脉冲压缩
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第一部分
脉冲压缩的作用 脉冲压缩的实现 脉冲压缩的特点
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脉冲压缩的作用
雷达作用距离与距离分辨力存在矛盾
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脉冲压缩的作用
距离分辨力
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脉冲压缩的作用
即脉压比等于时宽-带宽积，脉冲压缩系统常用时宽-带宽 积的概念表征
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脉冲压缩的特点
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脉冲压缩的特点
存在的缺点
• 最小作用距离受脉冲宽度的限制。 • 收发系统比较复杂，在信号产生和处理过程中的任何失
压缩网络
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脉冲压缩的实现
压缩网络
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第二部分 线性调频(LFM)脉冲压缩
基本原理
• 性能改善
频谱特性
• LFM脉冲信号频谱特性 • LFM脉冲信号匹配滤波器频谱特性 • LFM脉冲信号通过匹配滤波器的输出波形
Matlab 仿真
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基本原理
式
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由图(d)得 到网络对信号各 斜率成分的延时 关系为
说明线性调 频宽脉冲信号经 过压缩网络后， 成为窄脉冲。
改写成窗函数与原函数乘积的形式，并用复数表示
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LFM脉冲信号的频谱特性
做傅里叶变换 通过变量代换，整理得到复频谱
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LFM脉冲信号的频谱特性
可以得到 信号幅度谱
相位幅度谱
相位幅度谱可分为平方相位谱和剩余相位谱两部分
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LFM脉冲信号的频谱特性
式中 称为菲涅尔积分，具有如下特性：
此时剩余相位
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LFM脉冲信号的频谱特性
离增大1倍）
综上分析，接收机输出的目标回波信号具有：
窄的脉冲宽度、高的峰值功率，即，符合探测距离远、 距离分辨率高的战术要求。
为进一步研究LFM脉冲与压缩脉冲之间的内在关系，我 们必须进行定量分析。
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LFM脉冲信号的频谱特性
由(c)可知 调频斜率 角频率变化规律
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LFM脉冲信号的频谱特性
瞬时相位 由此得到LFM脉冲压缩体制的发射信号表达式
空间有三个目标，雷达发射4个脉冲，参数如表
目标 A B C
距离 7.0km 8.0km 28.0km
径向速度 50m/s 0m/s 100m/s
功率 1 0.25 1
LFM脉冲雷达参数如表
射频
带宽
时宽
PRT
1.57GHz 2MHz 42us
240us
采样频率为10MHz
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仿真实验
LFM脉冲信号波形
真，都将增大旁瓣高度。
• 存在距离旁瓣。 • 存在一定的距离和速度测定模糊。
总之，脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，成为 近代雷达广泛应用的体制。
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脉冲压缩的实现
发射脉冲必须有非线性的相位谱，或必须使其脉冲宽度与 有效频谱宽度的乘积远大于1； 接收机中必须有一个压缩网络，其相频特性应与发射信号 实现“相位共轭匹配”。 根据以上要求，可以构造理想的脉冲压缩系统：
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性能改善
若压缩网络是无源的，根据能量守恒原理。 输出峰值功率增大D倍
无源网络不产生噪声，而输入噪声具有随机性，所以经过 压缩网络不会被压缩。 输出脉冲信号Biblioteka 噪比与输入信号之比增大D倍.
性能改善
由雷达方程知，
，这就使脉冲压缩雷达的
探测距离比采用相同发射脉冲功率和保持相同分辨力的普
通脉冲制雷达的探测距离增加了 （例如D=16，作用距
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总的回波信号
闭
目 目 目 A与B的回波存在重叠，无法区分
锁 标标 标
期
AB
C
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时域脉压结果
AB C
观察一个脉冲周期 回波由宽脉冲压
缩为窄脉冲，目标A 与B完全分离。
即，脉冲压缩提 高了雷达的距离分辨 力。
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第三部分
旁瓣抑制
窗函数加权 谱修正技术
多普勒频移的影响
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旁瓣抑制
13.2dB
输出脉冲包络的第一旁瓣为主瓣电平-13.2dB。在多目 标环境中，旁瓣可能会埋没附近较小目标的主瓣，导致目 标丢失。为提高分辨多目标的能力，须采用旁瓣抑制措施 ，即加权技术。
带内波纹 边缘跃变
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谱修正技术
修改后的传输函数
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谱修正技术
下图为D=40的LFM信号谱修正前后的结果，虚线为修正 前的输出，实线是修正后的输出。可以看出，采用海明加 权，经过谱修正后脉压输 出主旁瓣比从34.07dB提高 到37.75dB，3dB宽度仍展 宽1.47倍。
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多普勒频移
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多普勒频移
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群延时特性
值得注意的是，网络的群延时特性正好与信号的相反 ，因此通过匹配滤波后，相位特性得到补偿，使得输出信 号相位均匀，信号出现峰值。
由此可见匹配滤波器的相频特性与群时延特性有着确 定关系，它们是等价的。
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通过匹配滤波器的输出波形
作反傅里叶变换并取实部，得到
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通过匹配滤波器的输出波形
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仿真实验
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多普勒频移
存在多普勒频率的LFM信号为 经滤波器后输出为 积分结果为
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多普勒频移
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总结
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下图画出了D=13,D=52,D=130时的幅频特性和剩余项相频特性
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LFM脉冲信号的频谱特性
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LFM脉冲信号匹配滤波器频谱特性
K为归一化系数，幅频特性即为
相频特性与发射信号相似，具有相同平方律，但符号相反
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群延时特性
网络输出端，两个频率分量经过不同的相移
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群延时特性
对于PC网络，其相频特性对应的延时特性为
不同的K值与n值，对应不同的加权函数
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旁瓣抑制
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旁瓣抑制
则加权网络输出信号 整理后得到
接着对几个主要性能指标进行计算
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旁瓣抑制
得到-3dB处主瓣加宽系数为
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旁瓣抑制
未加权PC输出
hamming加权PC输出
-13dB
-43dB
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旁瓣抑制
大时宽带宽积信号： D值大，振幅谱接近矩形，且波 纹小，加权后的脉压波形旁瓣低；
小时宽带宽积信号： D值小，振幅谱不再具有接近矩 形的特性，通带内有较大波纹。加权后旁瓣高。
D值不同造成脉压信号主旁 瓣比不同时由于时域压缩产生的 距离旁瓣与频域上的边缘跃变以 及带内波纹密切相关。采用经典 窗加权的目的就是平滑矩形频谱 的边缘跃变，但不能抑制带内波 纹，因此与大时宽带宽积信号相 比，小时宽带宽积信号相比主旁 瓣比低。
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旁瓣抑制
引入加权网络实质上是对信号进行一种失配处理，它 不仅抑制旁瓣，同时会使输出信号的包络主瓣降低、变宽 ，即，旁瓣抑制是以损失信噪比及降低距离分辨力为代价 的。
加权函数的选择，只能在旁瓣抑制、主瓣加宽、信噪 比损失、旁瓣衰减速度以及技术实现难度等几个方面这种 考虑。
现用下面的一般形式表示加权函数