线性调频脉冲压缩雷达设计与验证 2

1、线性调频脉冲压缩雷达设计与验证线性调频脉冲压缩雷达设计与验证理论理论仿真仿真实现实现测试测试n选课对象选课对象l前期至少选修过前期至少选修过软件无线电系统设计与验证软件无线电系统设计与验证、 雷达信号产生与处理系统的设计与验证雷达信号产生与处理系统的设计与验证、最佳信号检最佳信号检测系统设计与验证测系统设计与验证三门课程之一三门课程之一l熟悉熟悉MATLAB程序设计和可编程逻辑器件开发程序设计和可编程逻辑器件开发 2+10+8=20n学时安排学时安排n考核节点考核节点 第二周：登记每组参数第二周：登记每组参数 第三周：第三周：MATLAB仿真结果验收仿真结果验收 第五周：第五周：FPGA程序在

2、板测试程序在板测试相关知识点相关知识点n 脉冲压缩脉冲压缩信号信号n 线性脉冲压缩信号产生方法线性脉冲压缩信号产生方法 n 线性调频信号脉冲压缩处理线性调频信号脉冲压缩处理 n 恒虚警处理恒虚警处理n 数字下变频和上变频处理数字下变频和上变频处理理论掌握理论掌握MATLAB仿真仿真FPGA实现实现需完成工作需完成工作n 参数设计（带宽参数设计（带宽频点频点采样率采样率抽取倍数抽取倍数)n MATLAB程序编写仿真程序编写仿真n VHDL语言程序编写仿真语言程序编写仿真n 下载电路板调试下载电路板调试系统框架系统框架脉冲压缩的作用脉冲压缩的作用2cR1224max30(4 )tnnPGRkT B

3、 F DL u实现距离高分辨实现距离高分辨u增加最大增加最大作用距离作用距离2cRB常规脉冲雷达常规脉冲雷达2cB脉冲压缩雷达脉冲压缩雷达02c2c距离分辨力距离分辨力大大提高大大提高1224max300(4 )avrnnP T GRkT B F D L avtrPPT作用距离增加作用距离增加脉冲压缩信号的条件脉冲压缩信号的条件0.850.250.5delay 50 samplesdelay 200 samples信号具有非线性相位谱信号具有非线性相位谱回顾群延时回顾群延时0脉冲压缩的过程脉冲压缩的过程窄脉冲宽度窄脉冲宽度脉宽为脉宽为 的线性调频信的线性调频信号经过脉冲压缩网络处号经过脉冲压缩

4、网络处理，脉冲宽度被压缩，理，脉冲宽度被压缩，形成窄脉冲。形成窄脉冲。f01f压缩比压缩比0Df脉压前后信噪比脉压前后信噪比有无变化？有无变化？数字脉压的实现方式数字脉压的实现方式u时域处理时域处理u频域处理频域处理FIR滤波器滤波器 x n y n h nFFT处理器处理器 x n y nIFFT处理器处理器 H k y nx nh n滤波器如何设计？滤波器如何设计？匹配滤波理论匹配滤波理论( )( )( )iix ts tn t匹配滤波器是一种最佳线性滤波器，在输入为确知信号匹配滤波器是一种最佳线性滤波器，在输入为确知信号加白噪声的情况下，所得输出信噪比达到最大。加白噪声的情况下，所得输出

5、信噪比达到最大。()( )exp()iiSjs tj t dt( )()()exp()os tS jH jj t d20()()2oNP jH j20()2NNH jd输入输入( )is tFT输出输出匹配滤波器频响匹配滤波器频响均匀白噪声双边功率谱密度均匀白噪声双边功率谱密度( )( )( )ooy ts tn t噪声功率谱噪声功率谱0( )2npN平均噪声输出功率平均噪声输出功率匹配滤波器匹配滤波器( )x t( )y t( )h t22020()()e( )()2j tioSjH jds tNNH jd22002()( )ioSjds tNN( )()()exp()ostS jHjj t

6、 d20( )2NNHd若若 时刻获得峰值信号功率时刻获得峰值信号功率0t则输出信噪比则输出信噪比02EN输入信号能量输入信号能量2()iESjd200( )2os tENN0()()exp()iH jKSjj t*0( )()ih tKs tt*0()()exp()iH jKSjj t222() ()()()x jy jdx jdy jd施瓦茨不等式施瓦茨不等式线性调频信号脉冲压缩处理线性调频信号脉冲压缩处理线性调频信号线性调频信号20( )cos2itts tArectt矩形函数。矩形函数。 瞬时角频率瞬时角频率tdtdi002t2B212DB脉冲宽度脉冲宽度 内，角频率变化范围内，角频率

7、变化范围02t调频带宽调频带宽时宽频宽乘积时宽频宽乘积u线性调频信号的时域形式线性调频信号的时域形式载频随时间变化图载频随时间变化图 时，时，I I、Q Q 两路正交信号两路正交信号0020( )cos2itts tArectt信号波形图信号波形图 22021()22( )ee2xjXjiXASfdx u线性调频信号的频域形式线性调频信号的频域形式正频率部分频谱正频率部分频谱*( )( )( )( )()iiiiiSfSfSfSfSf001222,XXdxxthxstsio)()()(u线性调频信号的匹配滤波输出线性调频信号的匹配滤波输出匹配滤波器匹配滤波器( )is t( )os t( )h

8、 t*0( )( ) ()oiis tks x s ttx dx*0( )()ih tks tt( ) ()iiks x s x t dx0ttt令20( )cos22ixxs xA rectx20| |sin12( )cos222ottkAs tf tt2sin222tkAt0很高时，很高时，略去倍频项略去倍频项 加权或加权或频谱整形频谱整形u线性调频信号的距离旁瓣抑制线性调频信号的距离旁瓣抑制l 加权的实质：对信号进行失配处理加权的实质：对信号进行失配处理l 加权的形式：时域加权、频域加权加权的形式：时域加权、频域加权l 频域加权函数形式：频域加权函数形式：( )(1)cosnfW fKK

9、BK=0.088，n=2：海明加权海明加权K=0.333，n=2：3:1锥比加权函数锥比加权函数K=0，n=2：余弦平方加权函数余弦平方加权函数K=0，n=3：余弦立方加权函数余弦立方加权函数K=0，n=4：余弦四次方加权函数余弦四次方加权函数l 加权对脉压性能的影响加权对脉压性能的影响匹配滤波后的振幅谱匹配滤波后的振幅谱 经海明加权后的振幅谱经海明加权后的振幅谱 海明加权后的时域结果海明加权后的时域结果 匹配滤波后的时域结果匹配滤波后的时域结果 对对 的的LFM信号采用海明加权信号采用海明加权 5,12,0dBMHzs fl 谱修正对脉压性能的影响谱修正对脉压性能的影响使信号具有使信号具有理

10、想窗的频谱理想窗的频谱( )( )( )H fS fW f谱修正滤波器频响谱修正滤波器频响( )H f( )( )( )H fW fS f对对 的的LFM信号谱修正结果信号谱修正结果 5,12,0dBMHzs f理想海明窗加权谱理想海明窗加权谱 LFM信号的谱信号的谱 谱修正滤波器的谱谱修正滤波器的谱 谱修正后的输出谱修正后的输出 电 压 控 制振 荡 器波 门选 通倍 频 器线 性 锯 齿波 产 生 器方 波产 生 器同 步 信 号送 变 频 器 及高 功 率 发 射 机T(a)扩 展 滤 波 器H()波 门 及 限 幅混 频 及 滤 波功 率 放 大 器sinx / x脉 冲 产 生 器收

11、 发 开 关(b)本 振 信 号si(t)s ( f )l线性调频信号的产生线性调频信号的产生(模拟方法）模拟方法）有源法有源法无源法无源法l线性调频脉冲信号的产生线性调频脉冲信号的产生(数字方法）数字方法）数字频率合成数字频率合成DDS器件器件信号调理信号调理输出输出数字波形合成数字波形合成ROM(数字中频数据数字中频数据)信号调理信号调理输出输出数模转换数模转换ROM(数字基带数据数字基带数据)信号调理信号调理输出输出数模转换数模转换数字数字上变频上变频u 时域脉冲压缩处理时域脉冲压缩处理脉冲压缩系统的具体实现脉冲压缩系统的具体实现u频域脉冲压缩处理频域脉冲压缩处理中频回波信号经中频回波信号经正交相位检波后正交相位检波后的基带视频输出的基带视频输出完成数据的重叠存储，完成数据的重叠存储，以使滤波器能处理无限以使滤波器能处理无限的数据序列的数据序列对输入数字脉压信号进行对输入数字脉压信号进行频域匹配滤波、旁瓣加权频域匹配滤波、旁瓣加权抑制和频谱修正等处理抑制和频谱修正等处理产生使系统可靠产生使系统可靠工作的各种时钟工作的各种时钟和时序控制信号和时序控制信号u 数字上变频数字上变频(DUC)数字变频结构数字变频结构cosonsinon滤波滤波滤波滤波内