线性调频LFM脉冲压缩雷达仿真

线性调频（线性调频（LFMLFM）脉冲压缩雷达仿真）脉冲压缩雷达仿真 班级信息五班班级信息五班 姓名李辉姓名李辉 04141394 04141394 李港深李港深 04141393 04141393 李少杰李少杰 04141395 04141395 - 1 - 分工李辉分工李辉报告报告 李少杰李少杰李港深李港深程序及调试程序及调试 概述雷达工作原理概述雷达工作原理 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 一．一．线性调频（线性调频（LFMLFM）脉冲压缩雷达原理）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 Wave） ，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st,电磁波 以光速C向四周传播，经过时间R C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 C R st ，其中 为目标的雷达散射截面（Radar Cross Section ,简称 RCS） ，反映目标对 C R 电磁波的散射能力。再经过时间R C后，被雷达接收天线接收的信号为st 2 。 C st  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。 - 2 - 图 1.2雷达等效于 LTI系统 等效 LTI系统的冲击响应可写成 ht  t  1.1 ii i1 M M 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  2R i 1.2 c 式中，R i 为第 i 个目标与雷达的相对距离。 雷达发射信号st经过该 LTI系统，得输出信号即雷达的回波信号s r t s r t  st* ht  st* i t  i  ist i 1.3 i1i1 MM 那么， 怎样从雷达回波信号s r 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srt通过雷达发射信号st的匹配滤波器，如图 1.3。 图 1.3雷达回波信号处理 st的匹配滤波器h r t为 h r t  s*t 1.4 于是，s o t  s r t*h r t  st* s*t*ht （1.5） 对上式进行傅立叶变换 S o jw  S jwS* jwH jw | S jw| H jw 2 1.6 如果选取合适的st，使它的幅频特性| S jw|为常数，那么 1.6 式可写为 S o jw  kH jw 1.7 - 3 - 其傅立叶反变换为s o t k h t k  i1 M i t i 1.8 s o t中包含目标的特征信息 i 和 i 。从s o t中可以得到目标的个数 M 和每个目标相对 雷达的距离 R i  i c （1.9） 2 这也是线性调频（LFM）脉冲压缩雷达的工作原理。 二．二．线性调频（线性调频（LFMLFM）信号）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； 而接收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（Linear Frequency Modulation）信号,接收 时采用匹配滤波器（Matched Filter）压缩脉冲。 LFM 信号也称 Chirp 信号的数学表达式为 t j2 fctKt2 2 strect e 2.1 T 式中f c 为载波频率，rect 为矩形信号， t T t 11 t （2.2）rect T T 0 , elsewise  K  B ，是调频斜率，于是，信号的瞬时频率为 fc Kt T t T，如图 2.1 22 T 图 2.1 典型的 chirp 信号（a）up-chirpK0（b）down-chirpK 线性调频信号的程序 T10e-6; B30e6; KB/T; Fs2*B;Ts1/Fs; NT/Ts; tlinspace-T/2,T/2,N; Stexpj*pi*K*t.2; 线性调频信号 subplot211 plott*1e6,realSt; xlabelTime in u sec; titleReal part of chirp signal; grid on;axis tight; subplot212 freqlinspace-Fs/2,Fs/2,N; plotfreq*1e-6,fftshiftabsfftSt; xlabelFrequency in MHz; titleMagnitude spectrum of chirp signal; grid on;axis tight; 仿真结果显示 - 5 - 图 2.2LFM 信号的时域波形和幅频特性 三．三．LFMLFM 脉冲的匹配滤波脉冲的匹配滤波 信号st的匹配滤波器的时域脉冲响应为 ht  s*t 0 t t 0 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， ht  s*t 将 2.1 式代入 3.2 式得 ht  rect t  jKt2fct T eej2 图 3.1LFM 信号的匹配滤波 如图 3.1,st经过系统ht得输出信号sot， - 6 - 3.1） 3.2） 3.3 （ （ s o t  st* ht   