线性调频脉冲压缩雷达 线性调频脉冲压缩雷达仿真中压缩原理的研究
时间：2019-01-20 03:33:36 来源：雅意学习网 本文已影响 人 
摘要:随着科学、军事领域对雷达越来越广泛的运用,特别是作为对空警戒雷达目标的各种飞行器技术的发展,雷达的作用距离、分辨能力和测量精度等性能指标必须相应地得到提高。文章深刻地分析了雷达信号处理中雷达探测能力与距离分辨精度这一最基本的矛盾,并详细介绍了解决这一问题的有效方法即LFM脉冲压缩技术,而且还从根本上阐述了压缩的原理。
关键词:距离分辨率;调频;滤波;压缩;旁瓣抑制;虚警率
中图分类号:TN95 文献标识码:B文章编号:1009-9166(2009)014(c)-0072-01
一、对雷达的作用距离、分辨能力之间矛盾的分析:
初期的脉冲雷达, 发射的是固定载频的脉冲,其作用距离反比于发射脉冲宽度。根据《雷达系统》中有关作用距离的分析,已知当噪声功率谱密度一定时,雷达的检测能力取决于信号能量E,而对于简单的脉冲信号,其信号能量等于峰值功率与脉冲宽度的乘积,于是通过增大信号能量以增大作用距离的途径可以考虑两条:一是增大峰值功率;二是增大信号的脉冲宽度。但是峰值功率的提高受到发射管允许峰值功率以及传输线功率容量的限制。
因此需要在发射机最大允许平均功率范围内考虑增大脉冲宽度。对恒定单载频信号,其时宽带宽乘积接近与1,脉宽的增大意味着信号带宽的减小。这尽管有利于提高距离分辨率,但却降低了作用距离。
按雷达信号的分辨理论:在保证一定信噪比并实现最佳处理的前提下,测量精度和分辨率对信号的形式要求是一样的。同时测量距离的大小主要取决于信号的频率结构,它要求信号由大的带宽;而距离分辨率则取决于信号的时间结构,它要求信号有大的时宽。
综合这两方面,理想的雷达信号应该具有大的时宽带宽乘积。而上述单载频脉冲信号的时宽带宽乘积近似为1,即不能同时增大带宽时宽。也就是说对这种单载频脉冲信号,最大作用距离与距离分辨率存在着不可调和的矛盾。为解决这一矛盾,必须采用具有大时宽带宽乘积的复杂信号形式。
二、克服矛盾的方法:
自从40年代提出匹配滤波理论和50年代初P.M.伍德沃德提出雷达模糊原理之后,人们认识到雷达的作用距离与发射脉冲宽度无关,而是正比于发射脉冲频带宽度。只要使其具有大的频带宽度,对目标回波进行匹配处理后就能获得分辨力很高的窄脉冲输出。根据这一原理,发射脉冲宽度和带宽都足够大的信号,雷达就能同时具有大的作用距离和高的距离分辨率。于是提出了线性调频脉冲(LFM)和匹配处理即脉冲压缩(PC)。
(一)对发射信号的处理:要得到大带宽的发射脉冲波形,应用较多的有LFM(线性调频)、NFLM(非线性调频)等多种方法。由于LFM信号易于产生、便于处理、多普勒特性好,所以其应用最广,由调频的基本特性可知,调制能够增大发射信号的等效带宽,从而也就保证了足够大的作用距离。LFM信号的数学表达式为:
(1.1)
式中为载波频率,为矩形信号,
(1.2)
(二)在接收端进行匹配滤波压缩处理:在接收端对大带宽的LFM的回波信号进行匹配滤波压缩,使其变成窄脉冲从而来提高雷达系统的距离分辨率。
完整的脉冲压缩技术包括两个部分:一是产生时宽带宽积大于1的特殊调制发射脉冲波形;二是对接收脉冲进行匹配滤波和处理从而获得有足够距离分辨力的窄带脉冲。在脉冲压缩处理中已广泛应用的一种模拟器件是具有频率色散特性的声表面波器件(SAWD),但因为其滤波器频率响应在制造过程中已经固定因而不如数字脉冲压缩灵活可调,所以基于匹配滤波的数字脉冲压缩技术应用更广。常用的数字脉冲压缩实现方法有:时域卷积发,频域滤波法和FFT法。
三、总结:信号在经过匹配滤波器后获得了窄带脉冲的同时,不可避免地在此窄带脉冲(即主瓣)两侧会出现一系列旁瓣,旁瓣的存在将影响目标的分辨力,降低小信号检测能力并造成虚警率上升。所以还必须采取失配处理,即用加权处理重新设计匹配滤波器或用旁瓣抑制器级联原匹配滤波器的技术来抑制旁瓣,但抑制旁瓣同时,又会使信号包络主瓣降低和变宽,换句话说,旁瓣抑制是以信噪比损失和分辨力降低为代价的。所以任何事物都有两面性,我们必须权衡各方面的利弊,采取折中处理。
作者单位:武汉大学电子信息学院
参考文献:
[1]张直中.雷达信号的选择与处理[M].北京:国防工业出版社,1979
[2]丁鹭飞等.雷达系统[M].西安:西北电信工程学院,1980
[3]林茂庸等.雷达信号理论[M].北京:国防工业出版社,1984
[4]马晓岩,向家彬等.雷达信号处理[M].长沙:湖南科学技术出版社,1998
本文为全文原貌 未安装PDF浏览器用户请先下载安装 原版全文
