脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用

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1、脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用雷达简介雷达是Radar（RAdioDetectionAndRanging）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。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波，由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率（径向速度）、方位、高度等信息。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

2、能力。通过前段的学习，我们学习了雷达的简史，发射机，接收机，显示器等。对其工作原理有了大致了解。在第二章中我们学习了雷达的常用信号形式，有简单脉冲，脉冲压缩，连续被等等。当雷达发射一个脉冲后一段时间，接收机会接收到回波，其探测距离为R=CTr/2。Tr为发射脉冲周期，当两个回波脉冲相接处时将会出现分辩模糊，其距离分辨率为Ct/2，t为脉冲宽度。我们发现，t越大则雷达探测距离也越大，此时需要t越大越好。然而t越大将造成雷达分辨能力的降低，产生矛盾。为了解决这个问题，引入脉冲压缩技术。脉冲压缩技术1.问题引出雷达不仅要对目标位置，速度信息提取，同时要对目标进行分析

3、和识别，这要求雷达发射的信号具有大的带宽。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以提高发射的功率，增加雷达的探测距离，接收时采用脉冲压缩技术获得窄脉冲，以提高分辨率。很好的解决了雷达作用距离和分辨率之间的矛盾。2.脉冲压缩技术原理随着雷达应用的不断扩大，对雷达的作用距离，分辨精度等的要求相应提高。增大雷达作用距离可以提高其脉宽或峰值功率，但由于发射管的限制，增大功率往往不容易，于是可以用增大脉冲宽度的方法。对于恒定载频单脉冲信号，脉宽的增大意味着带宽的减小，B=1/T。根据距离分辨率的表达式，R=(CT)/2=C/(2B)。测距精

4、度和距离分辨力对信号形式的要求是一致的，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域结构，为了提高测速精度和速度分辨力，要求信号具有大的时宽。除此之外，为提高雷达系统的发现能力，要求信号具有大的能量。由此可见，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，在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下，大的信号能量只能靠加大信号的时宽来得到。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。于是在匹配滤波器理论

5、指导下，人们提出了脉冲压缩的概念。窄脉冲具有宽频谱带宽。如果对宽脉冲进行频率或相位调制，那么它就可以具有和窄脉冲相同的带宽。假设调制后的脉冲带宽增加了B，由接收机的匹配滤波器压缩后，带宽将等于1/B，这个过程叫脉冲压缩。脉冲压缩雷达不需要高能量窄脉冲所需要的高峰值功率，就可同时实现宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨力。脉冲压缩比定义为宽脉冲宽度T与压缩后脉冲宽度的之比。带宽B与压缩后的脉冲宽度的关系为1/B。这使得脉冲压缩比近似为BT。即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表征。这种体制最显著的特点是：1.它的发射信号采用载频按

6、一定规律变化的宽脉冲，使其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积1B,这两个信号参数基本上是独立的，因而可以分别加以选择来满足战术要求。在发射机峰值功率受限的条件下，它提高了发射机的平均功率Pav增加了信号能量，因此扩大了探测距离。2.在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络，使宽脉冲的发射信号（一般认为也是接收机输入端的回波信号）变成窄脉冲，因此保持了良好的距离分辨力。这一处理过程称之为“脉冲压缩”。3.有利于提高系统的抗干扰能力。对有源噪声干扰来说，由于信号带宽很大，迫使干扰机发射宽带噪声，从而降低了干扰的功率谱密度。实现脉冲压缩的条件如下：1.发射脉冲必须

7、具有非线性的相位谱，必须使其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远大于1.2.接收机中必须具有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号实现“相位共轭匹配”第一个条件说明发射信号具有非线性的相位谱，提供了能被“压缩”的可能性，它是实现“压缩”的前提；第二个条件说明压缩网络与发射信号实现“相位共轭匹配”是实现压缩的必要条件。只有两者结合起来，才能构成实现脉冲压缩的充要条件。3.线性调频脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频（LinearFrequencyModulation）信号,接收时采用匹配滤波器（MatchedFilter）压缩脉冲。LFM信号(也称Chirp信号)的数

8、学表达式为：式中为载波频率，为矩形信号