雷达线性调频信号LFM脉冲压缩.docx

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、25——2011、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

时间设计内容查阅相关书籍，对题意做全面的剖析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
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。
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(K>0)（b）down-chirp(K<0)
将2.1式中的up-chirp信号重写为：
2.2
当TB>1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3LFM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,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