第5章线性调频脉冲信号(研)

5线性调频脉冲信号一、现代雷达对波形的要求测距精度和距离分辨力要求大带宽B，以保证大的、测速精度和速度分辨力要求大时宽T，以保证大的、为了提高作用距离，必须具有大时宽T二、如何获得大时宽带宽信号时/频域对信号进行相位或幅度调制（即增加均方根带/时宽），线性相位不行，只能移动时间或频率，只用平方、立方等相位才行。三、大时宽带宽信号的特点优点：解决矛盾，增强了抗干扰能力，增强了发现目标能力缺点：最小作用距离增加，产生/处理复杂易失真，出现旁瓣，存在距离和速度测量模糊0eTeW5.1线性调频脉冲信号（LFM）的产生LFM信号实数表示为：LFM信号复数表示为：LFM信号复包络为：)2cos(][)(20kttfTtrecttxtfjktjtfeetuetuts02022)()()(222(),()cos(),()sin()jktIQuteutktutkt瞬时频率：ktfkttfdtdfi020)2(21-1-0.500.51x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间(s)幅度LFM信号的Q路-1-0.500.51x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间(s)幅度LFM信号的I路LFM产生方法:1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、2、有源法：①波门选通法②I&Q正交调制法③DDS法EPLD高速EPROM高速EPROMD/AD/ALPFLPFI／Q调制器控制信号中频输出中频本振DDS核高速高稳定度时钟控制信号中频LFM信号5.2线性调频脉冲信号的频谱LFM信号复包络为：频谱：2][)(ktjeTtrecttu4222][1][)(jfkjftjktjeBfrectkdteeTtrectfu4][1)(2Bfrectkfu5.3线性调频脉冲信号的波形参量)0(3)3)((3)()2(3)()()23123(22'222'20220''BTTTTBBTTTTBTWBWeeee5.4线性调频脉冲信号的模糊函数一、模糊函数TTTkTk)())(()])((sin[),(TT,TT0K剪切角：二、切割1、压缩比：距离旁瓣：来因、影响TBktgBTBT)]1(sin[)0,(0BTBTBTD1122024681024681010BT1B归一化为05101520510152050BT2、3、TTT)sin(),0(0010.4B0.2B1.005.5线性调频脉冲信号的性能一、优点1、距离分辨力提高We，速度分辨力相同Te2、精度'00''0322()(2)()632()TEEBBNNBTETNTT0K10:1压缩比不压缩3、B和T独立选取4、多普勒不敏感二、缺点1、组合值解决方法：正负斜率、只测距/大斜率（K）、V型调频。AAAAAAkk11])(1[21])(1[212002000NENEAA(,)AAAAA(,)AAA1A1A01A(,)AA0K0K1A2A0AAA1A(,)AA2、斜刀刃上目标无法分辨3、存在距离旁瓣MSR=-13.2dB旁瓣的坏处：掩盖小目标（广义分辨）出现虚假目标，减小了系统动态范围ABCAVBVCV0AVCVBVABCTTABC024681024681010BT1B归一化为05101520510152050BT5.6线性调频脉冲信号的处理一、近似匹配滤波器的实现时:匹配滤波器的频率特性:2141fjjKffrecteBK20022241()()1fjjjftjftKfjKfHfferecteBKfrecteBK212ddftfdfKK30BT二、近似匹配滤波器的输出输入信号的复包络为：近似匹配滤波器输出为：sin()sin()(,)()()KTKTyTKKT212()2()jtKtttrecteT212()24sin(),()jKtjKtTyteKtsin(,0)ByTBsin(0,)TyTT222sin()(,)(,)()KTxyK024681024681010BT1B归一化为05101520510152050BTu(t)LPFADCXI(n)LPFADCXQ(n)IQ三、匹配滤波器的实现采用IQ正交相参处理消除随机初相的影响。1、采样频率及中频采样视频采样（低通）：中频采样（带通）：，n满足2sfBBBfs5.1,25.1)12/(40nffsA/D低通滤波器)(1nI)2cos(1tnf)(nI低通滤波器)(1nQ)2sin(1tnf)(nQ)(ns)(ts采样（fs）2cosIdutktt2sinQdutktt2、时域处理nknnXdI2cosnknnXdQ2sin2cosknnHI2sinknnHQmYmYmDQI22DDhN-1…...DXih0＋()Qyn()Iyn＋()Isn()Ihn()Qhn()Ihn()Qhn()Qsn－＋*(1)s*(0)s*(3)sN*(2)sN*(1)sN()sn…()osnsTsTsT()osn3、频域处理4、时频域处理对比①时域（FIR滤波器/数据流处理）：，阶，瞬时出；②频域（正反FFT/数据块处理）：，点，延时出。2sfB4snfT2sfBrsNTf)]()]([[)]()([)]([)(kHnxFFTIFFTkHkXIFFTkYIFFTny()Qsn()Qyn()Iyn()IsnROMFFTIFFT()[()]HkFFThn频谱相乘-1-0.500.51x10-5-90-80-70-60-50-40-30-20-100时间(s)幅度(dB)时域脉压后的波形(未加权)-1-0.500.51x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间(s)幅度LFM信号的Q路-1-0.500.51x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间(s)幅度LFM信号的I路B/25.7线性调频脉冲信号的加权处理一、为何要加权处理？二、频域上幅度加权假设：目的：①等效为矩形谱，②加权网络本身特性。()uf2(,0)()()jftwVtWffedf2()()()()fWfHff222(,0)()BjftBwVtHfedf匹配滤波器幅度加权网络*()uf()Hf*()Wf(,0)uWVt通用表达式：简化：结果：结论：①三个辛格函数组成，②幅度K定，时移B定，③K决定加权函数、性能，④B带宽。()(1)cosnfHfKKB2211()24ffjjBBKKHfee123(,0)()()()wVtgtgtgt(1)1sin()sin(1)sin(1)22(1)TKKBcBtcBtcBtBK2B2B()Hff0K-1-0.500.51x10-5-90-80-70-60-50-40-30-20-100时间(s)幅度(dB)时域脉压后的波形(未加权)-8-6-4-202468x10-6-90-80-70-60-50-40-30-20-100时间(s)幅度(dB)加窗(海明窗)后的脉压输出-1-0.500.51x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间(s)幅度LFM信号的Q路-1-0.500.51x10-5-1-0.8-0.6-0.4-0.200.20.40.60.81时间(s)幅度LFM信号的I路三、加权性能分析1、信噪比损失不采用加权网络信噪比为：采用加权网络信噪比为：信噪功率比损失为：(海明：-1.34dB)0022MSBTTNNBN2222202()()BBBNMBTHfdfBSNNHfdf222/222()10lg10lg()()BBNMSNBBMSHfdfNLdBSBHfdfN22/2212(21)210lg10lg323(323)8SNKBKKLBKKBKK2、最大主旁瓣比海明：-42.67dB（t1=4.5/B）3、-3dB的主瓣加宽系数1(0,0)()2wTKVBB11(,0)120lg20lg(,0)()2(0,0)(,0)sin()(0,0)VtcBtV(,0)1sin()sin(1)sin(1)(0,0)2(1)wwVtKBTcBtcBtVK(0.443/,0)(0,0)0.707VBV海明：2(,0)0.707(0,0)wwVtV20.443/tB20.6512/tB210.65121.470.443tt5.8非线性调频脉冲信号发射波形应被设计为其功率谱形状与具有所需旁瓣特性窗函数的频谱形状类似。1、时间上通过幅度加权修正频谱形状，需线性功放；2、LFM每个频率点上用的时间都是相同的，改变恒定扫描。-50-40-30-20-10010203040500200400600800100012001400160018002000非线性调频信号（汉明窗）的拟合调频频率()fkHz()ts非线性调频信号的实部01002003004005006007008009001000-1-0.500.5101002003004005006007008009001000-1-0.500.51非线性调频信号的虚部200150100500400350300250T),(-100-80-60-40-2002040608010000.10.20.30.40.50.60.70.80.91延迟时间（μs）)0,(-0.5-0.4-0.3-0.2-0.100.10.20.30.40.500.10.20.30.40.50.60.70.80.91多普勒频率（MHz）),0(5.9线性调频连续波信号