脈沖壓縮課件

1、脈沖壓縮1 脈沖壓縮 脈沖壓縮2 第一部分 脈沖壓縮的作用 脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn) 脈沖壓縮的特點(diǎn) 脈沖壓縮3 脈沖壓縮的作用 雷達(dá)作用距離與距離分辨力存在矛盾 脈沖壓縮4 脈沖壓縮的作用 距離分辨力 脈沖壓縮5 脈沖壓縮的作用 u即脈壓比等于時(shí)寬-帶寬積，脈沖壓縮系統(tǒng)常用時(shí)寬-帶寬 積的概念表征 脈沖壓縮6 脈沖壓縮的特點(diǎn) 脈沖壓縮7 脈沖壓縮的特點(diǎn) 存在的缺點(diǎn) 最小作用距離受脈沖寬度的限制。 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。 存在距離旁瓣。 存在一定的距離和速度測(cè)定模糊。 總之，脈沖壓縮體制的優(yōu)越性超過了它的缺點(diǎn)，成為近代雷達(dá)廣泛應(yīng)用 的體制。 脈沖壓縮8

2、脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn) 發(fā)射脈沖必須有非線性的相位譜，或必須使其脈沖寬度與 有效頻譜寬度的乘積遠(yuǎn)大于1； 接收機(jī)中必須有一個(gè)壓縮網(wǎng)絡(luò)，其相頻特性應(yīng)與發(fā)射信號(hào) 實(shí)現(xiàn)“相位共軛匹配”。 根據(jù)以上要求，可以構(gòu)造理想的脈沖壓縮系統(tǒng)： 壓縮網(wǎng)絡(luò) 脈沖壓縮9 脈沖壓縮的實(shí)現(xiàn) 壓縮網(wǎng)絡(luò) 脈沖壓縮10 第二部分 線性調(diào)頻(LFM)脈沖 壓縮 基本原理 性能改善 頻譜特性 LFM脈沖信號(hào)頻譜特性 LFM脈沖信號(hào)匹配濾波器頻譜特性 LFM脈沖信號(hào)通過匹配濾波器的輸出波形 Matlab 仿真 脈沖壓縮11 基本原理 式 脈沖壓縮12 由圖(d)得 到網(wǎng)絡(luò)對(duì)信號(hào)各 斜率成分的延時(shí) 關(guān)系為 說明線性調(diào) 頻寬脈沖信號(hào)經(jīng) 過壓縮網(wǎng)

3、絡(luò)后， 成為窄脈沖。 脈沖壓縮13 性能改善 輸出峰值功率增大D倍 l 若壓縮網(wǎng)絡(luò)是無源的，根據(jù)能量守恒原理。 l 無源網(wǎng)絡(luò)不產(chǎn)生噪聲，而輸入噪聲具有隨機(jī)性，所以經(jīng)過 壓縮網(wǎng)絡(luò)不會(huì)被壓縮。 輸出脈沖信號(hào)信噪比與輸入信號(hào)之比增大D倍 脈沖壓縮14 性能改善 由雷達(dá)方程知， ，這就使脈 沖壓縮雷達(dá)的探測(cè)距離比采用相同發(fā)射脈沖功率和保持相 同分辨力的普通脈沖制雷達(dá)的探測(cè)距離增加了 （例 如D=16，作用距離增大1倍） 綜上分析，接收機(jī)輸出的目標(biāo)回波信號(hào)具有： 窄的脈沖寬度、高的峰值功率，即，符合探測(cè)距離遠(yuǎn)、 距離分辨率高的戰(zhàn)術(shù)要求。 為進(jìn)一步研究LFM脈沖與壓縮脈沖之間的內(nèi)在關(guān)系，我 們必須進(jìn)行定量

4、分析。 脈沖壓縮15 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 由(c)可知 調(diào)頻斜率 角頻率變化規(guī)律 脈沖壓縮16 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 瞬時(shí)相位 由此得到LFM脈沖壓縮體制的發(fā)射信號(hào)表達(dá)式 改寫成窗函數(shù)與原函數(shù)乘積的形式，并用復(fù)數(shù)表示 脈沖壓縮17 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 做傅里葉變換 通過變量代換，整理得到復(fù)頻譜 脈沖壓縮18 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 信號(hào)幅度譜 相位幅度譜 可以得到 相位幅度譜可分為平方相位譜和剩余相位譜兩部分 脈沖壓縮19 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 稱為菲涅爾積分，具有如下特性： 式中 此時(shí)剩余相位 脈沖壓縮20 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 下圖畫出了D=13,D=52,D=1

5、30時(shí)的幅頻特性和剩余項(xiàng)相頻特性 脈沖壓縮21 LFM脈沖信號(hào)的頻譜特性 脈沖壓縮22 LFM脈沖信號(hào)匹配濾波器頻譜特 性 K為歸一化系數(shù)，幅頻特性即為 相頻特性與發(fā)射信號(hào)相似，具有相同平方律，但符號(hào)相反 脈沖壓縮23 群延時(shí)特性 網(wǎng)絡(luò)輸出端，兩個(gè)頻率分量經(jīng)過不同的相移 脈沖壓縮24 群延時(shí)特性 對(duì)于PC網(wǎng)絡(luò)，其相頻特性對(duì)應(yīng)的延時(shí)特性為 脈沖壓縮25 群延時(shí)特性 值得注意的是，網(wǎng)絡(luò)的群延時(shí)特性正好與信號(hào)的相 反，因此通過匹配濾波后，相位特性得到補(bǔ)償，使得輸出 信號(hào)相位均勻，信號(hào)出現(xiàn)峰值。 由此可見匹配濾波器的相頻特性與群時(shí)延特性有著 確定關(guān)系，它們是等價(jià)的。 脈沖壓縮26 通過匹配濾波器的輸出

6、波形 作反傅里葉變換并取實(shí)部，得到 脈沖壓縮27 通過匹配濾波器的輸出波形 脈沖壓縮28 仿真實(shí)驗(yàn) 空間有三個(gè)目標(biāo)，雷達(dá)發(fā)射4個(gè)脈沖，參數(shù)如表 目標(biāo)距離徑向速度功率 A7.0km50m/s1 B8.0km0m/s0.25 C28.0km100m/s1 LFM脈沖雷達(dá)參數(shù)如表 射頻帶寬時(shí)寬PRT 1.57GHz2MHz42us240us 采樣頻率為10MHz 脈沖壓縮29 仿真實(shí)驗(yàn) LFM脈沖信號(hào)波 形 脈沖壓縮30 總的回波信號(hào) 目 標(biāo) A 目 標(biāo) C 目 標(biāo) B 閉 鎖 期 A與B的回波存在重疊，無法區(qū)分 脈沖壓縮31 時(shí)域脈壓結(jié)果 觀察一個(gè)脈沖周期 回波由寬脈沖壓 縮為窄脈沖，目標(biāo)A 與B

7、完全分離。 即，脈沖壓縮提 高了雷達(dá)的距離分辨 力。 ACB 脈沖壓縮32 第三部分 旁瓣抑制 l窗函數(shù)加權(quán) l譜修正技術(shù) 多普勒頻移的影響 脈沖壓縮33 旁瓣抑制 輸出脈沖包絡(luò)的第一旁瓣為主瓣電平-13.2dB。在 多目標(biāo)環(huán)境中，旁瓣可能會(huì)埋沒附近較小目標(biāo)的主瓣，導(dǎo) 致目標(biāo)丟失。為提高分辨多目標(biāo)的能力，須采用旁瓣抑制 措施，即加權(quán)技術(shù)。 13.2dB 脈沖壓縮34 旁瓣抑制 引入加權(quán)網(wǎng)絡(luò)實(shí)質(zhì)上是對(duì)信號(hào)進(jìn)行一種失配處理， 它不僅抑制旁瓣，同時(shí)會(huì)使輸出信號(hào)的包絡(luò)主瓣降低、變 寬，即，旁瓣抑制是以損失信噪比及降低距離分辨力為代 價(jià)的。 加權(quán)函數(shù)的選擇，只能在旁瓣抑制、主瓣加寬、 信噪比損失、旁瓣衰

8、減速度以及技術(shù)實(shí)現(xiàn)難度等幾個(gè)方面 這種考慮。 現(xiàn)用下面的一般形式表示加權(quán)函數(shù) 不同的K值與n值，對(duì)應(yīng)不同的加權(quán)函數(shù) 脈沖壓縮35 旁瓣抑制 脈沖壓縮36 旁瓣抑制 則加權(quán)網(wǎng)絡(luò)輸出信號(hào) 整理后得到 接著對(duì)幾個(gè)主要性能指標(biāo)進(jìn)行計(jì)算 脈沖壓縮37 旁瓣抑制 得到-3dB處主瓣加寬系數(shù)為 脈沖壓縮38 旁瓣抑制 未加權(quán)PC輸出 hamming加權(quán)PC輸出 -13dB-43dB 脈沖壓縮39 旁瓣抑制 大時(shí)寬帶寬積信號(hào)： D值大，振幅譜接近矩形，且波紋小，加權(quán)后的脈 壓波形旁瓣低； 小時(shí)寬帶寬積信號(hào)： D值小，振幅譜不再具有接近矩形的特性，通 帶內(nèi)有較大波紋。加權(quán)后旁瓣高。 帶內(nèi)波紋 邊緣躍變 D值不同造成脈壓信號(hào)主旁 瓣比不同時(shí)由于時(shí)域壓縮產(chǎn)生的 距離旁瓣與頻域上的邊緣躍變以 及帶內(nèi)波紋密切相關(guān)。采用經(jīng)典 窗加權(quán)的目的就是平滑矩形頻譜 的邊緣躍變，但不能抑制帶內(nèi)波 紋，因此與大時(shí)寬帶寬積信號(hào)相 比，小時(shí)寬帶寬積信號(hào)相比主旁 瓣比低。 脈沖壓縮40 譜修正技術(shù) 修改后的傳輸函數(shù) 脈沖壓縮41 譜修正技術(shù) 下圖為D=40的LFM信號(hào)譜修正前后的結(jié)果，虛線為修正 前的輸出，實(shí)線是修正后的輸出。可以看出，采用海明加 權(quán)，經(jīng)過譜修正后脈壓輸 出主旁瓣比從34.07dB提高 到37.75dB，3dB寬度仍展 寬1