线性调频脉冲信号压缩的原理及其MATLAB仿真

论文总字数：18838字

摘 要

本论文对目前在雷达信号处理系统中应用较为广泛的脉冲压缩技术进行了介绍，主要是线性调频的脉冲压缩信号。首先对脉冲压缩的概念以及雷达的工作原理进行了介绍，其次介绍了线性调频脉冲压缩技术的基本原理，以此为基础仿真生成了线性调频信号，并对其频域特性进行了详细的分析；其次对线性调频信号的匹配滤波器进行了研究，并分析比较了在白噪声下通过匹配滤波器的线性调频信号的波形；最后在MATLAB6.5平台上对线性调频脉冲压缩雷达进行了仿真。利用线性调频信号具有大带宽、长脉冲的特点，宽脉冲发射已提高发射的平均功率并保证足够的作用距离；而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲已提高距离分辨率，较好的解决了雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾。

关键词：雷达仿真，线性调频，脉冲压缩，匹配滤波器，白噪声

Abstract：This paper mainly introduced the linear frequency modulated pulse compression signal, which has been widely applied in radar signal processing system and pulse compression technology. Firstly, the concept of pulse compression and the working principle of radar are introduced in this paper, and it introduces the basic principle of the linear frequency modulation pulse compression technology, which the simulation to generate the linear frequency modulation signal is based on, and analyzes the frequency domain characteristics in detail; Secondly, it mainly do research on the matched filter of linear frequency modulation signal, and compares with matched filter of linear frequency modulation signal waveform in the white noise; Finally, it simulates the linear frequency modulation pulse compression radar in MATLAB6.5 platform. The characteristics of long pulse width of pulse firing has raised the average power to ensure enough emission range; and the corresponding pulse compression algorithm to when accepting obtain the narrow pulse has improve the range resolution, they are all better solved the contradiction between the radar range and range resolution.

Key words：Radar simulation，chirp，pulse compression，Matched filter

目录

1 引言 4

1.1 脉冲压缩的概念 4

1.2 雷达工作原理 5

2 设计原理 7

2.1 匹配滤波器原理 7

2.2 线性调频脉冲信号 8

2.3 线性调频脉冲压缩的基本原理 11

3 雷达LFM脉冲压缩设计 14

3.1 线性调制信号和噪声的生成 14

3.2 设计结果 16

3.3 设计分析 19

结论 21

参考文献 22

致谢 23

附录 24

1 引言

随着雷达技术的迅猛发展，对雷达的作用距离、分辨能力和测量精度等的要求也越来越高。我们知道按雷达信号的分辨理论。在保证一定信噪比并实现最佳处理的前提下，测量精度和分辨力对信号形式的要求完全一致：测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构，他要求信号具有大的带宽、测速精度和速度分辨力取决于信号的时间结构，他要求信号具有大的时宽。因此，理想的雷达信号应具有大的时宽带宽乘积。大时宽保证了速度分辨力，大带宽则保证了距离分辨力。但是大时宽和大带宽往往不可兼得。也就是说，测距精度和距离分辨力以及测速精度和速度分辨力之间存在着不可调和的矛盾。

为了解决这对矛盾，必须采用具有大时宽带宽乘积的复杂信号形式。由于线性调频信号具有突出的特性，于是线性调频脉冲及其匹配处理一一脉冲压缩被首先提了出来。他的应用领域非常广泛。特别是在雷达系统中的应用已经非常普遍。

这种信号是在宽脉冲内附加载波线性调频，以达到在大时宽的前提下扩展信号的带宽。为了获取线性调频的大带宽所对应的距离高分辨能力，必须对接收的宽脉冲LFM 回波进行压缩滤波处理，使其变成窄脉冲。

1.1 脉冲压缩的概念

随着飞行技术的发展，对雷达站的作用距离、分辨能力、测量精度和单值性等性能指标提出越来越高的要求。而在实现最佳处理并保证一定信噪比的前提下，测量精度和分辨力对信号形式的要求是一致的。测距精度和距离分辨力主要取决于信号的频率结构，为了提高测距精度和距离分辨力，要求信号具有大的带宽。而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时间结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。为了提高距离一速度联合分辨力，信号模糊函数的最佳形式是二维冲击函数或理想的图钉型模糊函数，故信号不仅必须在频域内占有大的持续宽度，也必须在时域内占有大的持续宽度。除此之外，为了提高雷达的作用范围，要求信号具有大的能量。综合这几方面的要求，可见为了提高雷达系统的发现能力、测量精度和分辨能力，要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。但是在系统的发射峰值功率受到限制的情况下，大的信号能量只能依靠增大发射信号时宽来得到，因此，大的时宽带宽积信号就变得非常重要。

对于单载频脉冲信号的时宽和带宽乘积接近于1的信号来说，测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。在匹配滤波器理论指导下，产生了脉冲压缩的概念。所谓脉冲压缩，就是采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用匹配滤波器进行脉冲压缩，获得窄脉冲信号，使雷达提高检测能力的同时又不降低距离分辨力，因而能较好地解决作用距离和分辨力之间的矛盾。

在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频率上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽B满足：

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