线性调频(LFM)脉冲压缩雷达仿真_线性调频脉冲压缩雷达

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线性调频（LFM）脉冲压缩雷达仿真

班级：信息五班

姓名：李辉 04141394 李港深 04141393 李少杰 04141395

分工：李辉

报告

李少杰 李港深

程序及调试

概述：雷达工作原理

雷达是Radar（RAdio Detection And Ranging）的音译词，意为“无线电检测和测距”，即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置，这也是雷达设备在最初阶段的功能。它是通过发射电磁波并接收回波信号，在后端经过信号处理将目标的各种特性分析出来的一个复杂的系统。其中，雷达回波中的可用信息包括目标斜距,角位置，相对速度以及目标的尺寸形状等。典型的雷达系统如图1.1，它主要由发射机，天线，接收机，数据处理，定时控制，显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无，目标斜距，目标角位置，目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念，使它具有对运动目标(飞机，导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。

图1.1：简单脉冲雷达系统框图

一． 线性调频（LFM）脉冲压缩雷达原理

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。

假设理想点目标与雷达的相对距离为R，为了探测这个目标，雷达发射信号s(t),电磁波以光速C向四周传播，经过时间RC后电磁波到达目标，照射到目标上的电磁波可写成：R)。电磁波与目标相互作用，一部分电磁波被目标散射，被反射的电磁波为CRs(t)，其中为目标的雷达散射截面（Radar Cro Section ,简称RCS），反映目标对CR电磁波的散射能力。再经过时间RC后，被雷达接收天线接收的信号为s(t2)。

Cs(t如果将雷达天线和目标看作一个系统，便得到如图1.2的等效，而且这是一个LTI（线性时不变）系统。

图1.2：雷达等效于LTI系统

等效LTI系统的冲击响应可写成:

h(t)

(t)

(1.1)

iii1MM表示目标的个数，i是目标散射特性，i是光速在雷达与目标之间往返一次的时间，i2Ri

(1.2)c式中，Ri为第i个目标与雷达的相对距离。

雷达发射信号s(t)经过该LTI系统，得输出信号(即雷达的回波信号)sr(t)：

sr(t)s(t)*h(t)s(t)*i(ti)is(ti)

(1.3)

i1i1MM那么，怎样从雷达回波信号sr(t)提取出表征目标特性的i(表征相对距离)和i(表征目标反射特性)呢？常用的方法是让sr(t)通过雷达发射信号s(t)的匹配滤波器，如图1.3。

图1.3：雷达回波信号处理

s(t)的匹配滤波器hr(t)为：

hr(t)s*(t)

(1.4)于是，so(t)sr(t)*hr(t)s(t)*s*(t)*h(t)

（1.5）对上式进行傅立叶变换：

So(jw)S(jw)S*(jw)H(jw)|S(jw)|H(jw)2

(1.6)如果选取合适的s(t)，使它的幅频特性|S(jw)|为常数，那么1.6式可写为：

So(jw)kH(jw)

(1.7)

式中，tjKt2S(t)rect()e

（2.4）

T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2.4式的chirp信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图2.2。>> %%线性调频信号的程序 T=10e-6;B=30e6;K=B/T;

Fs=2*B;Ts=1/Fs;N=T/Ts;t=linspace(-T/2,T/2,N);St=exp(j*pi*K*t.^2);线性调频信号 subplot(211)plot(t*1e6,real(St));xlabel('Time in u sec');title('Real part of chirp signal');grid on;axis tight;subplot(212)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N);plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));xlabel('Frequency in MHz');title('Magnitude spectrum of chirp signal');grid on;axis tight;>> 仿真结果显示：

图2.2：LFM信号的时域波形和幅频特性 三． LFM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：

h(t)s*(t0t)

t0是使滤波器物理可实现所附加的时延。理论分析时，可令t0＝0，重写3.1式，h(t)s*(t)

将2.1式代入3.2式得:

h(t)rect(tjKt2fctT)eej2

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)，3.1）3.2）

(3.3)

（（so(t)s(t)*h(t)

s(u)h(tu)duh(u)s(tu)du

当0tT时,uj2fcujK(tu)2tuj2fc(tu)jKu2erect()eerect()eduTTT2s0(t)tT2ejKt2j2Ktuedu

ejKt2ej2KtuT2ej2fct

(3.4)

j2KttT2当Tt0时,sinK(Tt)tj2fcteKttT2s0(t)T2ejKtej2Ktuduej2KtutT2j2fct

(3.5)eTj2Kt22

ejKt2合并3.4和3.5两式： sinK(Tt)tj2fcteKttsinKT(1)tTrect(t)ej2fct

（3.6）

s0(t)TKTt2T3.6式即为LFM脉冲信号经匹配滤波器得输出,它是一固定载频fc的信号。当tT时，包络近似为辛克（sinc）函数。

S0(t)TSa(KTt)rect(tt)TSa(Bt)rect()

（3.7）2T2T

xlabel('Time in sec timesitB');ylabel('Amplitude,dB');title('Chirp signal after matched filter(Zoom)');仿真结果如图3.3：

图3.3：Chirp信号的匹配滤波

图3.3中，时间轴进行了归一化，（t/(1/B)tB）。图中反映出理论与仿真结果吻合良好。第一零点出现在1（即（11）处，此时相对幅度-13.4dB。压缩后的脉冲宽度近似为BB1），此时相对幅度-4dB,这理论分析（图3.2）一致。2B

上面只是对各个信号复包络的仿真，实际雷达系统中，LFM脉冲的处理过程如图3.4。

图3.4： LFM信号的接收处理过程

雷达回波信号sr(t)（1.4式）经过正交解调后，得到基带信号，再经过匹配滤波脉冲压缩后就可以作出判决。正交解调原理如图3.5，雷达回波信号经正交解调后得两路相互正交的信号I(t)和Q(t)。一种数字方法处理的的匹配滤波原理如图3.6。

图3.5：正交解调原理

图3.6：一种脉冲压缩雷达的数字处理方式

四：Matlab仿真结果

（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：30兆赫兹（30MHz）脉冲宽度：10微妙（20us）中心频率：1GHz（109Hz）雷达接收方式： 正交解调接收

距离门：10Km~15Km 目标：

Tar1：10.5Km Tar2：11Km Tar3：12Km Tar4：12Km＋10m Tar5：13Km Tar6：13Km＋25m（2）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图4.1。

图4.1：雷达仿真等效信号与系统模型

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