LFM脉冲压缩雷达标准实验报告

雷达波形设计与LFM信号处理(雷达脉冲压缩)本文关键词：雷达脉冲压缩,波形设计,二相编码信号,旁瓣抑制,检测与参数估计,反辐射导弹,抑制滤波器,分数阶,线性调频,回波,变换,多普勒频移,脉压,信噪比损失,时域信号,匹配滤波,模糊函数,联合分辨,距离旁瓣,峰值旁瓣电平雷达波形设计与线性调频(LFM)信号的处理在雷达系统中占有重要的位置。

本文主要研究了雷达脉冲压缩波形的设计、脉压旁瓣抑制体制的性能分析与改进、旁瓣抑制滤波器的设计、LFM信号的分析与处理特别是反辐射导弹的检测与参数估计。

现代雷达技术中广泛使用LFM信号，对LFM信号的处理至关重要。

雷达信号中线性调频项的产生有两种原因，一是人为因素有意产生的，如脉冲压缩技术中使用的LFM信号；二是目标本身客观存在的，如导弹的主动飞行段、飞机的机动飞行等产生的加速度，以及目标与雷达平台相对运动所产生的雷达回波信号中的线性调频项，如合成孔径雷达(SAR)回波、反辐射导弹回波等。

常规的雷达脉冲压缩波形有LFM信号和相位编码信号。

LFM信号的模糊函数为斜刀刃形，优点是对多普勒频移不敏感，但时频联合分辨率差，脉压输出的峰值旁瓣电平高达-13.2dB；二相编码信号如13位Barkei。

码具有图钉状的模糊函数，因而时频联合分辨率好，且脉压输出的峰值旁瓣电平相对较低，为-22.2dB，但对多普勒频移敏感。

本文提出了一类新的脉压信号——二次伸缩二相编码信号，将具有特定Fourier级数展开系数的波形在时域进行二次伸缩，采样，并符号化为二值序列，即得到这类二次伸缩二相编码信号。

信号本身兼有线性调频和调相，因而其模糊函数为刀刃型和图钉型的复合形状，对多普勒频移不敏感及有较好的距离一速度联合分辨率，且其峰值旁瓣可低于-30dB。

脉压波形经匹配滤波后，除了主瓣，尚存在不希望的距离旁瓣，影响了雷达对多目标的探测。

对于LFM这类复信号，传统的旁瓣抑制方法是在匹配滤波后引入加权网络，在频域进行加权处理，使旁瓣降低。

电子科技大学电子工程学院标准实验报告（实验）课程名称LFM脉冲压缩雷达的设计与验证电子科技大学研究生院制表电子科技大学实验报告学生姓名：学号：指导教师：实验地点：科B516室实验时间：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2()exp 2i t t s t Arect j T μ⎛⎫⎛⎫= ⎪⎪⎝⎭⎝⎭ 其中的矩形包络为112102t T t rect T t T ⎧≤⎪⎪⎛⎫=⎨⎪⎝⎭⎪>⎪⎩式中的μ为调频斜率，与调频带宽和时宽的关系如下式2/B T μπ= 时带积1D BT =>>时，LFM 脉冲信号的频域形式可近似表示为22[2/]()4220i B B j f f S f ππμ⎧⎧⎫-+-≤≤⎪⎨⎬=⎩⎭⎨⎪⎩其他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()()()exp()o i s t S H j t d ωωωω∞-∞=⎰与此同时，输出的噪声平均功率为2()2NN H d ωω∞-∞=⎰则0t时刻输出信号信噪比可以表示为22020()()e ()()2j ti o S H d s t N NH d ωωωωωω∞-∞∞-∞=⎰⎰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0()()exp()i H KS j t ωωω*=-对应的时域冲激响应函数形式为*0()()i h t Ks t t =-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02o S E N N ⎛⎫= ⎪⎝⎭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：*0()()()()()o i i i s t s h t d K s s t t d ττττττ∞∞-∞-∞=-=-+⎰⎰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。

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。

脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用姓名郭帅王继鹏学号 02103032 02103031脉冲压缩技术研究一、引言脉冲压缩技术是雷达信号处理的关键技术之一。

主要是通过发射许多具有脉内调制的足够宽的脉冲，从而在峰值功率不太高的情况下也能给出所需的平均功率，然后，在接收时用解调办法将收到的回波“压缩”起来，解决了距离分辨率与作用距离之间的矛盾。

现代雷达信号处理中常用的脉冲压缩主要有应用最广的线性调频信号脉压、巴克码信号脉压、多相码信号脉压、非线性调频信号脉压等几类。

本文在首先总结了脉冲压缩的基本原理的基础上从信号形式、优势和不足、应用场合等方面介绍这几类常用脉冲压缩信号。

最后就最为普遍的线性调频信号经行了进一步分析，利用Matlab对某个雷达的回波经行了仿真，对比脉冲压缩前后的回波信号，加深了对脉冲压缩的认识。

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。

二、脉冲压缩的基本原理随着雷达技术的发展和雷达应用领域的不断扩大，雷达的作用距离、分辨能力和测量精度等性能指标必须得到相应的提高。

随机信号处理实验————线性调频（LFM）信号脉冲压缩仿真姓名：***学号： **********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 lfmt t u t Arect S e e ππτ⎛⎫+ ⎪⎝⎭⎛⎫== ⎪⎝⎭ ()211,210,2j ut t t t u t Arect rect t e πττττ⎧≤⎪⎪⎛⎫⎛⎫==⎨ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎪>⎪⎩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()LFM f f f B S -⎛⎫=⎪⎝⎭幅频特性： 20()()4LFM f f f u ππφ-=+相频特性：20011222i 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=8000t=linspace(-T/2,T/2,N); %对时间进行设定St=exp(j*pi*K*t.^2) %产生chirp signalfigure;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：2、匹配滤波器在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为)(t x ：)()()(t n t s t x +=其中：)(t s 为确知信号，)(t n 为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为2/No 。

标准实验报告（5）实验报告（五）⼀、实验室名称：信息对抗系统专业实验室⼆、实验项⽬名称：雷达信号产⽣与检测器设计实验三、实验学时：4学时四、实验原理：LFM、相位编码脉冲压缩原理；能量检测器原理。

五、实验⽬的：针对LFM、相位编码脉冲压缩雷达对抗⽬标，掌握侦察接收机截获信号样本的模拟产⽣⽅法；掌握⾮合作⽅对截获雷达信号的检测原理，并对检测性能进⾏性能仿真。

六、实验内容：侦察接收机截获的LFM雷达信号的模拟仿真；侦察接收机截获的相位编码雷达信号的模拟仿真；对截获雷达信号能量检测器的仿真；仿真不同信噪⽐情况下的能量检测器的ROC曲线。

七、实验器材（设备、元器件）：计算机、Matlab计算机仿真软件⼋、实验步骤：1.产⽣特定参数(脉宽、带宽、起始频率、TOA)的LFM、BPSK脉冲雷达信号；2.按照SNR产⽣特定⽅差的AWGN；3.进⾏多次蒙特卡罗仿真（每次仿真中独⽴产⽣噪声）4.每次仿真中噪声、噪声+信号分别做能量计算处理5.设定虚警概率（门限），计算检测概率，画出ROC曲线6.改变SNR，画出ROC并在不同SNR情况下⽐较实验程序如下：clear all;clc;close all;fc=0.1;B=0.3;tau=1000;%产⽣LFM信号signal_LFM=exp(j*(2*pi*(fc*[1:tau]+0.5*B/tau*[1:tau].^2)*randn));% figure,plot(real(signal_LFM));% figure,plot(linspace(0,1,length(signal_LFM)),abs(fft(signal_LFM)));s_L=[zeros(1,500),ones(1,tau).*signal_LFM,zeros(1,500)];%figure,plot(real(s_L));%figure,plot(linspace(0,1,length(s_L)),abs(fft(s_L)));%产⽣BPSK信号code_width=5;code_length=tau/code_width;code=randsrc(1,code_length);signal_BPSK=rectpulse(code,code_width);%figure,plot(signal_BPSK);signal_BPSK=signal_BPSK.*exp(j*(2*pi*fc*[1:length(signal_BPSK)]+randn)); s_B= [zeros(1,500),ones(1,tau).*signal_BPSK,zeros(1,500)];%figure,plot(real(s_B));%figure,plot(linspace(0,1,length(s_B)),abs(fft(s_B)));SNR=0.5;M=10000;n_max=zeros(1,M);s_max=zeros(1,M);for m=1:Mnoise=sqrt(1/10^(SNR/10)/2)*(randn(size(s_L))+j*randn(size(s_L)));s=s_L+noise;N=(real(noise)).^2+(imag(noise)).^2;S=(real(s)).^2+(imag(s)).^2;n_max(m)=max(abs(N));s_max(m)=max(abs(S));if mod(m,M/10)==0,disp(m),endendn_max=sort(n_max,'descend');Pd=zeros(1,M);for t=1:MPd(t)=length(find(s_max>=n_max(t)))/M;endPfa=linspace(0,1,M);figure,plot(Pfa,Pd);title('ROC曲线');xlabel('虚警概率');ylabel('检测概率');（注：对BPSK信号检测只需把检测程序部分的s_L换成s_B即可）九、实验数据及结果分析根据上述实验程序得到的实验数据及结果如下：LFMBPSK⼗、实验结论通过改变信噪⽐可以明显看出随着信噪⽐的增⼤，在虚警概率较⼩时，检测概率也能达到很⾼的数值。

X波段全固态多普勒天气雷达研究摘要：全固态多普勒天气雷达作为一种新型的雷达探测系统，它具有结构简单、可靠性高、使用维护方便等特点，但是输出峰值功率有限，所以需要采用脉冲压缩技术，但是增大时宽会增加雷达近距离盲区；脉冲压缩后的距离副瓣会影响弱信号的检测与定量精度；脉压加权处理后的主瓣展宽会降低雷达距离分辨力。

本文介绍了一种自研的X波段全固态双线偏振多普勒天气雷达，并对其中的系统设计、脉冲压缩、补盲等关键技术进行了详细的论述。

最后与其他类型雷达进行了对比观测和分析，结果表明该固态雷达能够探测150 km 范围内强于5dBz 的降水回波。

关键词：全固态雷达、天气雷达、线性调频脉冲压缩、补盲Research of X-band solid-state Doppler weather radar(Nanjing Reasearch Institute of Electronics Technology , Nanjing 210013, China) Abstract：Solid-state Doppler weather radar is a new kind of weather detection radar system，the system has some characteristics such as simple structure, reliability，conveniently maintenance and so on. Because of peak power, pulse compression is used in the system. The blind spot of radar near-field will be caused by wide pulse; the range sidelobe leaked by pulse compression will impact the detection of weak point. The range resolution will be reduced by main-lobe broadening In this paper, the design of X-band solid-state Doppler weather radar of dual-linear polarization is described and the primary technology is discussed, for example, dual-linear system design; pulse compression; blind zone compensation. the precipitation detection capability of the X-band radar is compared with the Magnetron radar in a field observation case．It shows that the X-bandsolid-state radar can detect precipitation echoes stronger than 5 dBz within 150km.Keywords：solid-state radar；weather radar；Linear FM pulse compression；Blind zone compensation0 引言多普勒天气雷达是现代气象综合观测系统中的一个重要工具，能够提供雷达反射率、径向风速和速度谱等雷达基本数据，可以观测降水区中水平风场的结构，垂直气流的场结构等，测定降水位置和强度，降水内部气流的速度和流向。

线性调频脉冲（LFM ）压缩仿真报告学号：113104000564 姓名：张茗一、线性调频脉冲信号（LFM ）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Pt 受限的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，故线性调频脉冲信号的复数表达式可写成：22()2()()c K j f t t t s t rect Te π+= 式中cf 为载波频率，()trect T为矩形信号， 11()0,t t rect T T elsewise ⎧ , ≤⎪=⎨⎪ ⎩本次仿真线性调频脉冲信号时宽T=10us ，带宽B=564MHz 。

采用Fs=2B 。

>> %产生线性调频信号T=10e-6; %pulse duration 10 usB=564e6; %bandwidth 564MHzK=B/T; %chirp slopeFs=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,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仿真结果如下：第一个图是线性调频信号的实部图，第二个图是其幅频特性图。

电子科技大学雷达信号产生与处理实验课程设计课程名称：雷达信号产生与处理的设计与验证指导老师：姒强小组成员：学院：信息与通信工程学院、实验项目名称：雷达信号产生与处理的设计与验证课程设计、实验目的：1. 熟悉Quartusll的开发、调试、测试2. LFM中频信号产生与接收的实现3. LFM脉冲压缩处理的实现三、实验内容:1•输出一路中频LFM信号：T=24us B=5MHz, f0=30MHz2•构造中频数字接收机（DDC对上述信号接收3•输出接收机的基带LFM信号，采样率7.5MHz4.输出脉冲压缩结果四、实验要求：1•波形产生DAC时钟自行确定2•接收机ADC采样时钟自行确定3•波形产生方案及相应参数自行确定4•接收机方案及相应参数自行确定五、实验环境、工具：MATLAB软件、QuartusII软件、软件仿真、计算机六、实验原理:方案总框图:I--------- >X *低通滤波器抽取t cos ---------------- * ADC N C Oqp i ----------------- --------DAC脉冲压「缩--------- X叭低通滤波器抽取Q(1) matlab产生LFM信号LFM信号要求为T=24us B=5MHz, fO =30MHz。

选择采样率为45MHz。

产生LFM的matlab代码如下：MHz=1e+6;us=1e-6;% --------------- 波形参数--------------------fs=45*MH z;f0=30*MH z;B=5*MHz;T=24*us;Tb=72*us;SupN=fs/7.5VIH z;% --------------- 波形计算--------------------K=B/T;Ts=1fs;tsam=0:Ts:T;LFM=si n( (2*pi*(f0-B/2)*tsam+pi*K*tsam .A2));LFM=[zeros(1,Tb/Ts) LFM zeros(1,Tb/Ts)];N=le ngth(LFM);Fig=figure;x_axis=(1:N)*Ts/us; plot(x_axis,real(LFM),'r');title('LFM 原始波形');xlabel('时间(us)'); ylabel('归一化幅度'); zoom xon; grid on;axis([m in( x_axis) max(x_axis) -1.1 1.1]);编写matlab程序将中频LFM信号画出来图6-1 LFM 信号原始波形通过matlab 将LFM 原始波形量化成12位的数据，并生成保存为后缀.MIF 的文 件。

《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用高速大容量数字信号处理芯片作为硬件平台，通对原本在时域进行卷积的两个有限长度序列采用傅立叶变换后，在频域相乘，将其乘积反变换至时域的方法，获得脉压处理结果。

LFM脉压技术在天气雷达信号处理中的运用体现LFM（Linear Frequency Modulation）脉压技术是一种常用的雷达信号处理技术，它在天气雷达领域有着广泛的应用。

本文将从原理、特点以及在天气雷达信号处理中的运用体现进行探讨。

LFM脉压技术是一种利用线性频率调制的脉冲信号进行雷达信号处理的方法。

其原理是通过线性调制发射脉冲信号，然后利用接收到的散射回波进行相关处理，从而提取目标的强度、距离和速度等信息。

相较于传统的连续波雷达，LFM脉压技术具有更好的抗干扰能力和较高的距离分辨率。

LFM脉压技术在天气雷达中的应用主要体现在两个方面：距离测量和天气参数估计。

首先，LFM脉压技术可以实现较高的距离分辨率。

传统的天气雷达在测量雨滴或冰晶的位置和强度时，难以区分密集的云层。

而LFM脉压技术通过发射具有大带宽（bandwidth）的脉冲信号，可以实现较高的距离分辨能力，从而更准确地识别云层的分布和强度。

同时，LFM脉压技术还可以利用多普勒效应，测量云层的速度信息，进一步提高天气雷达的观测精度。

其次，LFM脉压技术能够实现天气参数估计。

一般来说，天气雷达的目标是测量降水率和粒子大小分布等天气参数。

LFM脉压技术可以通过估计回波信号的功率谱密度，推算出降水率。

此外，由于不同粒子会给出不同的回波信号，LFM脉压技术还可以通过分析散射信号的频率和幅度变化，得到粒子大小分布等信息。

在天气雷达信号处理中，LFM脉压技术的运用还需要解决一些问题。

首先是信号处理的复杂性。

由于LFM脉压信号的带宽较大，需要进行较复杂的相关处理，这对硬件和算法的要求较高。

其次是抗多径干扰的能力。

由于雷达信号往往会受到反射、折射、散射等多种途径的影响，导致回波信号中出现多径效应，使得回波信号失真或混叠。

针对这一问题，需要采用合适的信号处理方法，如多通道接收和复杂相关处理，来最小化多径效应的影响。

尽管存在一些挑战，但LFM脉压技术在天气雷达信号处理中的运用体现依然非常重要。

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2()exp 2i t t s t Arect j T μ⎛⎫⎛⎫= ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭ 其中的矩形包络为112102t T t rect T t T ⎧≤⎪⎪⎛⎫=⎨ ⎪⎝⎭⎪>⎪⎩式中的μ为调频斜率，与调频带宽和时宽的关系如下式2/B T μπ= 时带积1D BT =>>时，LFM 脉冲信号的频域形式可近似表示为22[2/]()4220i B B j f f S f ππμ⎧⎧⎫-+-≤≤⎪⎨⎬=⎩⎭⎨⎪⎩其他 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()()()exp()o i s t S H j t d ωωωω∞-∞=⎰与此同时，输出的噪声平均功率为20()2N N H d ωω∞-∞=⎰则0t 时刻输出信号信噪比可以表示为22020()()e ()()2j t i o S H d s t N H d ωωωωωω∞-∞∞-∞=⎰⎰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0()()e x p ()i H K S j t ωωω*=-对应的时域冲激响应函数形式为*0()()i h t Ks t t =- 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02o S E N N ⎛⎫= ⎪⎝⎭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：*0()()()()()o i i i s t s h t d K s s t t d ττττττ∞∞-∞-∞=-=-+⎰⎰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。

电子科技大学雷达信号产生与处理实验六组名：4组组员：邹先雄：201522020654陈大强：201522020672熊丁丁：201522020610王祥丽：201522020741李雯： 201522020764李文持：201522020755一、实验项目名称：课程设计二、实验目的：1.熟悉QuartusII的开发、调试、测试2.LFM中频信号产生与接收的实现3.LFM脉冲压缩处理的实现三、实验内容：1.输出一路中频LFM信号：T=24us，B=5Mhz，f0=30Mhz2.构造中频数字接收机（NCO）对上述信号接收3.输出接收机的基带LFM信号，采样率7.5Mhz4.输出脉冲压缩结果四、实验要求：1.波形产生DAC时钟自行确定2.接收机ADC采样时钟自行确定3.波形产生方案及相应参数自行确定4.接收机方案及相应参数自行确定五、实验环境、工具：MATLAB软件、QuartusII软件、软件仿真、计算机六、实验原理：方案总框图：系统程序仿真图（1）中频LFM 信号产生过程：LFM 信号要求为T=24us ，B=5MHz ，f0 =30MHz 。

选择采样率为75MHz 。

产生LMF 的matlab 代码如下： mhz=1e6; us=1e-6;%-----------------------波形参数----------------------------- fs=75*mhz; f0=30*mhz;B=5*mhz;T=24*us;%-----------------------波形计算------------------------------ K=B/T;Ts=1/fs;t=[0:Ts:T];lfm_if=cos(2*pi*(f0-B/2)*t+pi*K*t.^2);N=length(lfm_if);地址计数器模块：波形存储模块：数据锁存器：FIR滤波器模块：顶层文件原理图：（2）时钟产生时钟产生输入时钟选择25MHz，通过CLK核，产生75MHz的中频采样频率，和7.5MHz基带采样频率。

收稿日期:2008-10-05;　修回日期:2008-12-14基金项目:空军工程大学学术(联合)基金项目线性调频脉冲压缩雷达仿真研究廖建国1　李永2　李继杰2(1.中国人民解放军94907部队,南昌330013;2.中国人民解放军95037部队,武汉430000) 摘　要　文章分析了线性调频(LF M )脉冲压缩雷达的工作原理,对LF M 信号及其匹配滤波输出信号进行了仿真,验证了理论分析的正确性,进而对LF M 脉冲压缩雷达系统进行仿真,得出LF M 信号可有效解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。

关键词　匹配滤波　线性调频(LF M )　Matlab 仿真0　引　言 研制或对现有雷达系统进行试验通常面临周期长、投资大等诸多问题,而最后的性能指标能否达到要求也存在不确定性。

用数学建模对雷达系统加以描述,最后利用计算机进行仿真计算,可以在较短的周期内使用较低的成本对将要研制的项目有一个科学的评估,从而缩短研制周期、降低风险。

文章采用Si m ulink 仿真软件,对线性调频脉冲压缩雷达进行了相关仿真,其内容包括仿真采用的原理模型、基于Si m ulink 的仿真实现方法等。

通过对结果的分析及比较,得出了线性调频(LF M )信号可有效解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾,从而为应用LF M 信号提高雷达效能提供了理论基础和指导。

1　LF M 脉冲压缩雷达工作原理[1] LF M 脉冲压缩雷达的工作原理图如图1所示。

如果将雷达天线和目标看作一个系统,可得到如图2的等效LTI (线性时不变)系统。

等效LTI 系统的冲击响应可写成:h (t )=∑Mi =1σiδ(t -τi)(1)式中,M 为目标的个数,σi 为目标散射特性,τi 是光速在雷达与目标之间往返一次的时间:τi =2R ic(2)式中,R i 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,得到输出信号(即雷达的回波信号)s r (t ):S r (t )=s (t )3h (t )=s (t )3∑Mi =1σiδ(t -τi)=∑Mi =1σis (t -τi)(3)2　LF M 信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距952010年第2期空间电子技术S PAC E ELEC TRON I C TECHNOLO GY离分辨率。

西南科技大学课程设计报告课程名称：设计名称：雷达线性调频信号的脉冲压缩处理姓名：学号:班级：指导教师：起止日期： 2010.12.25-----2011.1.5学生班级：学生姓名：学号：设计名称：雷达线性调频信号的脉冲压缩处理起止日期： 2010、12、25——2011、1、03 指导教师：课程设计学生日志课程设计评语表雷达线性调频信号的脉冲压缩处理一、 设计目的和意义掌握雷达测距的工作原理，掌握匹配滤波器的工作原理及其白噪声背景下的匹配滤波的设计，线性调频信号是大时宽频宽积信号；其突出特点是匹配滤波器对回波的多普勒频移不敏感以及更好的低截获概率特性。

LFM 信号在脉冲压缩体制雷达中广泛应用；利用线性调频信号具有大带宽、长脉冲的特点，宽脉冲发射已提高发射的平均功率保证足够的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲已提高距离分辨率，较好的解决了雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾；。

而利用脉冲压缩技术除了可以改善雷达系统的分辨力和检测能力，还增强了抗干扰能力、灵活性，能满足雷达多功能、多模式的需要。

二、 设计原理 1、匹配滤波器原理：在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为)(t x ： )()()(t n t s t x +=其中：)(t s 为确知信号，)(t n 为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为2/No 。

设线性滤波器系统的冲击响应为)(t h ，其频率响应为)(ωH ，其输出响应：)()()(t n t s t y o o += 输入信号能量：∞<=⎰∞∞-dt t s s E )()(2输入、输出信号频谱函数： dt e t s S t j ⎰∞∞--=ωω)()()()()(ωωωS H S o =ωωωπωωd e S H t s tj o ⎰∞-=)()(21)( 输出噪声的平均功率：ωωωπωωπd P H d P t n E n n o o ⎰⎰∞∞-∞∞-==)()(21)(21)]([22)()()(21)()(2122ωωωπωωπωωd P H d e S H SNR n t j o o ⎰⎰∞∞-∞∞-=利用Schwarz 不等式得：ωωωπd P S SNR n o ⎰∞∞-≤)()(212上式取等号时，滤波器输出功率信噪比o SNR 最大取等号条件：otj n eP S H ωωωαω-=)()()(* 当滤波器输入功率谱密度是2/)(o n N P =ω的白噪声时，MF 的系统函数为： ,)()(*o t j e kS H ωωω-=oN k α2=k 为常数1，)(*ωS 为输入函数频谱的复共轭，)()(*ωω-=S S ，也是滤波器的传输函数)(ωH 。

1024点的脉冲压缩程序一实验原理1. chirp信号【程序】Tp=2e-6;%脉冲宽度Bandwith = 100e6;%频域带宽Fs = 125e6;%抽样频率r = Bandwith/Tp;%调频率fc = 100;%载波频率N_FFT=1024;%fft抽样点数%定义LFM函数n=round(Tp*Fs);t=linspace(-n/2,n/2,n)/Fs;s_shiyu=exp(1j*pi.*r.*t.^2);% figure;% plot(t,real(s_shiyu));% hold on;plot(t,imag(s_shiyu),'r');% title('LFM信号时域-实部和虚部');% xlabel('t/s');s_pinyu=fftshift(fft(s_shiyu,N_FFT));f=linspace(-Fs/2,Fs/2,N_FFT);% figure;% plot(f,real(s_pinyu));% hold on;plot(f,imag(s_pinyu),'r'); % title('LFM信号pin域-实部和虚部');% xlabel('f/Hz');figureplot(t,abs(s_shiyu));title('LFM信号幅度-shiyu');xlabel('t/s');figure;plot(angle(s_shiyu));title('LFM信号-shiyu');xlabel('t');ylabel('Phase');figureplot(f,abs(s_pinyu));title('LFM信号幅度-pinyu');xlabel('f/Hz');ylabel('幅度');figure;plot(angle(s_pinyu));title('LFM信号幅度-pinyu');xlabel('f');ylabel('Phase');【fftshift函数特点】fftshift是针对频域的，将FFT的DC分量移到频谱中心即对频域的图像，（假设用一条水平线和一条垂直线将频谱图分成四块）对这四块进行对角线的交换与反对角线的交换。

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析
线性调频脉冲压缩（Linear Frequency Modulated Pulse Compression，LFMC）技术
是一种常用于雷达系统中的信号处理技术。

它通过将短脉冲信号调频，然后在接收端进行
解调和压缩，从而实现对目标回波信号的高分辨率测量和目标检测。

1. 高分辨率测量：线性调频脉冲压缩技术可以通过压缩脉冲信号的时间宽度，提高
雷达系统对目标距离分辨率。

通过调整脉冲信号的调频斜率和脉冲宽度，可以实现对不同
距离目标的分辨能力。

2. 目标检测：线性调频脉冲压缩技术可以通过对接收到的回波信号进行解调和压缩，从而增强目标回波的信噪比，提高目标检测能力。

通过调整压缩滤波器的参数，可以选择
性地压制背景噪声，进一步提高目标检测的可靠性。

3. 抗干扰能力：线性调频脉冲压缩技术具有良好的抗多径干扰的能力。

由于调频信
号具有较大的带宽，相对于信号传播路径中的多径传播，调频信号的时间展宽更大，使得
不同路径上的回波信号能够分离开来，减小了多径干扰对目标测量的影响。

4. 多普勒频移估计：线性调频脉冲压缩技术可以通过对接收回波信号的频谱分析，
提取出目标相对于雷达系统的多普勒频移信息。

这对于目标的运动状态估计和目标分类具
有重要的意义。

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用十分广泛，可以实现高分辨率测量、目标
检测、抗干扰能力、多普勒频移估计和同时任务处理等功能。

它在军事、民用以及科研领
域都有着重要的地位和价值。

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用分析雷达（Radar）是一种利用电磁波原理来探测目标位置与运动状态的技术。

线性调频脉冲压缩技术（Linear Frequency Modulated Pulse Compression，简称LFMPC）是雷达系统中常用的信号处理技术之一，它通过变化脉冲信号的频率来提高雷达的分辨率和探测性能。

本文将从原理、应用和优势三个方面对线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中的应用进行分析。

线性调频脉冲压缩技术的原理是基于脉冲压缩的概念。

脉冲压缩是指将较宽的脉冲信号在时域上进行压缩，从而在频域上获得更好的分辨率和距离分辨率。

线性调频脉冲压缩技术通过线性调频信号来实现脉冲压缩。

具体而言，脉冲信号的频率随时间线性变化，这种信号可以通过傅里叶变换得到频谱，将其与接收到的信号进行相关运算，即可得到压缩后的信号。

压缩后的信号具有更窄的带宽和更长的脉冲宽度，从而提高了信号的分辨率和目标的探测能力。

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中有广泛的应用。

线性调频脉冲压缩技术可以提高雷达系统的距离分辨率。

由于线性调频信号具有较宽的带宽，可以使得雷达系统能够更准确地测量目标与雷达之间的距离，从而提高雷达系统的分辨率。

线性调频脉冲压缩技术还可以提高雷达系统的速度分辨率。

线性调频信号的频率变化率与目标的速度成正比，通过测量返回信号的频率变化率，可以准确地估计目标的速度。

而且，线性调频脉冲压缩技术还可以提高雷达系统的抗干扰能力。

由于线性调频信号的频率变化比较大，相邻频率之间的干扰信号在相关运算中会被抵消，从而提高了系统对干扰的抑制能力。

线性调频脉冲压缩技术在雷达系统中具有一些优势。

线性调频脉冲压缩技术具有较高的距离分辨率和速度分辨率，能够提供更精确的目标测量结果。

由于线性调频脉冲压缩技术能够提高系统的抗干扰能力，使得雷达系统在复杂电磁环境下仍能稳定工作。

线性调频脉冲压缩技术的硬件实现相对简单，成本相对较低，适用于各种不同类型的雷达系统。