雷達(dá)脈沖壓縮matlab

1、雷達(dá)脈沖壓縮摘要：脈沖壓縮雷達(dá)能同時(shí)提高雷達(dá)的作用距離和距離分辨率。這種體制采用寬脈沖發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證足夠大的作用距離；而接受時(shí)采用相應(yīng)的脈沖壓縮算法獲得窄脈沖，以提高距離分辨率，較好的解決雷達(dá)作用距離與距離分辨率之間的矛盾。關(guān)鍵詞：脈沖壓縮；匹配濾波；matlab1、雷達(dá)工作原理雷達(dá)是Radar（Radio Detection And Ranging）的音譯詞，意為“無(wú)線電檢測(cè)和測(cè)距”，即利用無(wú)線電波來(lái)檢測(cè)目標(biāo)并測(cè)定目標(biāo)的位置，這也是雷達(dá)設(shè)備在最初階段的功能1。典型的雷達(dá)系統(tǒng)如圖1.1，它主要由發(fā)射機(jī)，天線，接收機(jī)，數(shù)據(jù)處理，定時(shí)控制，顯示等設(shè)備組成。利用雷達(dá)可以獲知目標(biāo)的有無(wú)

2、，目標(biāo)斜距，目標(biāo)角位置，目標(biāo)相對(duì)速度等?，F(xiàn)代高分辨雷達(dá)擴(kuò)展了原始雷達(dá)概念，使它具有對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)(飛機(jī)，導(dǎo)彈等)和區(qū)域目標(biāo)(地面等)成像和識(shí)別的能力。雷達(dá)的應(yīng)用越來(lái)越廣泛。 圖1.1 簡(jiǎn)單脈沖雷達(dá)系統(tǒng)框圖 雷達(dá)發(fā)射機(jī)的任務(wù)是產(chǎn)生符合要求的雷達(dá)波形（Radar Waveform），然后經(jīng)饋線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由發(fā)射天線輻射出去，遇到目標(biāo)后，電磁波一部分反射，經(jīng)接收天線和收發(fā)開(kāi)關(guān)由接收機(jī)接收，對(duì)雷達(dá)回波信號(hào)做適當(dāng)?shù)奶幚砭涂梢垣@知目標(biāo)的相關(guān)信息。 假設(shè)理想點(diǎn)目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)距離為R，為了探測(cè)這個(gè)目標(biāo)，雷達(dá)發(fā)射信號(hào),電磁波以光速向四周傳播，經(jīng)過(guò)時(shí)間后電磁波到達(dá)目標(biāo)，照射到目標(biāo)上的電磁波可寫(xiě)成：。電磁波與目標(biāo)相互作

3、用，一部分電磁波被目標(biāo)散射，被反射的電磁波為，其中為目標(biāo)的雷達(dá)散射截面（Radar Cross Section ,簡(jiǎn)稱RCS），反映目標(biāo)對(duì)電磁波的散射能力2。再經(jīng)過(guò)時(shí)間后，被雷達(dá)接收天線接收的信號(hào)為。如果將雷達(dá)天線和目標(biāo)看作一個(gè)系統(tǒng)，便得到如圖1.2的等效，而且這是一個(gè)LTI（線性時(shí)不變）系統(tǒng)。 圖1.2 雷達(dá)等效于LTI系統(tǒng)等效LTI系統(tǒng)的沖擊響應(yīng)可寫(xiě)成: (1.1)M表示目標(biāo)的個(gè)數(shù)，是目標(biāo)散射特性，是光速在雷達(dá)與目標(biāo)之間往返一次的時(shí)間， (1.2)式中，為第i個(gè)目標(biāo)與雷達(dá)的相對(duì)距離。雷達(dá)發(fā)射信號(hào)經(jīng)過(guò)該LTI系統(tǒng)，得輸出信號(hào)(即雷達(dá)的回波信號(hào))： (1.3) 圖1.3 雷達(dá)回波信號(hào)處理 的匹

4、配濾波器為： (1.4)于是， （1.5）對(duì)上式進(jìn)行傅立葉變換： (1.6)如果選取合適的，使它的幅頻特性為常數(shù)，那么1.6式可寫(xiě)為： (1.7)其傅立葉反變換為： (1.8)中包含目標(biāo)的特征信息和。從 中可以得到目標(biāo)的個(gè)數(shù)M和每個(gè)目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的距離： （1.9）這也是線性調(diào)頻（LFM）脈沖壓縮雷達(dá)的工作原理。2、線性調(diào)頻（LFM）信號(hào)脈沖壓縮雷達(dá)能同時(shí)提高雷達(dá)的作用距離和距離分辨率。這種體制采用寬脈沖發(fā)射以提高發(fā)射的平均功率，保證足夠大的作用距離；而接受時(shí)采用相應(yīng)的脈沖壓縮算法獲得窄脈沖，以提高距離分辨率，較好的解決雷達(dá)作用距離與距離分辨率之間的矛盾。脈沖壓縮雷達(dá)最常見(jiàn)的調(diào)制信號(hào)是線性調(diào)頻（

5、Linear Frequency Modulation）信號(hào),接收時(shí)采用匹配濾波器（Matched Filter）壓縮脈沖。LFM信號(hào)(也稱Chirp 信號(hào))的數(shù)學(xué)表達(dá)式為： (2.1)式中為載波頻率，為矩形信號(hào)， （2.2） ，是調(diào)頻斜率，于是，信號(hào)的瞬時(shí)頻率為，如圖2.1 圖2.1 典型的chirp信號(hào)（a）up-chirp(K>0)（b）down-chirp(K<0)將2.1式中的up-chirp信號(hào)重寫(xiě)為： （2.3）式中， （2.4）是信號(hào)s(t)的復(fù)包絡(luò)。由傅立葉變換性質(zhì)，S(t)與s(t)具有相同的幅頻特性，只是中心頻率不同而以，因此，Matlab仿真時(shí)，只需考慮S(

6、t)3。3、FM脈沖的匹配濾波信號(hào)的匹配濾波器的時(shí)域脈沖響應(yīng)為： （3.1）是使濾波器物理可實(shí)現(xiàn)所附加的時(shí)延。理論分析時(shí)，可令0，重寫(xiě)3.1式， （3.2）將2.1式代入3.2式得: (3.3 ) 圖3.1：LFM信號(hào)的匹配濾波如圖3.1,經(jīng)過(guò)系統(tǒng)得輸出信號(hào)， 當(dāng)時(shí), (3.4)當(dāng)時(shí), (3.5)合并3.4和3.5兩式： （3.6）3.6式即為L(zhǎng)FM脈沖信號(hào)經(jīng)匹配濾波器得輸出,它是一固定載頻的信號(hào)。當(dāng)時(shí)，包絡(luò)近似為辛克（sinc）函數(shù)。 （3.7）圖3.2：匹配濾波的輸出信號(hào)如圖3.2，當(dāng)時(shí)，為其第一零點(diǎn)坐標(biāo)；當(dāng)時(shí)，習(xí)慣上，將此時(shí)的脈沖寬度定義為壓縮脈沖寬度。 (3.8)LFM信號(hào)的壓縮前脈沖

7、寬度T和壓縮后的脈沖寬度之比通常稱為壓縮比D， （3.9）3.9式表明，壓縮比也就是LFM信號(hào)的時(shí)寬頻寬積。4、matlab程序與結(jié)果分析 （1）主要程序： x(:,1:n) = 0.; y(1:n) = 0.; replica(1:n) = 0.; replica = exp(i * pi * (b/taup) .* t.2); for j = 1:1:nmb range = smb_range(j) ; x(j,:) = smb_rcs(j) .*exp(-i*2*pi*f0*2*range/c).* exp(i * pi * (b/taup) .* (t +(2*range/c).2)

8、; y = x(j,:) + y; end rfft = fft(replica,nfft); yfft = fft(y,nfft); out= abs(ifft(rfft .* conj(yfft) ./ (nfft); s = taup * c /2; Npoints = ceil(rrec * nfft /s); dist =linspace(0, rrec, Npoints); （2）運(yùn)行結(jié)果雷達(dá)信號(hào)對(duì)三個(gè)目標(biāo)進(jìn)行探測(cè)，本設(shè)計(jì)中，分辨出相鄰兩點(diǎn)目標(biāo)的最小距離是1.5米。故當(dāng)兩點(diǎn)距離小于1.5米時(shí)，雷達(dá)將分辨不出，即視為一點(diǎn)。5、結(jié)論脈沖壓縮雷達(dá)既保持了窄脈沖的高距離分辨力，又能獲得寬脈

9、沖的強(qiáng)檢測(cè)能力。脈沖壓縮技術(shù)是大時(shí)寬帶寬乘積信號(hào)經(jīng)過(guò)匹配濾波器實(shí)現(xiàn)的, 不同的信號(hào)形式有不同的壓縮性能, 其中線性調(diào)頻脈沖信號(hào)的諸多優(yōu)點(diǎn)使其稱為脈沖壓縮信號(hào)的首選,它也是最早、應(yīng)用最廣泛的脈沖壓縮信號(hào)。脈沖壓縮技術(shù)能在雷達(dá)發(fā)射功率受限的情況下, 提高目標(biāo)的探測(cè)距離, 并且保持很高的分辨力, 是雷達(dá)反隱身、多目標(biāo)分辨、抗干擾的重要手段, 在目前的雷達(dá)信號(hào)系統(tǒng)中有著廣泛的應(yīng)用。6、參考文獻(xiàn)1丁鷺飛，耿富錄·雷達(dá)原理（第三版）·西安：西安電子科技大學(xué)出版社，2006. 2樓順天，姚若玉，沈俊霞·MATLAB程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言·西安：西安電子科技大學(xué)西電出版社，200

10、7. 3元春，蘇廣州，米紅·寬帶雷達(dá)信號(hào)產(chǎn)生技術(shù)M·北京：國(guó)防工業(yè)出版社，2002.附錄：nmb = 4; %目標(biāo)個(gè)數(shù)3個(gè) rrec =200; %測(cè)量目標(biāo)最遠(yuǎn)距離b = 100e6; %調(diào)頻信號(hào)帶寬smb_range = 10,30,40,100; %三點(diǎn)目標(biāo)的距離 最小分辨距離為s=c/2b=1.5msmb_rcs = 1 1 1 2; %三點(diǎn)目標(biāo)的橫截面積taup = 0.005e-3; %信號(hào)持續(xù)脈寬f0 = 5.6e9; % 載頻頻率c = 3e8; % 信號(hào)傳播的速度，即光速fs = 2*b; % 采樣的頻率sampling_interval = 1/fs; n

11、 = fix(taup/sampling_interval); %總共點(diǎn)數(shù)（取整）nfft =n % 采樣點(diǎn)數(shù)freqlimit = 0.5*fs; freq = linspace(-freqlimit,freqlimit,n); % 頻率采樣間隔 = fs/n = 1/taup;t = linspace(-taup/2,taup/2,n); %相鄰點(diǎn)時(shí)間間隔x(:,1:n) = 0.; % x為矩陣y(1:n) = 0.; replica(1:n) = 0.;replica = exp(i * pi * (b/taup) .* t.2); %基帶線性調(diào)頻信號(hào)for j = 1:1:nmb %

12、矩陣方法將接收信號(hào)疊加 range = smb_range(j) ; x(j,:) = smb_rcs(j) .*exp(-i*2*pi*f0*2*range/c).* exp(i * pi * (b/taup) .* (t +(2*range/c).2) ; %接收信號(hào) y = x(j,:) + y; %信號(hào)疊加endrfft = fft(replica,nfft);yfft = fft(y,nfft);out= abs(ifft(rfft .* conj(yfft) ./ (nfft);s = taup * c /2; Npoints = ceil(rrec * nfft /s);dist =linspace(0, rrec, Npoints); %圖片顯示：figure subplot(311)plot(t,real(replica);axis tight;xlabel('Range in meters');ylabel('Amplitude in dB');title('線性調(diào)頻信號(hào)');subplot(312)plot(t,real(y);axis tight;xlabel('R