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 MATLA仿真姓名:学号:2014-10-28西安电子科技大学信息对抗技术大全雷达工作原理雷达，是英文 Radar 的音译，源于 radio detection and rangingf调制J发射s(o收发开黄卜接收信号1f愴号处理t Srtt)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。结果显示雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波

2、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

3、频(Linear Frequency Modulation )信号,接收时采用匹配滤波器( Matched Filter )压缩脉冲。LFM信号的数学表达式：F、 八、必3+粒£(0二畑£7(厂)电2(2.1)其中fc为载波频率,rect(*)为矩形信号:r1 st<1rect( )TTT10 ?其他B其中K是调频斜率，信号的瞬时频率为Tfc Kt，如图ii71BA/1tuneBk上呼1L_111-i(图 2.1.典型的 LFM信号(a) up-LFM(K>0)(b) down-LFM(K<0)将式1改写为:其中(2.3)(2.4)是信号s(t)的复包络。

4、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以，因此， Matlab仿真时，只需考虑 S(t)。以下Matlab程序产生(2.4) 的LFM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;%持续时间是10usB=30e6;%调频调制带宽为 30MHzK=B/T;%调频斜率Fs=2*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=li nspace(-T/2,T/2,N);%采样频率和采样间隔N=T/Ts;St=exp(j*pi*K*t.A2); subplot(211) plot(t*1e6,real(St); xlabel('时间 /us&

5、#39;); title('LFM的时域波形grid on; axis tight; subplot(212)%');产生线性调频信号freq=li nspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St); xlabel('频率 /MHz');title('LFM 的频域特性'); grid on; axis tight;LF袖的时域波形(图2.2 : LFM信号的时域波形和频域特性)三、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：(3.1)t。是使滤波器物理可实现所附加

6、的时延。理论分析时，可令t。= 0,重写3.1式,肌m(3.2)将2.1式代入3.2式得：弭)Jsoft)、G5 配 WiKh(t)-尹图3.1 : LFM信号的匹配滤波如图3.1, s(t)经过系统h(t)得输出信号So(t),J tl)dtL = j" Jt(t£)S(f uy/u ¥ ®(3.4)当0空t空T时,臥“=捫用严血血当-T乞匕0时,=占曲% 2皿_晶忒(T_谅严心(3.5)的二(严，”血血-鸟一心严血P矿换-%江Kt(3.6)合并3.5和3.6两式:血 W(l-j(3.7)3.7式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出，它是一固定载频 f

7、e的信号。当t时，包络近似为辛克(sine )函数。二 1图3.2 :匹配滤波的输出信号如图3.2，当n Bt= ±n时，t= ± 1/B为其第一零点坐标；当n Bt= ±n 习惯上，将此时的脉冲宽度定义为压缩脉冲宽度。12 时，t= ± 1/2B ,(3.9)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(3.10)式3.10表明，压缩比也就是LFM信号的时宽频宽积。由2.1,3.3,3.7 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(t)。以下Matlab程

8、序段仿真了图3.1所示的过程，并将仿真结果和理论进行对照。%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);%产生线性调频信号Ht=exp(-j*pi*K*t.A2);%匹配滤波器Sot=co nv(St,Ht); subplot(211) L=2*N-1;t1=li nspace(-T,T,L);%线性调频信号经过匹配滤波器Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);Z=20*log10(Z+1e-6);%归一化Z1=abs(si nc(B.*

9、t1);Z1=20*log10(Z1+1e-6); t1=t1*B;plot(t1,Z,t1,Z1,'r.'); axis(-15,15,-50,inf);grid on; legend('仿真','sinc');%s inc函数xlabel('时间 sec timesitB');ylabel('振幅,dB');title('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

10、),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); xlabel(' ylabel(' title('结果：时间 sec timesitB'）; 振幅,dB'）;线性调频信号经过匹配滤波器（放大）'）;线性调頻匚g经过匹配滤波器0-15100时'可 sec x8-40时间sec >8线性调频倍号经过匹配

11、滤波器放大）图3.3 :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-13.4dB。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 3.2 ） 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：1.0信号波形：线性调频信号频带宽度：30MHz脉冲宽度：10us中心频率：IGHzHz雷达接收方式：正交解调接收距离门：10Km15Km目标：Tar1 :10.5KmTar2 :11KmTar3 :1

12、2KmTar4 :12Km 5mTar5 :13KmTar6 :13Km 2m2. 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。S0(t)雷迖等效系统匹配忑污常图4.1 :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；Rmin：观测目标距雷达的最近位置；Rmax观

13、测目标距雷达的最远位置；R: 维数组，数组值表示每个目标相对雷达的距离；RCS 一维数组，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。无压绵的雷达回波斥缩后的需达冋被五、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

14、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( LFM_radar.m ) %脉冲压缩雷达仿真 function LFM_radar(T,B,Rmin,Rmax,R,RCS) if nargin=0脉冲持续时间 10us频带宽度 30MHzT=10e-6;%B=30e6;%Rmin=10000;Rmax=15000; % 作用范围 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;% 设定速

15、度为光速K=B/T; % Rwid=Rmax-Rmin;%Twid=2*Rwid/C;%Fs=5*B;Ts=1/Fs;%Nwid=ceil(Twid/Ts);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); %2*Rmax/C)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); %接收范围 (2*Rmin/C < t <目标数量雷达回波力1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);%多脉冲持续时间雷达回波的 fft 计算线性调频信号 线性调频信号的 fft 计算 脉冲压缩后的信号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s