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1、西南科技大学课 程 设 计 报 告课程名称： 设计名称： 雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 姓 名： 学 号: 班 级： 指导教师： 起止日期： 2010.12.25-2011.1.5 课 程 设 计 任 务 书学生班级： 学生姓名： 学号： 设计名称： 雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 起止日期： 2010、12、252011、1、03 指导教师： 设计要求： 利用matlab软件设计匹配滤波器。具体包括： 1）：阐述脉冲压缩（匹配滤波）的基本原理； 2）：输入信号为线性调频信号，存在的噪声信号为白噪声； 3）：通过脉冲压缩处理，讨论输出信噪比的改善。课 程 设 计 学 生 日 志时间设计内容1
2、2.25-12.27查阅相关书籍，对题意做全面的剖析12.28-12.31根据查阅的书籍和资料对设计进行梳理、对设计原理做细致的分析 1.1 - 1.2编写仿真程序、利用matlab对信号进行仿真、验证 1.3-1.4整理资料、书写设计报告 1.5完善设计报告，答辩课 程 设 计 考 勤 表周星期一星期二星期三星期四星期五课 程 设 计 评 语 表指导教师评语： 成绩： 指导教师： 年 月 日雷达线性调频信号的脉冲压缩处理一、 设计目的和意义 掌握雷达测距的工作原理，掌握匹配滤波器的工作原理及其白噪声背景下的匹配滤波的设计，线性调频信号是大时宽频宽积信号；其突出特点是匹配滤波器对回波的多普勒频
3、移不敏感以及更好的低截获概率特性。LFM信号在脉冲压缩体制雷达中广泛应用；利用线性调频信号具有大带宽、长脉冲的特点，宽脉冲发射已提高发射的平均功率保证足够的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲已提高距离分辨率，较好的解决了雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾；。而利用脉冲压缩技术除了可以改善雷达系统的分辨力和检测能力，还增强了抗干扰能力、灵活性，能满足雷达多功能、多模式的需要。二、 设计原理 1、匹配滤波器原理：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： 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。 设线性
4、滤波器系统的冲击响应为，其频率响应为，其输出响应： 输入信号能量： 输入、输出信号频谱函数： 输出噪声的平均功率： 利用Schwarz不等式得： 上式取等号时，滤波器输出功率信噪比最大取等号条件： 当滤波器输入功率谱密度是的白噪声时，MF的系统函数为： 为常数1，为输入函数频谱的复共轭，也是滤波器的传输函数 。 为输入信号的能量，白噪声的功率谱为 只输入信号的能量和白噪声功率谱密度有关。白噪声条件下，匹配滤波器的脉冲响应： 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： 为滤波器的相对放大量，一般。匹配滤波器的输出信号： 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
5、可以看成是一个计算输入信号自相关函数的相关器，通常=1。 2、线性调频信号（LFM） LFM信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为： 2.1 式中为载波频率，为矩形信号， ，是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为，如图1 图1 典型的chirp信号（a）up-chirp(K0)（b）down-chirp(K1时，LFM信号特征表达式如下： 2.3 对于一个理想的脉冲压缩系统，要求发射信号具有非线性的相位谱，并使其包络接近矩形；其中就是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质，S(t)与s(t)具有相同的幅频特性，只是中心频率不同而已。因此，Matlab仿真时，只需考虑S(t)。以下Matlab程
6、序产生2.3式的chirp信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图：图2：LFM信号的时域波形和幅频特性 3、LFM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。信号的匹配滤波器的时域脉冲响应为： 3.1 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3.1式， 将3.1式代入2.1式得: 图3 LFM信号的匹配滤波如图3,经过系统得输出信号当时, 3.4当时, 3.5合并3.4和3.5两式： 3.6式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出,
7、它是一固定载频的信号，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。 图4 匹配滤波的输出信号如图4，当时，为其第一零点坐标；当时，习惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。 LFM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D 3.9式表明，压缩比也就是LFM信号的时宽-带宽积。 s(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程序段仿真了图5所示的过程. 仿真结果如下: 图5 Chirp信号的匹配滤波图5中，时间轴进行了归一
8、化，（）。图中反映出理论与仿真结果吻合良好。第一零点出现在（即）处，此时相对幅度-13.4dB。压缩后的脉冲宽度近似为（），此时相对幅度-4dB,这理论分析（图3.2）一致。如果输入脉冲幅度为1，且匹配滤波器在通带内传输系数为1，则输出脉冲幅度为，即输出脉冲峰值功率比输入脉冲峰值功率增大了D倍。三、 详细设计步骤 1、线性调制信号和噪声的生成 a) 线性调频信号时雷达中常用的信号，其表达式为： 为调频起始频率，为调频斜率。为了能进行FFT运算，需要对连续信号进行采样，其表达式为： 为采样周期，n=1,2,3.K，且K=，T为调频信号脉冲宽度 b) 线性调频信号+噪声其表达式为： c) 线性调频信号加噪后，仿真波形如图6： 图6 线性调频信号加噪前后的时域波形实际实际雷达系统中，LFM脉冲的处理过程如图7。 图7 LFM信号的接收处理过程 雷达回波信号经过正交解调后，得到基带信号，再经过匹配滤波脉冲压缩后就可以作出判决。正交解调原理如图8，雷达回波信号经正交解调后得两路相互正交的信号I(t)和Q(t)。一种数字方法处理的的匹配滤波原理如图9。
