脉冲压缩原理.pdf

电磁脉冲压缩算法1. 引言电磁脉冲（Electromagnetic Pulse，简称EMP）是一种强大的电磁辐射，它能够对电子设备和电力系统造成严重破坏。

为了应对EMP的威胁，研究人员提出了各种电磁脉冲压缩算法，用于减小脉冲的时域宽度，从而降低对设备的破坏性。

电磁脉冲压缩算法是一种数字信号处理技术，通过对脉冲信号进行数学处理，实现对脉冲宽度的压缩。

本文将介绍电磁脉冲压缩算法的原理、常见的算法方法以及应用领域。

2. 压缩算法原理电磁脉冲压缩算法的基本原理是利用信号的相关性来实现对脉冲宽度的压缩。

在传统的压缩算法中，常用的方法是通过线性滤波器实现脉冲的压缩。

线性滤波器可以通过卷积运算来实现，将输入信号与滤波器的冲激响应进行卷积，得到输出信号。

具体来说，对于一个宽度为T的输入脉冲信号x(t)，通过与一个冲激响应为h(t)的线性滤波器进行卷积运算，得到输出信号y(t)。

输出信号的宽度小于输入信号的宽度，实现了脉冲的压缩。

3. 常见的压缩算法方法3.1 匹配滤波器匹配滤波器是一种常见的电磁脉冲压缩算法，它通过选择合适的冲激响应来实现脉冲的压缩。

匹配滤波器的冲激响应与输入信号的自相关函数相等，因此可以最大化输出信号的峰值功率。

匹配滤波器的设计需要先获取输入信号的自相关函数，然后通过数学方法计算出冲激响应。

最后，将输入信号与冲激响应进行卷积运算，得到压缩后的输出信号。

3.2 哈达玛变换哈达玛变换是一种基于频域的压缩算法，它通过将输入信号转换到频域进行处理，实现对脉冲宽度的压缩。

哈达玛变换将输入信号分解为若干个频率分量，然后对每个分量进行压缩处理，最后再将分量合并得到输出信号。

哈达玛变换的优点是可以同时处理多个频率分量，适用于复杂的输入信号。

然而，它的计算复杂度较高，需要进行大量的乘法和加法运算。

3.3 小波变换小波变换是一种基于时频域的压缩算法，它将输入信号分解为不同尺度和频率的小波函数，然后对每个小波函数进行压缩处理，最后再将小波函数合并得到输出信号。

从匹配滤波的角度说明脉冲压缩的基本原理
脉冲压缩是雷达信号处理中的一种重要技术，其基本原理是将宽脉冲信号通过匹配滤波器进行压缩，以提高雷达的分辨率和探测能力。

下面从匹配滤波的角度解释脉冲压缩的基本原理。

匹配滤波器是一种特殊的线性滤波器，其输出信号的频谱与输入信号的频谱成共轭对称。

在雷达信号处理中，匹配滤波器被用于接收和处理回波信号，以获得最大的信噪比。

在脉冲压缩雷达中，发射信号通常是一个宽脉冲，其频谱具有较大的带宽。

当这个宽脉冲信号照射到目标后，目标的散射回波信号被接收。

由于目标的距离不同，回波信号的延迟时间也不同。

为了实现高分辨率，需要对回波信号进行匹配滤波处理。

匹配滤波器对输入信号的频谱具有选择性，只有与滤波器频谱相匹配的信号才能通过滤波器。

在脉冲压缩雷达中，匹配滤波器的频谱与发射信号的频谱相匹配，因此，当回波信号通过匹配滤波器时，其频谱会被压缩。

由于匹配滤波器输出的信号与输入信号的频谱成共轭对称，因此输出信号的带宽与输入信号相同。

通过匹配滤波器的压缩处理，回波信号的脉冲宽度被显著压缩，从而提高了雷达的分辨率。

同时，由于匹配滤波器能够使回波信号的信噪比最大化，因此提高了雷达的探测能力。

总之，脉冲压缩的基本原理是通过匹配滤波器的压缩处理，将宽脉冲信号转换为窄脉冲信号，同时保持其带宽不变，从而实现高分辨率和探测能力的提升。

“雷达原理”作业报告西安电子科技大学2011年11月摘要简单介绍了脉冲压缩技术的原理和类型，并对线性调频脉冲压缩进行了详细的分析推导。

引言雷达是通过对回波信号进行接收再作一些检测处理来识别复杂回波中的有用信息的。

其中，波形设计有着相当重要的作用，它直接影响到雷达发射机形式的选择"信号处理方式"雷达的作用距离及抗干扰"抗截获等很多重要问题。

现代雷达中广泛采用了脉冲压缩技术。

脉冲压缩雷达常用的信号有线性调频信号和二相编码信号。

脉冲压缩雷达具有高的辐射能量和高的距离分辨力，这种雷达具有很强的抗噪声干扰和欺骗干扰的性能。

对线性调频信号有效的干扰方式是移频干扰(对二相编码信号较有效的干扰方式是距离拖引干扰。

1脉冲压缩简介雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标，并测定目标的空间位置。

雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。

所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。

一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标，而与信号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。

两个目标在同一角度但处在不同距离上，其最小可区分的距离称为距离分辨力，如图1．1所示，雷达的距离分辨力取决于信号带宽。

对于给定的雷达系统，可达到的距离分辨力为B c r 2=δ式中，c 为光速，B=f ∆可为发射波形带宽。

图1．1脉冲压缩雷达原理示意图雷达的速度分辨力可用速度分辨常数表征，信号在时域上的持续宽度越大，在频域上的分辨能力就越好，即速度分辨力越好。

对于简单的脉冲雷达，B=f ∆=1／τ，此处，τ为发射脉冲宽度。

因此，对于简单的脉冲雷达系统，将有τδ2c r =在普通脉冲雷达中，由于雷达信号的时宽带宽积为一常数(约为1)，因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。

雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围，也是雷达的重要性能参数，它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离，仰角和方位角的探测范围。

脉冲压缩技术机理脉冲压缩技术，这听起来好像挺高大上的，但其实在我们的生活中也有着不少的应用呢！咱先来说说啥是脉冲压缩技术。

想象一下，你在操场上大声喊“喂”，这声音就像一个短而强烈的脉冲。

但如果这个声音能保持响亮的同时，还能持续很长时间，那就更能被远处的人听到，这就是脉冲压缩技术想要实现的效果。

简单说，就是把短而强的脉冲变得又长又强。

我给你举个例子吧，有一次我去参加一个科技展览，看到了一个关于雷达的展示。

那个讲解员就说到了脉冲压缩技术。

他说传统的雷达脉冲短，就像短跑选手，爆发力强但跑不远。

而有了脉冲压缩技术，雷达脉冲就像长跑选手，不仅有爆发力，还能持续发力，探测到更远更准确的目标。

当时我就在想，这可太神奇了！那脉冲压缩技术是咋实现的呢？这就得提到一些关键的方法啦，比如线性调频、相位编码等等。

线性调频就像是给声音加了个“滑音”，让频率从低到高或者从高到低变化，接收端处理的时候就能把短脉冲拉长。

相位编码呢，就好像给脉冲穿上了一件有特殊编码的“衣服”，接收端通过识别这件“衣服”来实现脉冲的压缩。

脉冲压缩技术的好处可多了去了。

比如说在雷达系统中，它能提高距离分辨率，让我们更清楚地分辨出不同距离的目标。

就像你在一堆水果中，能轻松分辨出哪个苹果离你近，哪个梨离你远。

而且它还能增强抗干扰能力，不会轻易被其他乱七八糟的信号干扰，就像你在嘈杂的市场里，依然能清晰地听到你朋友的声音。

在通信领域，脉冲压缩技术也大有用处。

它能增加信号的传输距离和可靠性，让你的信息像有了“导航”一样，准确无误地到达目的地。

再比如说医学上的超声成像，脉冲压缩技术能让图像更清晰，医生就能更准确地判断病情啦。

这就好比你原本看一幅画模模糊糊的，现在突然变得清晰无比，所有的细节都能看清楚。

总之，脉冲压缩技术就像是一个神奇的魔法，让短而强的脉冲变得更有用、更强大。

它在各个领域的应用，不断地推动着科技的发展，给我们的生活带来了更多的便利和惊喜。

回想那次在科技展览上的经历，我对脉冲压缩技术的好奇和惊叹至今还记忆犹新。

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 3.2.1时宽-带宽积的概念发射脉冲宽度τ和系统有效(经压缩的)脉冲宽度0τ的⽐值称为脉冲压缩⽐，即0D ττ=(3-1)因为01B τ=，所以，式（3-1）可写成D Bτ=(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：(),/2/2()0,j t Ae T t T u t θ?-<<=?其他(3-3)匹配滤波器输出端的信噪⽐为：()00S N EN =(3-4)其中信号能量为[13] ：212E A T =(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av P ，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τ的限制。

脉冲压缩二极管的工作原理
脉冲压缩二极管的工作原理是基于二极管的非线性特性。

当二极管处于正向偏置时，其电流随着电压的变化而线性变化。

但是当电流超过一定阈值时，二极管会进入饱和状态，电流的增加与电压的变化之间的关系不再是线性的。

利用这种非线性特性，脉冲压缩二极管可以将输入信号中的高幅度脉冲压缩为短脉冲。

具体而言，当输入信号的幅度超过压缩二极管的阈值时，二极管进入饱和状态，导致输出信号的幅度显著减小。

同时，由于二极管饱和状态的响应速度较快，高幅度的输入脉冲会被瞬间压缩成短脉冲。

因此，脉冲压缩二极管可以用于压缩高幅度脉冲信号，从而实现信号的快速传输和处理。

它在雷达、通信系统和超快光学领域等应用中具有重要作用。

巴克码相位调频脉冲压缩
巴克码相位调频脉冲压缩 (BPC) 是一种数字脉冲压缩技术，用于提高雷达系统的目标检测和分辨率能力。

原理
BPC 使用巴克码序列对宽带脉冲进行相位调制。

巴克码是一种二进制序列，由正相和负相脉冲组成。

相位调制将脉冲压缩到比原始脉冲更窄的持续时间。

当压缩脉冲与目标回波叠加时，相位调制被反转。

这导致巴克码序列的匹配滤波器输出一个尖锐的峰值，指示目标的位置和距离。

优点
•高范围分辨率：BPC 可以实现非常窄的脉冲宽度，提高目标的范围分辨率。

•低旁瓣电平：BPC 的匹配滤波器响应具有低旁瓣电平，这有助于抑制混响和干扰。

•高处理增益：BPC 可以提供高处理增益，提高雷达的信噪比。

•成本低：BPC 的数字实现相对简单且成本低。

缺点
•脉冲重复频率 (PRF) 限制：BPC 要求高 PRF 以避免范围模棱两可。

•多径效应：BPC 对多径效应敏感，这可能会导致目标 ghosting。

•运动补偿：对于运动目标，需要运动补偿技术以保持相位对齐。

应用
BPC 用于各种雷达应用，包括：
•空中交通管制
•测绘
•导航
•火控系统
•电子战
替代方案
其他数字脉冲压缩技术包括：
•线性调频脉冲压缩 (LFM)
•二进制相位编码 (BPC)
•极化相位编码 (PPC)。

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，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到。

测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。

于是在匹配滤波器理论指导下，人们提出了脉冲压缩的概念。

由于发射机效率的限制，雷达真正采用的脉压信号是由调频和相位编码产生的，其中以线性调频和二相编码信号的研究与应用最为广泛。