1、脈沖壓縮技術脈沖壓縮的產生背景及定義 1.11.1 脈沖壓縮的定義 脈沖壓縮即 pulse com pression,pulse com pression,它是指發射寬編碼脈沖并對回波進行處理以獲得窄 脈沖，因此脈沖壓縮雷達既保持了窄脈沖的高距離分辨力，又能獲得寬脈沖的強檢測能 力。 1.21.2 脈沖壓縮的主要手段 目前的脈沖壓縮的手段主要有線性調頻、非線性調頻與相位編碼等。 1 1）線性調頻 是最簡單的脈沖壓縮信號，容易產生，而且其壓縮脈沖形狀和信噪比對多普勒頻移不 敏感，因而得到了廣泛的應用，但是，在利用多普勒頻率測量目標方位和距離的情況下 很少使用; 2 2）非線性調頻 非線性調頻具有

2、幾個明顯的優點，不需要對時間和頻率加權，但是系統復雜。為了達 到所需的旁瓣電平，需要對每個幅度頻譜分別進行調頻設計，因而在實際中很少應用； 3 3）相位編碼 相位編碼波形不同于調頻波形，它將寬脈沖分為許多短的子脈沖。這些子脈沖寬度 相等，其相位通過編碼后被發射。根據所選編碼的類型，包括巴克碼、偽隨機序列編碼 以及多項制編碼等。 1.31.3 脈沖壓縮的產生背景 隨著飛行技術的飛速發展，對雷達的作用距離、分辨能力、測量精度和單值性等性 能指標提出越來越高的要求。測距精度和距離分辨力對信號形式的要求是一致的，主要 取決于信號的頻率結構，為了提高測距精度和距離分辨力，要求信號具有大的帶寬。而 測速精

3、度和速度分辨力則取決于信號的時域結構，為了提高測速精度和速度分辨力，要 求信號具有大的時寬。除此之外，為提高雷達系統的發現能力，要求信號具有大的能量。 由此可見，為了提高雷達系統的發現能力、測量精度和分辨能力，要求雷達信號具有大 的時寬、帶寬、能量乘積。但是，在系統的發射和饋電設備峰值功率受限制的情況下, 大的信號能量只能靠加大信號的時寬來得到。測距精度和距離分辨力同測速精度和速度 分辨力以及作用距離之間存在著不可調和的矛盾。 于是在匹配濾波器理論指導下， 人們 提出了脈沖壓縮的概念。 由于發射機效率的限制，雷達真正采用的脈壓信號是由調頻和相位編碼產生的，其 中以線性調頻和二相編碼信號的研究與

4、應用最為廣泛。 線性調頻信號(LFM) 脈沖壓縮雷達最常見的調制信號是線性調頻(Linear Frequency Modulation Linear Frequency Modulation )信號, , 接收時采用匹配濾波器(Matched FilterMatched Filter)壓縮脈沖。 LFMLFM 信號的數學表達式為: 式中fc為載波頻率，rect(*)為矩形信號。 丄 T T 其他 K （fct 導2） （1 1） rect*rect*） Sj2 e 將式中的up-LFM(信號重寫為: s(t) S(t)ej2 fct X 2 式中，S(t) rect(*)ej Kt是信號 s(

5、ts(t) )的復包絡。由傅立葉變換性質，S(t)S(t)與 s(ts(t) )具有 相同的幅頻特性，只是中心頻率不同而以，因此， MatlabMatlab 仿真時，只需考慮 S(t)S(t)。由 MatlabMatlab 程序產生S(t)信號，并作出其時域波形和幅頻特性，如圖 2 2 所示。 LFM的時域波形 LFM的頻誠特性 40 1 , 1 II - -H 1 . i r 1 1 1 1 1 J 1 r - 30 20 10 -20 20 -10 0 10 頻率/MHz -30 30 圖2線性調頻信號的時域波形和幅頻特性 由此可以得到關于線性調頻脈沖信號頻率特性的兩個重要結論 (1)(1

6、)在滿足大時寬帶寬積的條件下，線性調頻脈沖信號的振幅譜接近矩形函數，頻譜寬 度近似等于信號的調頻變化范圍 B,B,與時寬無關。 (2)(2)在滿足大時寬帶寬積的條件下，線性調頻脈沖信的相位譜具有平方律特性。 以上兩點是設計匹配濾波器，進行脈沖壓縮處理的主要依據。 注：匹配濾波器是在白噪聲背景中檢測信號的最佳線性濾波器，其輸出信噪比在某 個時刻可以達到最大，它是對線性調頻信號進行脈沖壓縮的主要手段。 對脈沖壓縮信號的仿真 結合以上分析，用 MatlabMatlab 仿真雷達發射信號，回波信號，和壓縮后的信號的復包 絡特性，其載頻不予考慮（實際中需加調制和正交解調環節），仿真信號與系統模型如 序模

7、擬產生理想點 目標的回波，并采用頻域相關方法（以便利用 FFTFFT 實現脈沖壓縮，得到仿真圖如下。 圖4脈沖壓縮后的仿真圖 對比圖 2 2 與圖 4 4 可以看出，采用脈沖壓縮后，在接收機的接收端信噪比有了明顯的 改善，進而可以在滿足分辨率的基礎上，提高雷達的作用距離。 圖3雷達仿 真等效信號與系統模型 仿真程 B n e m A -20 -40 -60 1 1.05 111 IF 1.15 1.2 1.25 1.3 1.35 1.4 1.45 1.5 Range in meters x 10 hr(D e u p m A Time in u sec 結語四. 脈沖壓縮技術是大時寬帶寬乘積信

8、號經過匹配濾波器實現的，不同的信號形式有 不同的壓縮性能，其中線性調頻脈沖信號的諸多優點使其稱為脈沖壓縮信號的首選，它 也是最早、應用最廣泛的脈沖壓縮信號。脈沖壓縮技術能在雷達發射功率受限的情況下 提高目標的探測距離，并且保持很高的分辨力，是雷達反隱身、多目標分辨、抗干擾的 重要手段，在目前的雷達信號系統中有著廣泛的應用。 參考文獻 1 2 3 丁鷺飛，耿富錄雷達原理（第三版）西安：西安電子科技大學出版社， 2006. 樓順天，姚若玉，沈俊霞-MATLABg序設計語言西安：西安電子科技大學西電出版社, 2007. 元春，蘇廣州，米紅寬帶雷達信號產生技術 M 北京：國防工業出版社，2002. 線

9、性調頻信號的時域波形和幅頻特性的 matlabmatlab 仿真程序 T=10e-6; B=30e6; K=B/T; Fs=2*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts; t=li nsp ace(-T/2,T/2,N); St=ex p(j*pi *K*t.2); sub plot(211) plot(t*1e6,real(St); xlabel(時間 /us); title(LFM 的時域波形 grid on; axis tight; sub plot(212) freq=l insp ace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St); xlabel(頻率 /MHz); title(LFM 的頻域特性); grid on; axis tight; %pu Ise dur