《线性调频(LFM)信号脉冲压缩仿真》由会员分享，可在线阅读，更多相关《线性调频(LFM)信号脉冲压缩仿真（8页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、 - 1 -随机信号处理实验随机信号处理实验 线性调频（线性调频（LFM）信号脉冲压缩仿真）信号脉冲压缩仿真- 2 -一、实验目的：一、实验目的：1、了解线性 FM 信号的产生及其性质； 2、熟悉 MATLAB 的基本使用方法； 3、利用 MATLAB 语言编程匹配滤波器。 4、仿真实现 FM 信号通过匹配滤波器实现脉压处理，观察前后带宽及增益。5、步了解雷达中距离分辨率与带宽的对应关系。 二、实验内容：二、实验内容：1、线性调频信号线性调频矩形脉冲信号的复数表达式为： 2 001222jf tjf tutlfmttu tArectSee 211,210,2j utt ttu tArectre
2、ctte 为信号的复包络，其中为矩形函数。0uf式中为脉冲宽度, 为信号瞬时频率的变化斜率，为发射频率。当（即大时宽带宽乘积）时，线性调频信号特性表达式如下：1B0 ()2LFMfffrectuBS幅频特性：2 0()() 4LFMfff u相频特性：2 0011222idff tutfutdt信号瞬时频率：程序如下： %产生线性调频信号 T=10e-6; %脉冲宽度 B=400e6; %chirp signal 频带宽度 400MHz K=B/T; %斜率 Fs=2*B;Ts=1/Fs; %采样频率与采样周期 N=T/Ts %N=8000 t=linspace(-T/2,T/2,N); %对
3、时间进行设定 St=exp(j*pi*K*t.2) %产生 chirp signal figure;subplot(2,1,1);- 3 -plot(t*1e6,real(St); xlabel(Time in u sec); title(线性调频信号); grid on;axis tight; subplot(2,1,2) freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); %对采样频率进行设定 plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St); xlabel(Frequency in MHz); title(线性调频信号的幅频特性); grid on;axis
4、tight;Matlab 程序产生 chirp 信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图：2、匹配滤波器在输入为确知加白噪声的情况下，所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器，设一线性滤波器的输入信号为：)(tx)()()(tntstx其中：为确知信号，为均值为零的平稳白噪声，其功率谱密度为)(ts)(tn。2/No设线性滤波器系统的冲击响应为，其频率响应为，其输出响应：)(th)(H)()()(tntstyoo白噪声条件下，匹配滤波器的脉冲响应：)()(*ttkstho- 4 -如果输入信号为实函数，则与匹配的匹配滤波器的脉冲响应为：)(ts)()(ttcstho为滤波器的相对放大量，一般
5、。c1c匹配滤波器的输出信号：)()(*)()(ooottkRthtsts匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的 倍，因此匹配滤波器可c以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器，通常 =1。c3、LFM 信号的脉冲压缩信号的脉冲压缩窄脉冲具有宽频谱带宽，如果对宽脉冲进行频率、相位调制，它就可以具有和窄脉冲相同的带宽，假设 LFM 信号的脉冲宽度为 T，由匹配滤波器的压缩后，带宽就变为，且，这个过程就是脉冲压缩。1 DT 信号的匹配滤波器的时域脉冲响应为：)(ts)()(*ttstho3.1是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令0，重写 3.10t0t式，)()(*tsth将
6、 3.1 式代入 2.1 式得:22( )()cjf tj Ktth trecteeT经过系统得输出信号。( )s t( )h t( )os t经计算得：- 5 -2 0sin(1) ( )()2cjf ttuTttTs tTrecteuTtT 上式即为 LFM 脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频的信号，cf这是因为压缩网络的频谱特性与发射信号频谱实现了“相位共轭匹配” ，消除了色散；当时，包络近似为辛克（sinc）函数。tT0( )()()()()22tttTSauTt rectTSaBt rectTTS如上图，当时，为其第一零点坐标；当时，Bt 1tB 2Bt ，习惯上，将此时的脉
7、冲宽度定义为压缩脉冲宽度。1 2tB BB1221LFM 信号的压缩前脉冲宽度 T 和压缩后的脉冲宽度之比通常称为压缩比 D1TBTDs(t),h(t),so(t)均为复信号形式，Matab 仿真时，只需考虑它们的复包络 S(t),H(t),So(t)。以下 Matlab 程序段仿真了下图所示的过程。其中波形参数脉冲宽度=10，脉冲宽度 B=400Mhz。Ts仿真程序： %demo of chirp signal after matched filter T=10e-6; %脉冲持续时间10us B=400e6; %chirp signal带宽400MHz K=B/T; %chirp 信号频率
8、的斜率 Fs=10*B;Ts=1/Fs; %采样频率与采样周期 N=T/Ts; %采样点的个数N=40000 t=linspace(-T/2,T/2,N); St=exp(j*pi*K*t.2); %chirp signal- 6 -Ht=exp(-j*pi*K*t.2); %matched filter的冲激响应 %Sw=fftshift(abs(fft(St); %Hw=fftshift(abs(fft(Ht); %figure; %subplot(2,1,1);plot(Sw); %subplot(2,1,2);plot(Hw); %figure;plot(Sw.*Hw); Sot=co
9、nv(St,Ht); %chirp signal after matched filter %figure;plot(abs(Sot); L=2*N-1; t1=linspace(-T,T,L); Z=abs(Sot); Z=Z/max(Z); %normalize Z=20*log10(Z+1e-6); %Z+1e-6表示取精度到万分位 Z1=abs(sinc(B.*t1); %sinc function Z1=20*log10(Z1+1e-6); t1=t1*B; figure;subplot(2,1,1); plot(t1,Z,t1,Z1,r.); axis(-20,20,-60,5);
10、grid on; legend(emulational,sinc); xlabel(Time in sec timesitB); ylabel(Amplitude,dB); title(匹配滤波后的线性调频信号); subplot(2,1,2); N0=3*Fs/B; t2=-N0*Ts:Ts:N0*Ts; t2=B*t2; plot(t2,Z(N-N0:N+N0),t2,Z1(N-N0:N+N0),r.); axis(-inf,inf,-50,inf);grid on; set(gca,Ytick,-13.4,-4,0,Xtick,-3,-2,-1,-0.5,0,0.5,1,2,3); xl
11、abel(Time in sec timesitB); ylabel(Amplitude,dB); title(匹配滤波后的线性调频信号 (放大);仿真结果如下：- 7 -三、实验结论：三、实验结论：(1)、线性调频脉冲经匹配滤波处理的处理增益为：即；66400 1010 104000BT36dB(2)、脉压后所得的脉冲宽度为：；3 6112.5 10400 10sB 由图中可以看出，第一零点出现在处，由于仿真程序经过归一化处理，1故处即处，此时相对幅度-13.4dB。11 B压缩后的4dB带宽为，与理论分析一致。1 B (3)、综上可知，增大带宽有可以提高分辨率。 带宽越大，经匹配滤波后脉冲宽度越窄。脉宽越窄，雷达分辨两个同向目 标的能力越强，因此分辨率越高。 四、参考文献：四、参考文献：基于 MATLAB 的系统分析与设计第二版 楼顺天 刘小东等编著 信号检测与估计 景占荣 羊彦 编著- 8 -
