第6章相位编码脉冲信号(研)

线性调频、非线性调频及相位编码信号脉冲压缩处理研究作者：胡双雄等来源：《价值工程》2013年第01期摘要：本文首先对脉冲压缩处理中线性调频、非线性调频和相位编码三种发射信号进行深入的研究分析，然后对各种信号优缺点进行了分析对比，最后完成了线性调频信号脉冲压缩处理的matlab仿真，并对经过脉冲压缩处理后的不同的回波信号的旁瓣抑制比和处理增益进行分析计算，对今后的工作有一定的指导意义。

Abstract： This paper carried out in-depth research and analysis of three kinds of transmiting signals of linear frequency modulation， nonlinear frequency modulation and phase encoding in pulse compression processing firstly， and then made comparative analysis on strengths and weaknesses of each signal. Finally， completed the chirp signal pulse compression processing matlab simulation，and carried out analysis and calculation to processing gain and sidelobes rejection ratio of different echo signal treated after pulse compression， providing the guidance for future work.关键词：线性调频；非线性调频；相位编码；脉冲压缩；matlab仿真Key words： linear FM；nonlinear FM；phase encoding；pulse compression；matlab simulation中图分类号：TN957 文献标识码：A 文章编号：1006-4311（2013）01-0188-030 引言脉冲压缩理论始于二战初期，随着脉冲压缩技术的发展以及元器件性能的进一步提高，目前，脉冲压缩技术已经比较成熟，并在现代雷达中得到了广泛的应用[1]。

相位编码脉冲信号-回复相位编码脉冲信号是一种常见的数字通信技术，它在数据传输过程中通过改变信号的相位来表示数字信息。

相位编码脉冲信号在通信系统中被广泛采用，因为它具有高带宽利用率、低误码率和较强的抗干扰能力等优点。

本文将从相位编码脉冲信号的基本原理、编码方式、解码原理和应用等方面详细介绍该技术。

一、相位编码脉冲信号的基本原理在了解相位编码脉冲信号之前，我们先来了解一下脉冲调制技术。

脉冲调制是指通过操作脉冲信号的某些特性来携带数字信息。

常见的脉冲调制技术有脉冲幅度调制（PAM）、脉冲宽度调制（PWM）和脉冲位置调制（PPM）等。

而相位编码脉冲信号属于脉冲位置调制技术的一种。

相位编码脉冲信号的基本原理是通过改变脉冲信号的相位来表示数字信息。

相位是指信号相对于参考信号的时间关系，可以用角度来表示。

相位编码脉冲信号将一个或多个二进制比特映射到一组预定义的相位值上，根据不同的相位值来表示不同的数字信息。

这种编码方式能够有效提高信号的传输效率，提高带宽利用率。

二、相位编码脉冲信号的编码方式在相位编码脉冲信号的编码方式中，最常见的是二进制相位编码（Binary Phase Shift Keying，BPSK）和四相位编码（Quadrature Phase ShiftKeying，QPSK）。

1. 二进制相位编码（BPSK）二进制相位编码将一个比特映射到两个相位值上，其中一个相位值表示0，另一个相位值表示1。

这种编码方式相对简单，但传输速率较低。

2. 四相位编码（QPSK）四相位编码将两个比特映射到四个相位值上，每个相位值表示一种可能的组合。

这种编码方式在相同的传输速率下能够传输更多的信息，但也更容易受到噪声的影响。

除了BPSK和QPSK，还有八相位编码（8PSK）和多相位编码（MPSK）等。

不同的编码方式适用于不同的应用场景，可以根据具体需求选择。

三、相位编码脉冲信号的解码原理相位编码脉冲信号的解码原理与编码相反，即通过检测信号的相位差来识别不同的相位值，从而恢复数字信息。

雷达相位编码是一种用于无线雷达通信或雷达测量的编码技术。

它通过改变波形信号的相位来传输信息，从而实现数据的传输或目标的测量。

在雷达通信中，相位编码可以用于调制和解调数据信号。

发送方将数字数据转换为对应的相位变化，然后将这些相位变化的波形发送出去。

接收方通过检测接收到的波形的相位变化来恢复原始的数字数据。

在雷达测量中，相位编码可以提高测距和测速的精度。

通过对发射的连续波或脉冲信号进行相位编码，可以实现对回波信号相位的精确测量。

通过测量相位变化，可以计算出目标与雷达的距离和速度等信息。

此外，最简单的相位编码雷达使用了两种雷达波形，它们是具有相同频率和幅度，但是相位相差180°的两个正弦信号。

将其中一个信号用1表示，另一个用0表示。

这种信号被称为二进制相移键控（BPSK）信号。

一个BPSK信号从0到1的变化速率，或者从1到0，被称作码片速率。

相位编码雷达不是发射很长的正弦信号，而是发射相位可能变化的、级联的、短的正弦信号。

如需了解更多有关雷达相位编码的信息，建议查阅相关文献或咨询
雷达专家。

第6 章模拟信号的数字化本章教学要求：1、掌握低通型抽样定理、PCM 基本工作原理。

掌握均匀量化原理、非均匀量化原理（A 律13折线）和编码理论。

2、理解时分复用和多路数字电话系统原理。

3、了解PCM 抗噪声性能、DM 和DPCM 系统原理。

§6.1 引言一、什么是模拟信号数字化？就是把模拟信号变换为数字信号的过程，即模数转化。

这是本章欲解决的中心问题。

二、为什么要进行模数转换？由于数字通信的诸多优点，数字通信系统日臻完善。

致使许多模拟信源的信号也想搭乘数字通信的快车；先将模拟信号转化为数字信号，借数字通信方式（基带或频带传输系统）得到高效可靠的传输，然后再变回模拟信号。

三、怎样进行数字化？就目前通信中使用最多的模数转换方法—脉冲编码调制（PCM）为典型，它包含三大步骤：1.抽样（§2 和§3）；2.量化（§4）；3.编码（§5）1.抽样：每隔一个相等的时间间隙，采集连续信号的一个样值。

2.量化：将量值连续分布的样值，归并到有限个取值范围内。

3.编码：用二进制数字代码，表达这有限个值域（量化区）。

2、解调3、抽样定理从频谱图清楚地看到，能用低通滤波器完整地分割出一个F（ω）的关键条件是ωs≥2ωm，或f s≥2f m。

这里2f m 是基带信号最大频率，2f m 叫做奈奎斯特抽样频率。

抽样定理告诉我们，只要抽样频率不小于2f m，从理想抽样序列就可无失真地恢复原信号。

二、带通抽样带通信号的带宽B=f H-f L，且B<<f H，抽样频率f s 应满足f s=2B(1+K/N)=2f H/N 式中，K=f H/B-N，N 为不超过f H/B 的最大整数。

由于0≤K<1，所以f s在2B～4B 之间。

当f H >> B 即N >>1 时f S =2B。

当f S > 2B(1+R/N) 时可能出现频谱混叠现象（这一点是与基带信号不同的）例：f H= 5MHz，f L = 4MHz，f S =2MHz 或3MHz 时，求M S(f)§6.3 脉冲幅度调制（PAM）理想抽样采用的单位冲击序列，实际中是不存在的，实际抽样时采用的是具有一定脉宽和有限高度的窄脉冲序列来近似。

相位编码脉冲信号一、引言相位编码脉冲信号是一种常见的信息传输方式，广泛应用于通信、雷达、声呐等领域。

它通过改变脉冲信号的相位来表示不同的信息，从而实现信息的传输和识别。

本文将对相位编码脉冲信号的基本原理、应用场景、优势以及发展趋势进行详细介绍。

二、相位编码脉冲信号的基本原理相位编码脉冲信号的基本原理是利用信号波形的相位变化来表示信息。

在相位编码脉冲信号中，每个脉冲信号都有一个确定的相位，这些相位的不同组合表示不同的信息。

例如，常见的二进制相位编码脉冲信号中，相位0°和180°表示0，而相位90°和270°表示1。

通过这种方式，信息被编码到了脉冲信号的相位中。

三、相位编码脉冲信号的应用场景相位编码脉冲信号因其高可靠性、低噪声和低失真等特点而被广泛应用于通信、雷达和声呐等系统中。

在通信系统中，相位编码脉冲信号可以用于数字信号的传输，实现高速、高容量的数据传输。

在雷达系统中，相位编码脉冲信号可以用于目标探测和跟踪，实现对目标的精准定位。

在声呐系统中，相位编码脉冲信号可以用于水下目标的探测和识别，提高声呐系统的探测精度和距离。

四、相位编码脉冲信号的优势相位编码脉冲信号具有以下优势：1.高可靠性：相位编码脉冲信号的抗干扰能力强，能够有效地抵抗噪声和干扰，保证信息的准确传输。

2.低噪声和低失真：相位编码脉冲信号的波形稳定，失真小，能够保证信息的完整性。

3.高速传输：通过改变脉冲信号的相位，可以实现高速的数据传输，满足现代通信和雷达系统的需求。

4.易于同步：相位编码脉冲信号的接收端可以通过提取脉冲信号的相位信息实现信号的同步，降低了系统的复杂度。

五、发展趋势随着科技的不断发展，相位编码脉冲信号的应用前景越来越广阔。

未来，相位编码脉冲信号将在以下几个方面得到进一步发展：1.高速化：随着通信和雷达技术的发展，对相位编码脉冲信号的传输速率要求越来越高。

未来将通过优化信号处理算法和技术手段，进一步提高相位编码脉冲信号的传输速率。

脉冲编码器原理
脉冲编码器是一种常用于数字通信和数字信号处理的设备，用于将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。

它采用脉冲信号的方法来对原始模拟信号进行采样和量化，然后将其编码为二进制数字，以便在数字系统中进行处理和传输。

脉冲编码器的原理是通过周期性地对模拟信号进行采样，将每个采样值量化为一个数字，然后将这些数字编码成二进制形式。

采样是指在固定时间间隔内对模拟信号进行测量，目的是捕捉信号的幅度变化。

量化是指将连续的模拟信号分为若干个不同的离散级别，然后将每个采样值映射到最近的级别，以便离散表示。

编码是将这些离散的量化值映射到相应的二进制码字上，以便存储和传输。

脉冲编码器有多种类型，其中最常用的是脉冲幅度调制（PAM）和脉冲位置调制（PPM）。

在PAM编码中，每个量
化级别都对应一个幅度值，并将每个采样值映射到最近的幅度级别。

在PPM编码中，每个量化级别都对应一个时间位置，
并将每个采样值映射到最近的时间位置。

脉冲编码器具有以下几个特点和优势：
1. 提高了传输效率：通过将模拟信号转换为数字信号，可以减小信号的带宽要求，提高传输效率。

2. 提高了信号质量：数字信号对噪声和失真具有更好的容错性，可以提高信号的质量和可靠性。

3. 方便数字信号处理：数字信号可以方便地进行复制、存储、处理和传输，便于在数字系统中进行各种信号处理操作。

4. 兼容性强：脉冲编码器可以与其他数字设备和系统很好地兼容，便于集成和连接。

通过脉冲编码器，可以将连续的模拟信号转换为方便处理和传输的数字信号，从而实现高效的数字通信和信号处理。

这在现代通信和信息领域中具有广泛的应用。

《雷达原理与系统》试题姓名学号一、填空题（24分）1、（2分）“RADAR”是英文的缩写，“脉冲多普勒雷达”的英译为，“MTI”是英文的缩写“RCS”是英文的缩写。

2、（1.5分）下图为超外差式雷达接收机的简化方框图，请从A、B、C、D、E 中选择合适的接收机部件名称填入空白处。

A 低噪声高频放大器；B检波器；C混频器；D脉冲产生器；E同步器3、（1分）脉冲积累有两种基本方式，分别为____________和______________。

4、（2分）信号1为脉冲重复周期为110μs的脉冲串，信号2为脉冲重复周期为100μs的脉冲串，将二者组合使用采用二参差重频法的最大不模糊测距范围可达______km。

5、（2分）单目标角跟踪雷达最常用的角跟踪体制有两种，分别是单脉冲测角体制和圆锥扫描体制，一般而言，在其他条件相同的情况下，单脉冲测角体制的精度比圆锥扫描体制更（高或低）。

单脉冲测角体制比圆锥扫描体制的作用距离更(远或近)，单脉冲体制的抗干扰能力比圆锥扫描体制更(强或弱)，单脉冲体制的角数据率比圆锥扫描体制更(高或低)。

6、根据下列选项完成框图：（填字母即可，3分）A、脉冲串积累器；B、中频放大器；C、匹配滤波；D、单边带滤波器；E、峰点估计；F、混频器；G、相位检波；H、AGC；I、包络检波（1）、在平稳高斯噪声情况下，随机相位单脉冲信号的最佳检测系统可以用下面的简单框图来表示：（2）、在平稳高斯噪声情况下，非相参脉冲串信号的最佳检测系统可以用下面的简单框图来表示：（3）、对雷达信号回波时延的估计流程可以用下面的简单框图来表示：回波信号 0ˆτ7、（1.5分）若雷达发射信号对应的复包络信号为u(t)，回波时延记为τ，频移为d f ，那么该信号的模糊函数表达式为 。

（正型模糊函数）8、（2分）某雷达采用相位编码信号（255位M －序列编码），则根据雷达分辨理论，此类信号可达到的延时－多普勒分辨常数为 。

雷达相位编码1. 介绍雷达相位编码是一种用于雷达信号处理的技术，通过改变信号的相位来实现信息传输和目标探测。

相位编码技术在雷达领域有着广泛的应用，可以提高雷达系统的性能和效率。

在传统的雷达系统中，通常使用脉冲信号来进行目标探测。

但是脉冲信号具有固定的幅度和频率，无法携带更多的信息。

而相位编码技术可以通过改变信号的相位来携带更多的信息，从而提高雷达系统的功能。

2. 相位编码原理相位编码是基于相位调制原理实现的。

在雷达中，通常使用载波信号进行数据传输。

通过改变载波信号的相位来表示不同的数据或信息。

常见的相位编码方式有以下几种：2.1. Binary Phase Shift Keying (BPSK)BPSK是一种基本的二进制相位编码方式。

它将0和1分别映射到不同的载波相位上。

当要传输0时，载波信号保持原始相位不变；当要传输1时，载波信号反转180度。

BPSK具有简单、易于实现的优点，但是传输速率较低。

2.2. Quadrature Phase Shift Keying (QPSK)QPSK是一种更高级的相位编码方式。

它将两个二进制比特映射到载波信号的四个不同相位上。

每个相位代表一个不同的符号。

QPSK可以提高传输速率，但对系统性能要求较高，需要更复杂的解调器。

2.3. M-ary Phase Shift Keying (M-PSK)M-PSK是一种多进制相位编码方式。

它将多个比特映射到载波信号的不同相位上。

M代表了可以表示的不同相位数目。

M-PSK可以进一步提高传输速率，但也使得系统更加复杂。

3. 相位编码在雷达中的应用雷达相位编码技术在雷达系统中有着广泛的应用，主要体现在以下几个方面：3.1. 目标探测和跟踪相位编码技术可以提高雷达系统对目标的探测和跟踪能力。

通过改变信号的相位，可以增加信号的分辨率和抗干扰能力，从而提高目标检测和跟踪精度。

3.2. 数据传输和通信相位编码技术可以用于雷达系统中的数据传输和通信。

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1. 非线性调频信号（NLFM）由前面介绍，我们知道为了解决单载频脉冲信号的局限性，在现代雷达系统中，人们普遍使用具有大时宽带宽积的脉冲压缩信号。

脉冲压缩技术：在发射端，通过对相对较宽的脉冲进行调制使其同时具有大的带宽，从而得到大时宽带宽积的发射信号；在接收端，对接收的回波信号进行压缩处理，得到较窄的脉冲。

下图为 LFM 信号脉压前后的回波对比图，同图中我们可以看出，脉压可极大的提升目标的距离分辨率。

故脉冲压缩可以有效地解决距离分辨力与平均功率（速度分辨力）之间的矛盾，能够得到较高的距离测量精度、速度测量精度、距离分辨率和速度分辨力，在现代雷达中得到了广泛的使用。

在脉冲压缩技术中，雷达所使用的发射信号波形的设计，是决定脉冲压缩性能的关键。

常用的发射信号波形分为：线性调频（LFM）信号，非线性调频（NLFM）信号和相位编码（PSK）信号等，本文主要讨论的是NLFM信号。

LFM 信号的产生和实现都比较容易，是研究最早、应用较为广泛的一种脉冲压缩信号。

LFM 信号的频率在脉冲宽度内与时间变化成线性关系。

LFM 信号最大的优点是匹配滤波器对回波信号的脉冲多普勒频移不敏感，即使回波信号具有较大的多普勒频移，采用原有的匹配滤器仍然能得到较好的脉冲压缩结果，因而可简化信号处理系统。

LFM信号波形如下图所示。

但 LFM 信号匹配滤波器输出响应的旁瓣较高，为了抑制旁瓣常需要进行加权处理，但这会造成主瓣展宽，并导致信噪比损失。

此外，LFM 信号的缺点是会产生多普勒耦合时移现象，不能同时独立提供距离和速度的测量值。

LFM 信号经过匹配滤波器后的输出响应及主副瓣图形如下图所示。

为了解决以上问题，现代雷达也经常采用非线性调频（NLFM）信号。

NLFM 信号的频率随着时间做非线性变化，其突出的优点是直接进行匹配滤波即可得到较低的旁瓣而无需加权处理，因而避免了引入加权所带来的信噪比损失问题。

脉冲编码器工作原理
脉冲编码器是一种用于测量和控制系统中的旋转运动的设备。

它将旋转运动转换为数字信号，可以用于测量角度、速度和位置等参数。

脉冲编码器主要由三个部分组成：光源、编码器盘和接收器。

光源发出的光经过透明的编码器盘，在盘上有一些透明和不透明的条纹。

当编码器盘旋转时，透明和不透明的条纹会在光源和接收器之间产生周期性的变化。

接收器接收到经过编码器盘过滤的光，并将其转换为电信号。

根据光的强度变化，接收器可以确定盘的旋转角度。

通常，接收器会输出两个相位差90度的信号，称为A相和B相。

脉冲编码器还常常附带一个索引信号。

索引信号是一种特殊的信号，用于标识编码器的初始位置。

当编码器盘旋转到一个特定的位置时，索引信号会发出一个脉冲。

通过统计A相、B相和索引信号的脉冲数量和频率，可以计算出旋转运动的角度、速度和位置等参数。

这些数据可以被传输到计算机或控制器中，用于实时监测和控制旋转运动。

总之，脉冲编码器通过光源、编码器盘和接收器将旋转运动转换为数字信号，并通过统计脉冲数量和频率来测量和控制系统中的旋转运动。

脉冲编码器的工作原理
脉冲编码器是一种用于将物理量转换为数字脉冲信号的设备。

它可以将某一物理量（如位置、速度、角度等）转化为相应的电信号输出。

脉冲编码器通常由光电传感器和编码盘组成。

编码盘上有许多等距离分布的透明和不透明区域，当光电传感器扫描到透明区域时，光电传感器输出低电平信号；当扫描到不透明区域时，光电传感器输出高电平信号。

在工作时，脉冲编码器通过与被测物理量的运动相连，随着物理量的变化，编码盘也会随之旋转。

光电传感器不断扫描编码盘上的透明和不透明区域，根据透明和不透明区域的变化，输出相应的高低电平信号。

脉冲编码器的输出信号可以通过计数器进行计数，进而获取被测物理量的信息。

在一个完整的扫描周期内，计数器记录了光电传感器输出的脉冲数量，通过计数器的累加值和编码盘的设计参数可以得到被测物理量的具体数值。

需要注意的是，不同类型的脉冲编码器有不同的工作原理。

除了光电传感器和编码盘之外，还有磁性编码器、霍尔编码器等。

它们的工作原理和电路设计可能会有所不同，但基本原理都是将物理量转换为数字脉冲信号进行测量和计数。

相位编码脉冲信号-回复相位编码脉冲信号是一种用于数据传输和通信系统中的调制技术，其原理是通过改变脉冲信号的相位来表示不同的数据状态。

相位编码脉冲信号广泛应用于数字通信领域，如以太网、数字电话网络和无线通信系统等。

本文将一步一步解释相位编码脉冲信号的原理、优点和应用。

第一部分：相位编码脉冲信号的原理相位编码脉冲信号（Phase Coded Pulse，PCP）是指在数据传输过程中，通过改变脉冲信号的相位来表示不同的数据状态。

相位是指波形在给定时间点的相对偏移量。

相位编码脉冲信号可以通过调制技术来生成，其中最常用的是脉冲振幅调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）和脉冲位置调制（Pulse Position Modulation，PPM）。

相位编码脉冲信号的原理基于二进制编码，将每个比特位映射到不同的相位状态。

例如，0和1分别可以表示为相位0和180，或者相位0和90等。

通过这种编码方式，相位编码脉冲信号可以在相同时间点中传输多个比特位，提高信道利用率。

第二部分：相位编码脉冲信号的优点相位编码脉冲信号具有一些显著的优点，使其成为一种重要的调制技术。

首先，相位编码脉冲信号具有较高的抗干扰能力。

由于数据通过改变相位来表示，它对干扰信号的影响较小。

相较于其他调制技术，如脉冲振幅调制（PAM）和频移键控（FSK），相位编码脉冲信号在信道噪声下具有更好的传输性能。

其次，相位编码脉冲信号具有较高的频谱效率。

频谱效率是指单位频谱带宽内传输的比特数。

相位编码脉冲信号能够在较低的频谱带宽下传输更多的比特位，提高了信道利用率。

这使得相位编码脉冲信号在有限频率资源的通信系统中具有优势。

第三部分：相位编码脉冲信号的应用相位编码脉冲信号广泛应用于数字通信领域的各种应用场景。

以下是一些常见的应用案例：1.以太网：在局域网中，相位编码脉冲信号常用于传输数据包。

通过将数据包编码为不同的相位状态，以太网可以实现高速的数据传输和多路访问控制。