多项制编码等。 1.3脉冲压缩的产生背景 随着飞行技术的飞速发展，对雷达的作用距离、分辨能力、测量精度和单值性等性能指标提出越来越高的要求。测距精度和距离分辨力对信号形式的要求是一致的，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。而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。除此之外，为提高雷达系统的发现能力，要求信号具有大的能量。由此可见，为了提高雷达系统的发现能力、测量精度和分辨能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。但是，在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下，

一种延迟叠加密集假目标干扰仿真方法探讨

一种延迟叠加密集假目标干扰仿真方法 探讨 摘要：本文介绍了假目标干扰定义。探讨了全脉冲采样延迟叠加密集假目标干扰生成原理，阐述了线性调频信号生成原理和密集假目标干扰产生过程。进行了仿真实验，本方法的优点在于缩短了运算时间（主要用到加法运算），同时节省了存储资源。 关键词：假目标干扰；仿真方法；密集假目标；延迟叠加 1 假目标干扰定义 密集假目标产生方法主要有两大类：一是脉内调制，包括幅度调制、相位调制、频率调制。这种干扰方式的不足是需要接收全部时长的信号，然后再调制转发，难以胜任对干扰响应速度要求较高的场合。二是基于数字射频存储技术的转发干扰（DRFM），包括全脉冲转发，短脉冲循环转发和间歇采样转发。 线性调频脉压雷达信号具有大时宽带宽积的特点，保证较大的脉宽下依然可以得到很高的距离分辨率，采用的相参脉冲压缩检测体制对传统的噪声干扰有良好的抑制效果，因此对线性调频雷达的干扰多采用基于数字射频储频(DRFM)的相参欺骗干扰方式。综合考虑工程实现时的运算速度和存储资源，下面介绍一种改进的全脉冲采样延迟叠加密集假目标干扰方法。 2 全脉冲采样延迟叠加密集假目标干扰生成原理 2.1 线性调频信号生成原理 线性调频信号是一种脉内频率调制信号，在持续期间(脉内)频率连续线性变化，即时频关系为线性的信号。表达式为：

图1 线性调频信号的实部和虚部 2.2密集假目标干扰产生过程 以图2为例，全脉冲采样延迟叠加密集假目标干扰产生过程如下： 图2 密集假目标干扰产生过程

实际工程实现时为了使信号更逼真于实际情况，我们可以将S(n)的每 段信号功率重新赋值，比如S(1)的M段功率分别为1、1/2、1/3、1/4、…、1/M，S(2)的M段功率分别为1/2、1/3、1/4、…、1/M、1/M，S(3)的M段 功率分别为1/3、1/4、…、1/M、1/M、1/M，依次类推，第M个脉冲S(M) 的各段功率分别为1/M、1/M、1/M…1/M、1/M、1/M,第M+N-1个脉冲 S(M+N-1)的各段功率分别为1/M、1/（M-1）、…1/4、1/3、1/2、1。 3 仿真实验 以上述密集假目标干扰生成过程，仿真实验得到线性调频密集假目标干扰信号。假设雷达参数设置如下：脉冲宽度100us，发射信号带宽2M，脉冲重复周期 2ms，采样频率5MHz，载波频率1.4GHz，脉冲延迟为40us，均匀拆分个数M为10，假目标个数N为40，仿真得到结果如下。 图3 仿真试验结果

LFM脉冲压缩雷达标准实验报告

一、实验室名称： 电子信息工程专业学位研究生实践基地 二、实验项目名称： LFM 脉冲压缩雷达的设计与验证 三、实验学时：20 四、实验原理： 1、LFM 脉冲信号和脉冲压缩处理 脉冲雷达是通过测量目标回波延迟时间来测量距离的，距离分辨力直接由脉冲带宽确定。窄脉冲具有大带宽和窄时宽，可以得到高距离分辨力，但是，采用窄脉冲实现远作用距离需要有高峰值功率，在高频时，由于波导尺寸小，会对峰值功率有限制，以避免传输线被高电压击穿，该功率限制决定了窄脉冲雷达有限的作用距离。现代雷达采用兼具大时宽和大带宽的信号来保证作用距离和距离分辨力，大时宽脉冲增加了雷达发射能量，实现远作用距离，另一方面，宽脉冲信号通过脉冲压缩滤波器后变换成窄脉冲来获得高距离分辨力。 进行脉冲压缩时的LFM 脉冲信号为基带信号，其时域形式可表示为 其中的矩形包络为 式中的μ为调频斜率，与调频带宽和时宽的关系如下式 时带积1D BT =>>时，LFM 脉冲信号的频域形式可近似表示为 脉冲压缩滤波器实质上就是匹配滤波器，匹配滤波器是以输出最大信噪比为准则设计出来的最佳线性滤波器。假设系统输入为 ()()()i i x t s t n t =+，噪声()i n t 为均匀白噪声，功率谱密度为0()2n p N ω=，()i s t 是仅在[0,]T 区间取值的输入脉冲信号。根据线性系统的特点，经过频率响应为()H ω匹配滤波器的输出信号为()()()o o y t s t n t =+，其中输入信号分量的输出为 与此同时，输出的噪声平均功率为 则0t 时刻输出信号信噪比可以表示为

要令上式取最大值，根据Schwarz不等式，则需要匹配滤波器频响为 对应的时域冲激响应函数形式为 要使该匹配滤波器为因果系统，必须满足0t T ≥，信噪比最大时刻的输出信噪比取值是 当匹配滤波器冲激响应函数满足(5-5)式时，通过匹配滤波器的输出信号分量可以表示为下式： 由上式可知，此时的输出信号分量实际上是输入信号的自相关函数，在0t时刻输出的最大值就是自相关函数的最大值。 如上所述，匹配滤波器输出信号是信号波形的自相关函数，其傅立叶变换结果就是信号功率谱，则信号带宽越大，输出信号越窄，距离分辨力越好。所以，当宽脉冲的脉内频率或相位经过调制后，信号带宽增大，经过匹配滤波器后就会被压缩为窄脉冲，从而保证了雷达的作用距离和高距离分辨力。这样的调制信号被称为脉冲压缩信号，常用的脉冲压缩信号包括LFM脉冲、非线性调频（NLFM）脉冲和相位编码脉冲。 匹配滤波器对调制后脉冲的压缩作用，也可以从滤波器的群延时特性来理解。从上面表达式可知，除了时延0 t引入的相位因子以外，滤波器频响的相位函数与输入信号是共轭关系，这也就是说，滤波器的群时延特性正好与输入信号的频率-时间变化规律相反。以LFM脉冲信号为例，雷达发射信号频率随时间增加，而匹配滤波器对信号起始的低频分量延时大，对后面的高频分量延时小，中间频率则按相应比例延迟，这样，线性调频脉冲的不同分量，几乎同相地从匹配滤波器输出，在某个时刻输出压缩成单一载频的窄脉冲。 要对基带LFM脉冲信号进行压缩处理，对应的匹配滤波器应具有以下特性 式中的 () i Sω 和 () i φω分别是LFM脉冲的幅频特性和相频特性。为方便推导， 进行变量代换时，取K=，则得到LFM脉冲经过匹配滤波器后输出的信号频谱为 经过傅立叶反变换后，则得到脉冲压缩输出信号 () o s t为 由上式可知，LFM脉冲经过脉冲压缩以后输出的信号为sin x x函数，与压

线性调频[LFM]信号脉冲压缩仿真

随机信号处理实验 ————线性调频（LFM）信号脉冲压缩仿真 姓名：钱振宇 学号： 0904210144

一、实验目的： 1、了解线性FM 信号的产生及其性质； 2、熟悉MATLAB 的基本使用方法； 3、利用MATLAB 语言编程匹配滤波器。 4、仿真实现FM 信号通过匹配滤波器实现脉压处理，观察前后带宽及增益。 5、步了解雷达中距离分辨率与带宽的对应关系。 二、实验内容： 1、线性调频信号 线性调频矩形脉冲信号的复数表达式为： ()()2001222j f t j f t ut lfm t t u t Arect S e e ππτ⎛⎫ + ⎪ ⎝⎭ ⎛⎫== ⎪⎝⎭ ()21 1,21 0,2 j ut t t t u t Arect rect t e πτττ τ⎧≤⎪⎪ ⎛⎫⎛⎫==⎨ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎪>⎪⎩为信号的复包络，其中为矩形函数。 0u f τ式中为脉冲宽度,为信号瞬时频率的变化斜率，为发射频率。 当1B τ≥（即大时宽带宽乘积）时，线性调频信号特性表达式如下： 0()2LFM f f f rect u B S -⎛⎫ = ⎪⎝⎭ 幅频特性： 2 0() ()4 LFM f f f u ππ φ -= + 相频特性： 20 011222i d f f t ut f ut dt ππ⎡⎤ ⎛⎫=+=+ ⎪⎢⎥⎝ ⎭⎣⎦信号瞬时频率：

程序如下： %%产生线性调频信号 T=10e-6; %脉冲宽度 B=400e6; %chirp signal频带宽度400MHz K=B/T; %斜率 Fs=2*B;Ts=1/Fs; %采样频率与采样周期 N=T/Ts %N=8000 t=linspace(-T/2,T/2,N); %对时间进行设定 St=exp(j*pi*K*t.^2) %产生chirp signal figure;subplot(2,1,1); plot(t*1e6,real(St)); xlabel('Time in u sec'); title('线性调频信号'); grid on;axis tight; subplot(2,1,2) freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); %对采样频率进行设定 plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St)))); xlabel('Frequency in MHz'); title('线性调频信号的幅频特性'); grid on;axis tight; Matlab程序产生chirp信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图：

脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用

脉冲压缩技术在雷达信号 处理中的应用 雷达简介 雷达是Radar（RAdio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测 定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。发射电磁 波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射 点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。 它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制， 显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距， 目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷 达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。 通过前段的学习，我们学习了雷达的简史，发射机，接收机，显示器等。对其工作原理有了大致了解。在第二章中我们 学习了雷达的常用信号形式，有简单脉冲，脉冲压缩，连续被 等等。 当雷达发射一个脉冲后一段时间，接收机会接收到回波， 其探测距离为R=CTr/2。Tr为发射脉冲周期，当两个回波脉冲 相接处时将会出现分辩模糊，其距离分辨率为 Ct/2，t为脉冲 宽度。我们发现，t越大则雷达探测距离也越大，此时需要t

越大越好。然而t越大将造成雷达分辨能力的降低，产生矛盾。为了解决这个问题，引入脉冲压缩技术。 脉冲压缩技术 1.问题引出 雷达不仅要对目标位置，速度信息提取，同时要对目标进 行分析和识别，这要求雷达发射的信号具有大的带宽。脉冲压 缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率，这种体制采 用宽脉冲以提高发射的功率，增加雷达的探测距离，接收时采 用脉冲压缩技术获得窄脉冲，以提高分辨率。很好的解决了雷 达作用距离和分辨率之间的矛盾。 2.脉冲压缩技术原理 随着雷达应用的不断扩大，对雷达的作用距离，分辨精度 等的要求相应提高。增大雷达作用距离可以提高其脉宽或峰值 功率，但由于发射管的限制，增大功率往往不容易，于是可以 用增大脉冲宽度的方法。对于恒定载频单脉冲信号，脉宽的增 大意味着带宽的减小，B=1/T。根据距离分辨率的表达式， R=(CT)/2=C/(2B)。 测距精度和距离分辨力对信号形式的要求是一致的，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。而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有

脉冲压缩雷达与匹配滤波

标准文档 脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真 姓名：-------- 学号：---------- 2014-10-28 西安电子科技大学

一、 雷达工作原理 雷达，是英文Radar 的音译，源于radio detection and ranging 的缩写，原意为"无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形（Radar Waveform ），然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一部分反射，经接收天线和收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。 二、 线性调频（LFM ）信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（Linear Frequency Modulation ）信号,接收时采用匹配滤波器（Matched Filter ）压缩脉冲。 LFM 信号的数学表达式： （2.1） 其中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号： （2.2）

第三章脉冲压缩雷达简介

第三章脉冲压缩雷达简介 3.1脉冲压缩简介 雷达的分辨理论表明：要得到高的测距精度和好的距离分辨力，发射信号必须具有大的带宽；要得到高的测速精度和好的速度分辨力，信号必须具有大的时宽。因此，要使作用距离远，又具有高的测距、测速精度和好的距离、速度分辨力，首先发射信号必须是大带宽、长脉冲的形式。显然，单载频矩形脉冲雷达不能满足现代雷达提出的要求。而脉冲压缩技术可以获得大时宽带宽信号，使雷达同时具有作用距离远、高测距、测速精度和好的距离、速度分辨力。具有大时宽带宽的信号通常被称作脉冲压缩信号。 脉冲压缩技术包括两部分：脉冲压缩信号的产生、发射部分和为获得较窄的脉冲对接收回波的处理部分。在发射端，它通过对相对较宽的脉冲进行调制使其同时具有大的带宽，在接收端对接收的回波波形进行压缩处理得到较窄的脉冲。 3.2脉冲压缩原理 321时宽-带宽积的概念 发射脉冲宽度和系统有效(经压缩的)脉冲宽度0的比值称为脉冲压缩 比，即 D . 0 (3-1) 因为° 1 B，所以，式(3-1 )可写成 D B (3-2) 即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表示。大时宽带宽矩形脉冲信号的复包络表达式可以写成： Ae j (t), T/2 t T/2 U⑴0,其他(3-3)匹配滤波器输出端的信噪比为： S N o E N o (3-4) 其中信号能量为[13]:

-A2T (3-5) 这种体制的信号具有以下几个显著的特点: (1) 在峰值功率受限的条件下，提高了发射机的平均功率P av，增强了发射信号 的能量，因此扩大了探测距离。 (2) 在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络，使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲，因此保持了良好的距离分辨力。 (3) 有利于提高系统的抗干扰能力。 当然，采用大时宽带宽信号也会带来一些缺点[14][15]，这主要有： (1) 最小作用距离受脉冲宽度的限制。 (2) 收发系统比较复杂，在信号产生和处理过程中的任何失真，都将增大旁瓣高度。 ⑶存在距离旁瓣。一般采用失配加权以抑制旁瓣，主旁瓣比可达30dB〜35dB 以上，但将有1 dB〜3 dB的信噪比损失。 (4) 存在一定的距离和速度测定模糊。适当选择信号参数和形式可以减小模糊。但脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，已成为近代雷达广泛应用的一种体制。 3.2.2线性调频脉冲信号 线性调频脉冲压缩体制的发射信号，其频谱在脉冲宽度内按线性规律变化，即用对载频进行调制的方法展宽发射信号的频谱，使其相位具有色散。同时，在 R受限情况下为了充分利用发射机的功率，往往采用矩形宽脉冲包络，线性调频脉冲信号的复数表达式可写成[16][17]： j 0t t j ( o t -^) s(t) u(t)e j Arect( )e 2 (3-6) 式(3-6)中u(t)为信号复包络: