目標(biāo)分辨脈沖壓縮雷達(dá)學(xué)習(xí)教案

1、會計學(xué)1目標(biāo)分辨脈沖壓縮雷達(dá)目標(biāo)分辨脈沖壓縮雷達(dá)第一頁，編輯于星期二：五點 一分。Bcr2 對于普通脈沖雷達(dá)，雷達(dá)信號的時寬對于普通脈沖雷達(dá)，雷達(dá)信號的時寬與帶寬滿足與帶寬滿足BT1第1頁/共51頁第二頁，編輯于星期二：五點 一分。 對于脈沖壓縮雷達(dá)，雷達(dá)信號的時寬對于脈沖壓縮雷達(dá)，雷達(dá)信號的時寬與帶寬滿足與帶寬滿足TBBT11這樣，經(jīng)過壓縮后雷達(dá)信號的時寬為這樣，經(jīng)過壓縮后雷達(dá)信號的時寬為1BT 第2頁/共51頁第三頁，編輯于星期二：五點 一分。壓縮后與壓縮前雷達(dá)信號時寬之比為壓縮后與壓縮前雷達(dá)信號時寬之比為1TBTT 定義雷達(dá)信號時寬與帶寬的乘積為脈沖定義雷達(dá)信號時寬與帶寬的乘積為脈沖壓縮

2、比壓縮比TBD 第3頁/共51頁第四頁，編輯于星期二：五點 一分。 如果壓縮濾波器是無源的，它本身不消耗如果壓縮濾波器是無源的，它本身不消耗能量也不產(chǎn)生能量，滿足能量守恒原理：能量也不產(chǎn)生能量，滿足能量守恒原理：PPTTDTPTPE 可見，輸出脈沖的峰值功率增大了可見，輸出脈沖的峰值功率增大了D倍倍 若輸入脈沖幅度為若輸入脈沖幅度為A，輸出脈沖幅度為，輸出脈沖幅度為A，則，則有：有：DAADTTAA第4頁/共51頁第五頁，編輯于星期二：五點 一分。 因為噪聲通過壓縮濾波器后，噪聲不會被壓縮，因為噪聲通過壓縮濾波器后，噪聲不會被壓縮，其噪聲電平仍保持在接收機原有的噪聲電平上，所以其噪聲電平仍保持

3、在接收機原有的噪聲電平上，所以輸出信噪比也提高了輸出信噪比也提高了D倍倍DNSNSi)/()/(0 這意味著，接收機的靈敏度提高了，脈沖壓縮這意味著，接收機的靈敏度提高了，脈沖壓縮雷達(dá)的作用距離將提高。雷達(dá)的作用距離將提高。第5頁/共51頁第六頁，編輯于星期二：五點 一分。脈沖壓縮雷達(dá)的優(yōu)點：脈沖壓縮雷達(dá)的優(yōu)點：1 脈沖寬度與有效頻譜寬度這兩個參數(shù)脈沖寬度與有效頻譜寬度這兩個參數(shù)可以獨立選取，解決了雷達(dá)作用距離與可以獨立選取，解決了雷達(dá)作用距離與距離分辨率之間的矛盾。距離分辨率之間的矛盾。2 通過匹配壓縮處理獲得高的距離分辨率通過匹配壓縮處理獲得高的距離分辨率3 寬帶信號有利于提高系統(tǒng)的抗干擾

4、能寬帶信號有利于提高系統(tǒng)的抗干擾能力力第6頁/共51頁第七頁，編輯于星期二：五點 一分。脈沖壓縮雷達(dá)的缺點：脈沖壓縮雷達(dá)的缺點：1 最小作用距離受脈沖寬度的限制。最小作用距離受脈沖寬度的限制。2 收發(fā)系統(tǒng)比較復(fù)雜，在信號產(chǎn)生和處收發(fā)系統(tǒng)比較復(fù)雜，在信號產(chǎn)生和處理過程中的任何失真，都將增大旁瓣高理過程中的任何失真，都將增大旁瓣高度。度。3 存在距離旁瓣，通過加權(quán)處理抑制旁瓣。存在距離旁瓣，通過加權(quán)處理抑制旁瓣。4 存在距離和速度耦合，影響測量。存在距離和速度耦合，影響測量。第7頁/共51頁第八頁，編輯于星期二：五點 一分。脈沖壓縮雷達(dá)存在條件：脈沖壓縮雷達(dá)存在條件：1 發(fā)射信號必須具有發(fā)射信號必

5、須具有非線性的相位譜非線性的相位譜。2 存在對應(yīng)的存在對應(yīng)的匹配壓縮網(wǎng)絡(luò)匹配壓縮網(wǎng)絡(luò)。壓縮網(wǎng)絡(luò)第8頁/共51頁第九頁，編輯于星期二：五點 一分。第9頁/共51頁第十頁，編輯于星期二：五點 一分。設(shè)發(fā)射信號的頻譜為：設(shè)發(fā)射信號的頻譜為：)(| )(|)(fjiiiefUfU則，匹配壓縮濾波器的頻譜應(yīng)為：則，匹配壓縮濾波器的頻譜應(yīng)為：diftjfjieefUKfH2)(| )(|)(經(jīng)過匹配壓縮濾波器后的輸出應(yīng)為：經(jīng)過匹配壓縮濾波器后的輸出應(yīng)為：dftjiioefUKfUfHfU22| )(|)()()(頻譜分析方法頻譜分析方法第10頁/共51頁第十一頁，編輯于星期二：五點 一分。接收機輸入的高頻

6、接收機輸入的高頻脈沖的包絡(luò)脈沖的包絡(luò)輸入高頻信號輸入高頻信號的時間的時間-頻率特頻率特性性信號壓縮的頻率信號壓縮的頻率-時延特性時延特性壓縮脈沖輸出壓縮脈沖輸出信號延遲積累方法信號延遲積累方法fffttf1fff2td2td1f1f2TTtd1td2第11頁/共51頁第十二頁，編輯于星期二：五點 一分。存在下述關(guān)系：存在下述關(guān)系：)(2112ddddttTTTttT因為因為12ddtt所以所以TT 第12頁/共51頁第十三頁，編輯于星期二：五點 一分。同相位矢量相加方法同相位矢量相加方法f壓縮前信號頻譜矢量圖壓縮前信號頻譜矢量圖壓縮后信號頻譜矢量圖壓縮后信號頻譜矢量圖f第13頁/共51頁第十四

7、頁，編輯于星期二：五點 一分。脈沖壓縮雷達(dá)信號處理方式：脈沖壓縮雷達(dá)信號處理方式：匹配濾波脈沖壓縮I/Q解調(diào)信號濾波器存儲采樣保持A/D轉(zhuǎn)換頻譜分析檢測器CFAR中頻放大信號檢測結(jié)果 模擬脈沖壓縮第14頁/共51頁第十五頁，編輯于星期二：五點 一分。脈沖壓縮雷達(dá)信號處理方式：脈沖壓縮雷達(dá)信號處理方式：采樣保持A/D轉(zhuǎn)換頻譜分析信號濾波器存儲匹配濾波脈沖壓縮檢測器CFAR檢測結(jié)果 數(shù)字脈沖壓縮I/Q信號第15頁/共51頁第十六頁，編輯于星期二：五點 一分。第16頁/共51頁第十七頁，編輯于星期二：五點 一分。中頻矩形帶通網(wǎng)絡(luò)色散延遲線方波產(chǎn)生器功放上變頻器整形本振沖擊信號 無源法第17頁/共51

8、頁第十八頁，編輯于星期二：五點 一分。亞控振蕩器多諧振蕩器鋸齒波電壓產(chǎn)生器選通沖擊信號 有源法第18頁/共51頁第十九頁，編輯于星期二：五點 一分。幅度頻譜：幅度頻譜：2/ 1221221)()()()(21| )(|uSuSuCuCKfu相位頻譜：相位頻譜：)()()()()(21212uCuCuSuSarctgfKf第19頁/共51頁第二十頁，編輯于星期二：五點 一分。當(dāng)雷達(dá)信號時間帶寬積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于當(dāng)雷達(dá)信號時間帶寬積遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于1時，存在近似時，存在近似相位頻譜：相位頻譜：4)()()()(2121uCuCuSuSarctg4)(2fKf第20頁/共51頁第二十一頁，編輯于星期二：五點 一分。

9、第21頁/共51頁第二十二頁，編輯于星期二：五點 一分。clear%信號產(chǎn)生T=10*10-6; %pulse widthB=10*106; %frequency bandwidthK=B/T; %frequency modulation ratioN=2048; %samples numbert=0:T/N:T; %time seriessi=exp(-j*pi*K*t.2); %signal generationso=fft(si);subplot(2,1,1);plot(fftshift(abs(so)subplot(2,1,2);plot(fftshift(angle(so);第22頁

10、/共51頁第二十三頁，編輯于星期二：五點 一分。第23頁/共51頁第二十四頁，編輯于星期二：五點 一分。線性調(diào)頻脈沖信號的波形參量線性調(diào)頻脈沖信號的波形參量BdfKdfKdffudffuWBBBBe2/2/422/2/2422|1|1| )(| )(|有效帶寬：有效帶寬：第24頁/共51頁第二十五頁，編輯于星期二：五點 一分。22/2/22/2/2222222203|1|1|)2(| )(| )(|)2(BdfKdfKfdffudffufBBBB均方根帶寬：均方根帶寬：第25頁/共51頁第二十六頁，編輯于星期二：五點 一分。TdtdtdttudttuTTTTTe2/2/2/2/2422| )(

11、| )(|有效時寬：有效時寬：第26頁/共51頁第二十七頁，編輯于星期二：五點 一分。均方根時寬：均方根時寬：22/2/2/2/2222222)(31)2(| )(| )(|)2(TdtdttdttudttutTTTT第27頁/共51頁第二十八頁，編輯于星期二：五點 一分。調(diào)頻常數(shù)：調(diào)頻常數(shù)：3)2(2)(222/2/2/2/2/2/2/2/BTdtdtKttdtdtttTTTTTTTT第28頁/共51頁第二十九頁，編輯于星期二：五點 一分。TtTtetuKtj0, 00,)(2TTTKTK| |)|(|)|)(|)|)(sin| ),(|22第29頁/共51頁第三十頁，編輯于星期二：五點 一

12、分。時間軸上的切面：時間軸上的切面：TTTKTK|)|(|)|(|)|(sin| ) 0 ,(|TBTBT|)/|1 (sin| ) 0 ,(|TBBT|sin| ) 0 ,(|第30頁/共51頁第三十一頁，編輯于星期二：五點 一分。頻率軸上的切面：頻率軸上的切面：|sin| ), 0(|TTT特點：特點：隨著多普勒頻移，主峰值降低。隨著多普勒頻移，主峰值產(chǎn)生時移。1隨著多普勒頻移，切割圖與辛克函數(shù)的失真進(jìn)一步加大。第31頁/共51頁第三十二頁，編輯于星期二：五點 一分。線性調(diào)頻信號的處理線性調(diào)頻信號的處理當(dāng)信號的時間帶寬積較大時，線性調(diào)頻信號的頻譜可以近似為：幅度頻譜：幅度頻譜：)(1| )

13、(|BfrectKfu相位頻譜：相位頻譜：4/)(2fKf第32頁/共51頁第三十三頁，編輯于星期二：五點 一分。線性調(diào)頻信號的近似匹配濾波器的頻譜特性應(yīng)滿足：1 幅度譜與信號的頻譜相同，即帶寬為B的矩形譜2 相位譜是信號相位譜的共軛2)(fKf壓縮濾波器的頻譜應(yīng)該是：2)(1)(fKjeBfrectKfHKffKdfdtd)(212第33頁/共51頁第三十四頁，編輯于星期二：五點 一分。近似匹配濾波器的輸出近似匹配濾波器的輸出近似匹配濾波器的輸入信號為近似匹配濾波器的輸入信號為212 ()2( )( )jtKttu trecteT 其中其中 為信號的多普勒頻移，這個信號的頻譜為為信號的多普勒

14、頻移，這個信號的頻譜為22/22 ()/2( )( )jftTjf tKtTu fu t edtedt 第34頁/共51頁第三十五頁，編輯于星期二：五點 一分。近似匹配濾波器的頻率特性應(yīng)該是近似匹配濾波器的頻率特性應(yīng)該是其幅度頻譜為其幅度頻譜為1|( )|( )fH frectBK其相位頻譜為其相位頻譜為2( ) ffK近似匹配濾波器的頻譜為近似匹配濾波器的頻譜為21( )( )jfKfH frecteBK第35頁/共51頁第三十六頁，編輯于星期二：五點 一分。經(jīng)過近似匹配濾波器的壓縮后的頻譜為經(jīng)過近似匹配濾波器的壓縮后的頻譜為221/22 ()22/2( )( )( )1( )TjfjtKt

15、jftKTY fH fu ffrecteeedtBK 當(dāng)當(dāng) 為某一固定值，近似匹配濾波器輸出的波形為為某一固定值，近似匹配濾波器輸出的波形為2221/22 ()22/2( , )( )1( )jfTjfjf tKtjfKTyY f edffrecteedt edfBK 第36頁/共51頁第三十七頁，編輯于星期二：五點 一分。改變積分次序，上式可寫為改變積分次序，上式可寫為222221/22 ()22/21/22 ()2 ()22/2( , )( )11jffTjf tKtfKTfTjtKtjfftKTyY f edfedf dtKedtedfK 第37頁/共51頁第三十八頁，編輯于星期二：五點

16、 一分。令令22222221122(2)22Kt KvKvKtKK tfKvfvftfKK第38頁/共51頁第三十九頁，編輯于星期二：五點 一分。代入上式，經(jīng)過簡化，有代入上式，經(jīng)過簡化，有2221(2)/22 ()2)22/21( , )fKvTjtKtvjKTyedtedfK 再令再令222UfKvK22(2)2)24fKvjjjUKKedfedUKe第39頁/共51頁第四十頁，編輯于星期二：五點 一分。因為存在下列關(guān)系因為存在下列關(guān)系2221122tKtvt K tK近似匹配濾波器的輸出最后可以寫為近似匹配濾波器的輸出最后可以寫為2221 12 ()/22 ()8 2/21 12 ()/

17、28 201 12 ()8 2( , )cos2 () sin ()()jKTjK tTjKTjKyeedteK t dtK TeK T 第40頁/共51頁第四十一頁，編輯于星期二：五點 一分。輸出信號的包絡(luò)為輸出信號的包絡(luò)為sin ()| ( , )| |()K TyK T 第41頁/共51頁第四十二頁，編輯于星期二：五點 一分。比較近似匹配濾波器的輸出和模糊函數(shù)的結(jié)果比較近似匹配濾波器的輸出和模糊函數(shù)的結(jié)果sin ()| ( , )| |()K TyK T 近似匹配濾波器的輸出包絡(luò)為近似匹配濾波器的輸出包絡(luò)為線性調(diào)頻信號的模糊函數(shù)為線性調(diào)頻信號的模糊函數(shù)為sin ()| ( , )| |(

18、)K TK 由此可見，近似匹配濾波器的輸出結(jié)果和模糊函數(shù)的結(jié)果是由此可見，近似匹配濾波器的輸出結(jié)果和模糊函數(shù)的結(jié)果是對應(yīng)的對應(yīng)的第42頁/共51頁第四十三頁，編輯于星期二：五點 一分。線性調(diào)頻信號的數(shù)字處理方法線性調(diào)頻信號的數(shù)字處理方法A/DA/D快速付里葉正變換頻譜相乘快速付里葉反變換包絡(luò)檢波A/DA/D只讀存儲器存有平方相位項本振相干檢波數(shù)字處理方法數(shù)字處理方法第43頁/共51頁第四十四頁，編輯于星期二：五點 一分。假定輸入信號為假定輸入信號為20( )( )cos2x ta tf tKt本振信號為本振信號為0( ) cos(2)Lx tf t經(jīng)過相干檢波，輸出兩路信號為經(jīng)過相干檢波，輸出兩路信號為21( )( )cos()2IV ta tKt21( )( )sin()2QV ta tKt第44頁/共51頁第四十五頁，編輯于星期二：五點 一分。第45頁/共51頁第四十六頁，編輯于星期二：五點 一分。 線性調(diào)頻信號通過匹配壓縮濾波器后，輸出壓縮脈沖的包絡(luò)近似為辛克形狀，其中最大的第一對旁瓣為主峰電平的-13.2dB，在多目標(biāo)環(huán)