脉冲压缩雷达与匹配滤波.pdf

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：----------2014-10-28西安电子科技大学信息对抗技术一、雷达工作原理雷达，是英文Radar的音译，源于radiodetectionandranging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（RadarWaveform），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。二、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（LinearFrequencyModulation）信号,接收时采用匹配滤波器（MatchedFilter）压缩脉冲。LFM信号的数学表达式：（）t其中f为载波频率，rect()为矩形信号：cT（）B其中K是调频斜率，信号的瞬时频率为fKt(TtT)，如图Tc22（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，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）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;%采样频率和采样间隔N=T/Ts;N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2);%产生线性调频信号subplot(211)plot(t*1e6,real(St));xlabel('时间/us');title('LFM的时域波形');gridon;axistight;subplot(212)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));xlabel('频率/MHz');title('LFM的频域特性');gridon;axistight;（图：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：t是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令t＝0，重写式，00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s(t)，o当0tT时,当Tt0时,合并和两式：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的信号。当tT时，包络近c似为辛克（sinc）函数。图：匹配滤波的输出信号如图，当πBt=±π时，t=±1/B为其第一零点坐标；当πBt=±π/2时，t=±1/2B，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，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(t)。以下Matlab程序段仿真了图所示的过程，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=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2);%产生线性调频信号Ht=exp(-j*pi*K*t.^2);%匹配滤波器Sot=conv(St,Ht);%线性调频信号经过匹配滤波器subplot(211)L=2*N-1;t1=linspace(-T,T,L);Z=abs(Sot);Z=Z/max(Z);%归一化Z=20*log10(Z+1e-6);Z1=abs(sinc(B.*t1));%sinc函数Z1=20*log10(Z1+1e-6);t1=t1*B;plot(t1,Z,t1