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s(t),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 s(t )，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s(t 2 )。 C s(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。 - 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: h(t)  (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s(t)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)  s(t)* h(t)  s(t)* i (t  i )  is(t 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h r (t)为： h r (t)  s*(t) (1.4) 于是，s o (t)  s r (t)*h r (t)  s(t)* s*(t)*h(t) （1.5） 对上式进行傅立叶变换： S o ( 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： 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 s(t)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-chirp(K0)（b）down-chirp(K %%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： - 5 - 图 2.2：LFM 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s(t)的匹配滤波器的时域脉冲响应为： h(t)  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， h(t)  s*(t) 将 2.1 式代入 3.2 式得: h(t)  rect( t  jKt2fct T )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)， - 6 - 3.1） 3.2） (3.3 ) （ （ s o (t)  s(t)* h(t)   