脉冲压缩雷达与匹配滤波

1、脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的 MATLAB仿真姓名:学号:飞雷达工作原理雷达，是英文 Radar的音译，源于radio detection and ranging的缩写，原意为" 无线电探测和测距"，即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此，雷 达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进 行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速 度)、方位、高度等信息。雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform),然后经馈线 和收发开关由发射天线辐射出去，遇到目标后，电磁波一

2、部分反射，经接收天线和 收发开关由接收机接收，对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾，为了解决这 个矛盾，我们采用脉冲压缩技术，即使用线性调频信号。1、线性调频(LFM)信号脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射 以提高发射的平均功率，保证足够大的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算 法获得窄脉冲，以提高距离分辨率，较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的 矛盾。脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频(Linear Frequency Modulation)信号，接 收时采用匹配滤波器(M

3、atched Filter)压缩脉冲。LFM信号的数学表达式：小人丿知s(i) = recti2丁 2014-10-28()乐享科技信息对抗技术其中fc为载波频率,为矩形信号:rect ) = JT0 .其他其中K B是调频斜率，信号的瞬时频率为()c Kt ( t2 t t2)，如图(图.典型的 LFM 信号(a)up-LFM(K>0)(b) down-LFM(K<0将式1改写为：()其中是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质, 频率不同而以，因此，Matlab仿真时， 信号，并作出其时域波形和幅频特性。%线性调频信号的产生T=10e-6; B=30e6; K=B/T; Fs=

4、2*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts; t=li nspace(-T/2,T/2,N); St=exp(j*pi*K*t.A2); subplot(211) plot(t*1e6,real(St); xlabel('时间 /us'); title('LFM的时域波形'); grid on; axis tight; subplot(212) freq=li nspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St); xlabel('频率 /MHz'); title('LFM的频域特

5、性'); grid on; axis tight;()S(t)与 s(t)具有相同的幅频特性，只是中心只需考虑S(t)。以下Matlab程序产生)的LFM%持续时间是10us%调频调制带宽为30MHz%调频斜率%采样频率和采样间隔N=T/Ts;%产生线性调频信号三、(图：LFM信号的时域波形和频域特性)压缩脉冲的匹配滤波信号s(t)的匹配滤波器的时域脉冲响应为:to是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令 to = 0,重写式,将式代入式得：图：LFM信号的匹配滤波如图,s(t)经过系统h(t)得输出信号so(t),£加=| 5(t£)h(_t udti=

6、 J h(tt)sf u)du=f尹屁嗨兀巴0"冷灯网(二)血'TTop当0 t T时,严z “5-护换f-%或口兀K(T丁：詰血尹"%-jlnKt -%合并和两式:sin jrKTd- t式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频fc的信号。当t T时，包络 近似为辛克(sine)函数。吴二J3疏忒斤片住”丄)二TSq迂班)科皿小图：匹配滤波的输出信号如图，当 n= 土时，t= ± 1/E为其第一零点坐标；当 n= ±n /时,t= ± 1/2B习惯上, 将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。2B BLFM信号的压缩前脉冲宽

7、度T和压缩后的脉冲宽度 之比通常称为压缩比D,式表明，压缩比也就是LFM信号的时宽频宽积。由,，式，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(“以下Matlab程序段仿真了图所示的过程 %线性调频信号的匹配滤波T=10e-6;B=30e6;K=B/T;Fs=10*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=li nspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.A2);Ht=exp(-j*pi*K*t.A2);Sot=co nv(St,Ht);subplot(211)L=2*N-1;t1=li nspace(-T

8、,T,L);Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);Z1=abs(si nc(B.*t1);Z1=20*log10(Z1+1e-6);，并将仿真结果和理论进行对照% 产生线性调频信号%匹配滤波器%线性调频信号经过匹配滤波器%归一化%sinc函数t1=t1*B;plot（t1,Z,t1,Z1,'r.'）;axis（-15,15,-50,inf）;grid on;lege nd（仿真','s in c'）;xlabel（时间 sec timesitB'）;ylabel（振幅,dB'）;title（&#

9、39;线性调频信号经过匹配滤波器'）;subplot（212）%放大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',-4,0,'Xtick',-3,-2,-1,0,1,2,3）;xlabel（时间 sec timesitB'）;ylabel（振幅,dB'）;title（'线性调频信号经过匹配滤波器（放大）

10、9;）;结果：图：线性调频信号的匹配滤波上图中，时间轴进行了归一化，（t/（1/B）=t x B）。图中反映出理论与仿真结果吻合良 好。第一零点出现在土 1 （即土 1/B ）处，此时相对幅度。压缩后的脉冲宽度近似为 1/B（± 1/2B）,此时相对幅度-4dB这理论分析（图）一致。四、Matlab 仿真1. 任务：对以下雷达系统仿真。雷达发射信号参数：幅度：信号波形： 线性调频信号频带宽度： 30MHz脉冲宽度： 10us中心频率： 1GHzHz雷达接收方式：正交解调接收距离门： 10Km15Km目标：Tar1：10.5KmTar2：11KmTar3：12KmTar4：12Km5m

11、Tar5： 1 3KmTar6： 1 3Km2 m2. 系统模型：结合以上分析，用 Matlab 仿真雷达发射信号，回波信号，和压缩后的信号的复包 络特性，其载频不予考虑（实际中需加调制和正交解调环节） ，仿真信号与系统模型如 下图。图：雷达仿真等效信号与系统模型3. 线性调频脉冲压缩雷达仿真程序 LFM_radar仿真程序模拟产生理想点目标的回波，并采用频域相关方法（以便利用 FFT实现 脉冲压缩。函数LFM_radar的参数意义如下：T： LFM信号的持续脉宽；B： LFM信号的频带宽度；Rmi n：观测目标距雷达的最近位置；Rmax观测目标距雷达的最远位置；R: 维数组，数组值表示每个目

12、标相对雷达的距离；RCS 维数组，数组值表示每个目标的雷达散射截面。在 Matlab 指令窗中输入：LFM_radar（10e-6,30e6,10000,15000,10500,11000,12000,12005,13000,13002,1,1,1,1,1,1 ）得到的仿真结果如下图。五、心得通过这次使用 Matlab 对脉冲压缩雷达的仿真，让我充分理解到了脉冲压缩雷达的 工作原理， 以及脉冲压缩雷达与普通脉冲雷达的差异， 这让我对与雷达原理这门课 有了更加深入的理解， 对于匹配滤波的深入了解， 使得在课堂中没有充分理解的地 方清晰的展现在眼前。 这次实验不仅仅会促进我雷达原理课程的学习， 也

13、为我以后 学习雷达专业提供了一种可靠的方法。六、附录Matlab 代码()%脉冲压缩雷达仿真%脉冲持续时间 10us%频带宽度 30MHz%作用范围function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS) if nargin=0T=10e-6;B=30e6;Rmin=10000;Rmax=15000;R=10500,11000,12000,12008,13000,13002; %目标位置RCS=1 1 1 1 1 1;%雷达散射面end%参数设定C=3e8;K=B/T;Rwid=Rmax-Rmin;Twid=2*Rwid/C;Fs=5*B;Ts=1/Fs;Nwid=cei

14、l(Twid/Ts);%设定速度为光速%调频斜率%距离%时间%采样频率和采样间隔%回波t=linspace(2*Rmin/C,2*Rmax/C,Nwid);M=length(R);td=ones(M,1)*t-2*R'/C*ones(1,Nwid);Srt=RCS*(exp(j*pi*K*td.A2).*(abs(td)<T/2); %利用FFT和IFFT进行数字信号处理 Nchirp=ceil(T/Ts);Nfft=2A nextpow2(Nwid+Nwid-1);Srw=fft(Srt,Nfft);t0=linspace(-T/2,T/2,Nchirp);St=exp(j*pi*K*t0.A2);Sw=fft(St,Nfft);Sot=fftshift(ifft(Srw.*conj(Sw);N0=Nfft/2-Nchirp/2;Z=abs(Sot(N0:N0+Nwid-1);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);%产生图像subplot(211)plot(t*1e6,real(Srt);axis tight; xlabel(时间 /s ');ylabel('振幅') title('