脉冲压缩技术研究

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1、脉冲压缩技术在雷达信号处理中的应用姓名郭帅王继鹏学号021030320210303114脉冲压缩技术研究一、引言脉冲压缩技术是雷达信号处理的关键技术之一。主要是通过发射许多具有脉内调制的足够宽的脉冲，从而在峰值功率不太高的情况下也能给出所需的平均功率，然后，在接收时用解调办法将收到的回波“压缩”起来，解决了距离分辨率与作用距离之间的矛盾。现代雷达信号处理中常用的脉冲压缩主要有应用最广的线性调频信号脉压、巴克码信号脉压、多相码信号脉压、非线性调频信号脉压等几类。本文在首先总结了脉冲压缩的基本原理的基础上从信号形式、优势和不足、应用场合等方面介绍这几类

2、常用脉冲压缩信号。最后就最为普遍的线性调频信号经行了进一步分析，利用Matlab对某个雷达的回波经行了仿真，对比脉冲压缩前后的回波信号，加深了对脉冲压缩的认识。脉冲压缩的定义脉冲压缩即pulsecompression，它是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理以获得窄脉冲，因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨力，又能获得宽脉冲的强检测能力。1.2脉冲压缩的主要手段目前的脉冲压缩的手段主要有线性调频、非线性调频与相位编码等。1)线性调频是最简单的脉冲压缩信号，容易产生，而且其压缩脉冲形状和信噪比对多普勒频移不敏感，因而得到了广泛的应用，但是，在利用多

3、普勒频率测量目标方位和距离的情况下很少使用；2)非线性调频非线性调频具有几个明显的优点，不需要对时间和频率加权，但是系统复杂。为了达到所需的旁瓣电平，需要对每个幅度频谱分别进行调频设计，因而在实际中很少应用；3)相位编码14相位编码波形不同于调频波形，它将宽脉冲分为许多短的子脉冲。这些子脉冲宽度相等，其相位通过编码后被发射。根据所选编码的类型，包括巴克码、伪随机序列编码以及多项制编码等。一、脉冲压缩的基本原理随着雷达技术的发展和雷达应用领域的不断扩大，雷达的作用距离、分辨能力和测量精度等性能指标必须得到相应的提高。然而，根据已有的分析可知，当噪声的

4、功率谱密度一定时，对信号而言的检测能力取决于信号能量E。而对简单的恒定载频矩形脉冲信号，其信号能量为其峰值功率与信号能量的乘积，即E=PT。于是通过加大信号能量以增加雷达的作用距离可以考虑两个途径：提高峰值功率P或增大脉冲宽度T。由于P的提高受到发射管最大允许峰值功率和传输线功率容量等因素的限制，因此在考虑发射机最大允许平均发射功率范围内，增大脉冲宽度T，这样还有利于测速精度和速度分辨率的提高。然而对恒定载频单脉冲信号，我们有B=1/T，因此T的增大等效为信号带宽的减小。根据距离分辨率的表达式（1）可以发现，这样做会导致雷达的距离分辨率和测距精度变

5、差。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，测量精度和分辨率对信号形式的要求是一致的，即测距精度和和距离分辨率主要取决于信号的频率结构，它要求信号具有大的信号带宽；而测速精度和速度分辨率主要取决于信号的时间结构，它要求信号具有大的时宽。综合考虑以上两个方面，理想的雷达信号应具有大的时宽带宽积。大时宽不仅保证了速度分辨率，更重要的也是提高探测距离的手段；大带宽则是提高距离分辨率的前提。而普通的单载频脉冲信号的时宽带宽积近似为1，也就是说大的时宽和大的带宽不可能同时兼得。也就是说，若使用这种信号，测距精度和距离分辨率同作用距离以及

6、测速精度和速度分辨率之间存在着不可调和的矛盾。为解决这一矛盾，必须采用具有大时宽带宽乘积的复杂信号形式，脉冲压缩就是为了解决这一矛盾而提出的。脉冲压缩雷达的工作原理是，采用调制宽脉冲发射，以提高发射机的平均功率，保证雷达的最大作用距离以及测速精度和速度分辨率。接收时利用脉冲压缩技术，获得窄脉冲，从而提高测距精度和距离分辨率。因而脉冲压缩能很好地解决作用距离和距离分辨率之间的矛盾。在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频率上被调制，使得B>>1/τ。令τ=1/B，则由式（1）可以得到（2）τ14表示经脉冲压缩后的有效脉冲宽度。因此，脉冲压缩雷达可用

7、宽度T的发射脉冲来获得相当于发射脉冲宽度为T的简单脉冲雷达的距离分辨率。发射脉冲宽度T与系统有效（经压缩的)脉冲宽度τ的比值定义为压缩比D，并由下式表示（3）因为τ=1/B，有D=TB，即压缩比也等于系统的时宽带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统可用其时宽带宽积来表征。脉冲雷达系统的平均功率用PT表示，此处P为峰值功率，T为脉冲宽度。由此可知，假定发射相同的峰值功率并获得相同的距离分辨率，则脉冲压缩系统的平均功率是简单脉冲系统发射的平均功率的D倍。图1脉冲压缩处理示意图图1说明了在雷达系统中进行脉冲压缩处理的方法。射频信号源产生宽度为τ的窄脉冲，并

8、让它通过色散延迟线。色散延迟线的输出为宽度T(T>>τ)的脉冲，而信号带宽B为1/τ，即输入脉冲的带宽。此信号经放大后通过