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線性調頻信号的脈沖壓縮

線性調頻信号,最大的優點就是波形的産生比較容易,此外該信号對多普勒頻移不敏感,也就是說當存在多普勒頻率偏移的時候,線性調頻信号仍然能夠應用。但LFM信号主要缺點是信号在比對濾波後輸出信号的旁瓣較高,第一旁瓣相對于主瓣為-13.2dB,無法滿足實際的需要。進而發展出了權重網絡技術,即在比對濾波之後将信号通過一個權重網絡來抑制旁瓣的影響。本章将重點介紹線性調頻信号的脈沖壓縮,并對其多普勒頻率偏移的敏感性與旁瓣權重抑制技術進行研究,并通過MATLAB進行仿真分析。

在研究線性調頻信号的脈沖壓縮理論之前,我們首先通過原理圖來說明線性調頻脈沖壓縮的基本原理。

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.1a 輸入信号的高頻脈沖包絡

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.1b 線性調頻過程中載頻的調頻特性

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.1c 壓縮網絡的頻率延遲特性

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.1d 壓縮網絡的輸出脈沖包絡

由上面的分析可知,線性調頻信号通過比對濾波器後,輸出壓縮脈沖的包絡近似與sinc函數形狀。最大的旁瓣電平為主瓣電平的-13.46dB,其他旁瓣按其離主瓣的間隔x按1/x規律衰減。圖3.2給出了LFM信号的實部與虛部的基帶波形。

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.2 LFM信号仿真圖(TB=300)

在實際系統中,接收到的信号往往是中頻信号,首先需要對中頻信号解調,還原出圖3.2所示的I,Q兩路信号。本文暫不考慮這個因素,本文主要在已知兩路信号的前提下對系統進行仿真分析。

由前面的分析可知,線性調頻信号通過比對濾波器後,輸出壓縮脈沖的包絡近似為sinc函數形狀。其中最大的一對旁瓣為主瓣電平的-13.49dB,。在多目标環境中,這些旁瓣會埋沒附近較小目标的主信号,引起目标丢失。圖3.4的效果表面通過比對濾波後的波形其旁瓣電平是比較大的。

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.4 未權重前的信号仿真圖

從仿真結果可以看到,當沒有權重的時候,信号的旁瓣非常大,由圖3.4第二個圖可以看到,旁瓣幅度達到了主瓣的-13.4db。這會小回波的主峰可能造成嚴重幹擾,降低雷達的性能。為了提高多目标的分辨能力,必須采用旁瓣抑制技術,即權重技術。權重技術就是對比對濾波以後的信号進行窗操作。

    下面通過一組雷達參數,來對本章的介紹進行系統的仿真與分析,設雷達的參數名額為:

表3.1 雷達參數名額

參數 名額
1 雷達發射信号參數
2 幅度 1.0
3 信号波形 線性調頻信号
4 頻帶寬度 30MHz
5 脈沖寬度 10us
6 中心頻率 109Hz
7 雷達接收方式 正交解調接收
8 距離門 10Km~15Km

根據前面的理論可知,線性調頻後,其分辨率為:

四個目标,其互相之間間隔為1Km,是以是能夠分别的,其仿真結果如下所示:

線性調頻信号的脈沖壓縮

圖3.11 四目标線性調頻後的仿真圖