雷达信号分析与处理第五章

顾陈雷达信号分析与处理第五章线性调频脉冲信号5.1线性调频脉冲信号的产生5.2线性调频脉冲信号的频谱5.3线性调频脉冲信号的波形参量5.4线性调频脉冲信号的模糊函数5.5线性调频脉冲信号的性能5.6线性调频脉冲信号的处理方法5.7线性调频脉冲信号的加权处理2雷达信号分析与处理第五章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3雷达信号分析与处理0eWeT22222022--(2)()d()d()d()dfffttfftt2222222--(2)()d()d()d()dtttffttff()()()jttate()()()jttate第五章线性调频脉冲信号时/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4雷达信号分析与处理222201[()]d()[()]d2attatttE222'21[()]d()[()]d2AffAfffE第五章线性调频脉冲信号5.1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：5雷达信号分析与处理)2cos(][)(20kttfTtrecttxtfjktjtfeetuetuts02022)()()(222()(/),()cos(),()sin()jktIQutrecttTeutktutkt第五章线性调频脉冲信号瞬时频率：6雷达信号分析与处理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路第五章线性调频脉冲信号LFM产生方法:1、模拟电路法①无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法②有源法：波门选通法2、数字电路法：①I&Q正交调制法②DDS法7雷达信号分析与处理0cos(2)ft2cos()Kt20cos(2)ftKt2sin()Kt2第五章线性调频脉冲信号IQ正交调制DDS原理QI低通滤波中频载波中频输出时钟逻辑控制高速ROMD/A正交调制器高速ROMD/A低通滤波第五章线性调频脉冲信号线性调频频率累加器线性调频频率累加器非线性调频频率累加器非线性调频频率累加器相位控制字存储器相位控制字存储器输出控制逻辑输出控制逻辑DACDAC低通滤波低通滤波译码中频输出相位编码脉冲模式控制命令CWfCWKCWT第五章线性调频脉冲信号5.2线性调频脉冲信号的频谱LFM信号复包络为：根据傅理叶变换，可得：令10雷达信号分析与处理2][)(ktjeTtrecttu222222()[]fTjfjKtjktjftKKTtufrecteedtedteT2fxKtK221221()d2jfujxKufeexK21122221cossind222jfuuKuuexdxjxxK第五章线性调频脉冲信号其中积分上下限分别为：由菲涅尔积分考虑到对称关系信号频谱可改写为11雷达信号分析与处理2020()cosd2()sind2uuCuxxSuxx122TfuKK222TfuKK()()()()CuCuSuSu212121()[()()][()()]2jfKfeCuCujSuSuK()exp[()]fjf第五章线性调频脉冲信号振幅：相位：根据菲涅尔积分的性质，当BT1，即u1时，菲涅尔积分和的波纹都很小，而且，因此剩余相位项趋于恒定值振幅近似为12雷达信号分析与处理1()()2CuSu()Su()Cu1212()()1()()SuSuCuCu2()4f1()ffrectBK()S()C()S0.5()C01234521212()()()()()SuSuffarctgKCuCu1/22212121()()()()()2fCuCuSuSuK第五章线性调频脉冲信号13雷达信号分析与处理()f2()f13BT52BT130BT0f02Bf02Bf0f02Bf02Bf0f02Bf02Bf0f02Bf02Bf0f02Bf02Bf0f02Bf02Bf第五章线性调频脉冲信号5.3线性调频脉冲信号的波形参量14雷达信号分析与处理()eTT单31()2eWT单202()BT单22()()3T单(0)单22222244221d()d1()ddBBeBBfffKWBfffK22222422d()d()ddTTeTTtttTTttt222202(2)()d()dfffff2222222221(2)d()31dBBBBffBKfK22222(2)()d()dttttt2222222(2)()3TTTTtdtTdt22222(2)(2)3TTTTtKtdtBTdt第五章线性调频脉冲信号5.4线性调频脉冲信号的模糊函数一、模糊函数推导线性调频脉冲信号的复包络为根据模糊函数的变换关系5可得15雷达信号分析与处理20()0jKtetTt其它21(,)(,)jKeK()1sin()()(,)=()0jTTeTTT其它TTTkTk)())(()])((sin[),(第五章线性调频脉冲信号二、线性调频信号的模糊图16雷达信号分析与处理TT,TT,第五章线性调频脉冲信号线性调频信号的模糊度图调频变化率决定了模糊图剪切角度的大小。剪切角度的方向也是由决定的，当K0[线性调频由低向高变化]时，角是逆时针旋转；当K0[调频由高向低变化]时，角顺时针旋转。17雷达信号分析与处理TT0KBtgKT第五章线性调频脉冲信号三、线性调频信号的模糊函数特点（1）它是单载频矩形脉冲信号模糊图的剪切；（2）模糊图的体积大部分集中在平面原点的主峰内，但由于存在剪切效应，主峰呈斜刀刃型；（3）在迟延轴方向的体积分布宽度为2T，在多普勒轴方向的体积分布为无限；（4）离主峰较远的地方可认为，因此在这些区域内不存在模糊和干扰，也可以说不存在“自身杂波”18雷达信号分析与处理第五章线性调频脉冲信号四、线性调频信号的模糊函数切割（1）当时当BT1时19雷达信号分析与处理0sin(1)(,0)BTTTBsin(,0)BTB024681024681010BT1B归一化为05101520510152050BT第五章线性调频脉冲信号剪切前与剪切后[即无调频和调频]在轴上的宽度（第一个零点间的距离）比为匹配滤波器输出波形比输入波形在时间宽度上压缩程度的度量D：压缩比20雷达信号分析与处理22TDBTB剪切前宽度剪切后宽度(,0)1TDBTB匹配滤波器输入信号宽度匹配滤波器输出信号宽度第五章线性调频脉冲信号（2）当时（3）当时①主峰降低；②主峰时移；③失真21雷达信号分析与处理0sin(0,)TTT010.4B0.2B1.00第五章线性调频脉冲信号当信号的调频带宽B能完全覆盖目标的可能多普勒变化范围时，这样比值就可以小于。因此只要，由多普勒引起的上述三个变化都可略去不计。22雷达信号分析与处理/B0.2B0.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0峰值时移B(,)第五章线性调频脉冲信号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、测量精度23雷达信号分析与处理TT0K00322()(2)()6TEEBBNNBT单单032()ETN单第五章线性调频脉冲信号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：①正负斜率；②只测距/大斜率（K）；③V型调频。24雷达信号分析与处理11AAAAAAkk])(1[21])(1[212002000NENEAA(,)AAA1A1A1AAA(,)AAA11AAAAAAkk第五章线性调频脉冲信号①正负频率②只测距/大K25雷达信号分析与处理(,)AA0K0K1A2A0AAA1A(,)AA第五章线性调频脉冲信号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）减小了系统动态范围26雷达信号分析与处理ABCAVBVCV0AVCVBVABCTTABC第五章线性调频脉冲信号5.6线性调频脉冲信号的处理一、近似匹配滤波器的实现线性调频脉冲信号的近似匹配滤波器的频率特性：（1）幅谱与信号的幅谱相同，即带宽为B，中心频率与信号相同的矩形谱。（2）相谱是信号平方相位项的共轭，即时:匹配滤波器的频率特性:27雷达信号分析与处理21()()fffK2141fjjKffrecteBK30BT22411()()ffjjjKKffHffrecterecteBBKK212ddftfdfKK第五章线性调频脉冲信号线性调频脉冲信号的近似匹配滤波器特性28雷达信号分析与处理()fff/2B/2BBT()Hfdt1f2f3f4f5f6fdtft01f2f3f4f5f6f第五章线性调频脉冲信号二、近似匹配滤波器的输出输入信号的复包络为：输入信号频谱为：近似匹配滤波器输出信号的频谱为近似匹配滤波器输出的波形为29雷达信号分析与处理212()2()jtKtttrecteT212()24sin(),()jKtjKtTyteKt2()()jftftedt2[2()]22TjftKtTedt()()()YfHff2212()22221TjfjtKtjftKTfrecteeedtBK第五章线性调频脉冲信号近似匹配滤波器的输出为30雷达信号分析与处理sin()sin()(,)()()KTKTyTKKTsin(,0)ByTBsin(0,)TyTT222sin()(1)sin()(,)()()KTKTTxKK