奄a叶技2013年第26卷第11期
ElectronicSci.&Tech./Nov.15.2013
3种雷达脉冲压缩信号的性能比较
石志敏
(西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071)
摘要介绍了线性调频、非线性调频、相位编码3种脉冲压缩信号的基本原理以及每个信号的数学模型。在Matlab的仿真基础上,设定相同的参数下,通过对脉压幅度和主副瓣之比的分析,比较出3种雷达脉冲压缩信号的脉压效果。比较发现正弦调频信号的效果最佳。
关键词脉冲压缩;线性调频;非线性调频;相位编码中图分类号TN974
文献标识码A
文章编号1007—7820(2013)1l一122—07
ComparisonofThreeTypesofRadarPulseCompressionSignals
SHIZhimin
,
(School
Abstract
In
this
ofElectronicEngineering,XidianUniversity,Xi’anpaper,linear
frequency
710071,China)
frequencymodulationbasicprinciplesandthe
modulation(LFM)signal,non—linear
system.卟e
(NLFM)signal
mathematical
andphase—codedsignalareappliedinpulsecompressionradar
model
ofthesethreesignalsare
introduced.Based
signals
can
on
theMATLABsimulation,thepulsecompression
effectofthethreetypesofradarpulsecompressiontudeandthemainlobe・tosideloberatewith
Keywords
sanle
becomparedbyanalyzingthepulsecompressionampli—
parameters.
pulsecompress;linearfrequencymodulation;non—linearfrequencymodulation;phasecode
脉冲压缩作为雷达信号处理的关键技术之一,其
有效解决了距离分辨力与平均功率之间的矛盾。脉冲
其中,日(门是任意滤波器对复包络的传递函数。那么输入信号u(t)通过滤波器的输出波形为
uo=M(£)o
压缩就是在雷达发射机中发射时宽较宽、峰值功率较
低的脉冲,通过对载频进行编码以增加发射波形的带宽;然后在接收机中对回波实施脉冲压缩,从而达到窄
h(t)=I
M(丁)h(t一下)d下(3)
如果信号输人的同时若伴随有噪声信号,则此时滤波
脉冲、高峰值功率的简单脉冲体制雷达所具有的分辨
能力和探测性能…。
器的输出信噪功率比窘浩≤2瓦E。从scht
凡‘(
)IVn
wanz不等式,
在脉冲压缩技术中,雷达所使用的发射信号波形的设计,是决定脉冲压缩性能的关键。常用的发射信
号波形分为:线性调频(LFM)信号,非线性调频(NLFM)信号和相位编码(PSK)信号等口“j。1
可得只有当
h(t)=Ⅱ+(to—t)
(4)
时滤波器将在t。时刻输出一个尖峰,则所得的滤波器为匹配滤波器。同时可以看出,当t。=0时,匹配滤波器的脉冲响应h(t)为输入的复包络信号M(t)的时间
倒置的复共轭[1。2]。
2
脉冲压缩的基本原理
作为雷达发射信号,其均为实信号,但为了雷达信
3柙信号形式
号处理的方便则常常用复信号来表示,即
u(£)=U(t)e仲‘
(1)
2.1线性调频信号
脉冲压缩为将输人的复包络信号通过一个相应的
匹配滤波器后得到输出的过程。则滤波器的脉冲响应函数为
线性调频(LFM)信号的数学表达式为
s(£)=rect(寺)ej2”(舻争2)
式[P,fo为载波频率;rect(寺)为矩形信号
rect
(5)
h(£)=J日∽ej2”ftaf
收稿日期:2013—05—21
(2)
一#ol
(6)
作者简介:石志敏(1988一),男,硕士研究生。研究方向:雷达干扰信号处理。E-mail:630709246@qq.corn
K:导为调频斜率,于是,信号的瞬时频率为五+Kt
122——WWW.dianzikeji.org——
石志敏:3种雷达脉冲压缩信号的性能比较
(一//2≤£≤//2),如图1所示。
s(£)=rectf专P。’e弘嘶
B
(12)
丁…Z/
l//一-乞一/…
≮。},
其中焉为载波频率;咖(t)为相位函数,在0、1T两个值之间变化,即信号的复包络在一l和l之间变化。s(t)的复包络可表示为
1Ⅳ一1
一一…黜一一一-
(a)up-chirp(K>01
卜刊1
\\
M(£)="(£)o去∑c。6(£一")
√』V
n=0
(13)
其中,秽(t)为子脉冲函数;r为子脉冲宽度;c。为编码
序列;Ⅳ为编码序列长度,信号时宽T=腑。二相编码
信号的频谱表示为
厂二_
N
图1
典型的Chirp信号
将式(5)中的up—chirp信号重写为
s(t)=S(t)ej2们
即
u(力2√专sincfir)e-jlqr三cne。j2咖(14)
(7)(8)
由上可看出,二相编码信号的频谱主要由子脉冲的频谱决定,而且与编码形式有关。现在可以找到的
最长巴克码的长度为13181。
3
|s㈤=rect㈦∥肛
是信号s(t)的复包络。由傅里叶变换性质,.s(t)与
s(t)具有相同的幅频特性,只是中心频率不同,因此仿真时,只需考虑S(t)旧j。2.2非线性调频信号
Matlab仿真分析及比较
本文选取了3种雷达脉冲压缩信号进行仿真。除
发射信号外其余的各个过程都相同。
下面给出线性调频(LFM)信号的脉冲压缩结果。
仿真参数:采样频率,=2GHz,脉冲宽度T=0.5仙s,脉冲重复周期PRI=50Ixs,中心频率fo=1GHz,雷达发射功率P,=1MW,带宽B=20MHz,其时宽带宽积
(9)
为10>1,符合脉冲压缩条件,如图2所示。
"O如O巧O加O∞I/馨器”O
mO
,O
●-
●
非线性调频信号是通过改变传统线性调频信号在不同时刻的调频率来实现对信号功率谱的加权,从而
改善脉压性能。
正弦调频(SFM)信号的数学表达式为
s(t)=A。exp{jL2wfot+mfsin(2丌fmt)J}
其中,A。为幅度以为载波频率;厶为调制频率;m,为
调制系数,定义为m,=学,v为最大频偏。m,的大小
影响着信号的频谱性质及形状。
正弦调频信号的瞬时自相关函数为
●
R(t,丁)=s(£)s+(t一7_)=eJ2”forexp[jmfsin(0.1。t+9)]
(10)
其自相关谱为
FTts(t)s+(£一丁)}=2we’2咖∑.,。(m,)e’叩6(ccJ一砌。)
.1.㈠
20
40
60
.
80100
时l'uJ/ms
(a)
0
其中,cp=arctan(嵩卜-2矾川JCOS
、l—
(11)
l∞,rJ/
m,)为
。
芷一50
第一类凡阶贝塞尔曲线M。7]。2.3相位编码信号
相位编码信号的相位调制函数是有限个离散值,通常由伪随机序列构成。相位编码信号由n个相互连接的高频子脉冲组成,这些子脉冲宽度相等、频率相同。本文用到的相位编码信号为二相编码信号,即各
乏
馨辈一100
—150
20
40
60
80
100
时问/111s
(h)
自的初相位只取0、1T两个数值。二相编码信号数学
表达式为
图2
线性调频信号脉冲压缩
——WWW.dianzikeji.org——
3种雷达脉冲压缩信号的性能比较
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
石志敏, SHI Zhimin
西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安,710071电子科技
Electronic Science and Technology2013,26(11)
1. 张明友;汪学刚 雷达系统 2006
2. 万小燕 雷达中常用的波形设计及数字脉压的工程实现[期刊论文]-现代电子技术 2007(13)3. 朱守中;储彬彬;漆德宁 雷达脉冲压缩信号仿真分析[期刊论文]-电子质量 2009(05)4. 徐玉芬 现代雷达信号处理的数字脉冲压缩方法[期刊论文]-现代雷达 2007(07)5. BLUNT S D;GERLACH K Adaptive pulse compression repair processing 20056. 阮黎婷 非线性调频信号的波形设计与脉冲压缩[学位论文] 20107. 吕远 复杂调制雷达信号的调频识别与参数估计算法研究[学位论文] 2009
8. 徐景明;朱灿焰 两种雷达脉冲压缩信号的性能分析[期刊论文]-兵工自动化 2010(08)
本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzkj201311034.aspx
奄a叶技2013年第26卷第11期
ElectronicSci.&Tech./Nov.15.2013
3种雷达脉冲压缩信号的性能比较
石志敏
(西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安710071)
摘要介绍了线性调频、非线性调频、相位编码3种脉冲压缩信号的基本原理以及每个信号的数学模型。在Matlab的仿真基础上,设定相同的参数下,通过对脉压幅度和主副瓣之比的分析,比较出3种雷达脉冲压缩信号的脉压效果。比较发现正弦调频信号的效果最佳。
关键词脉冲压缩;线性调频;非线性调频;相位编码中图分类号TN974
文献标识码A
文章编号1007—7820(2013)1l一122—07
ComparisonofThreeTypesofRadarPulseCompressionSignals
SHIZhimin
,
(School
Abstract
In
this
ofElectronicEngineering,XidianUniversity,Xi’anpaper,linear
frequency
710071,China)
frequencymodulationbasicprinciplesandthe
modulation(LFM)signal,non—linear
system.卟e
(NLFM)signal
mathematical
andphase—codedsignalareappliedinpulsecompressionradar
model
ofthesethreesignalsare
introduced.Based
signals
can
on
theMATLABsimulation,thepulsecompression
effectofthethreetypesofradarpulsecompressiontudeandthemainlobe・tosideloberatewith
Keywords
sanle
becomparedbyanalyzingthepulsecompressionampli—
parameters.
pulsecompress;linearfrequencymodulation;non—linearfrequencymodulation;phasecode
脉冲压缩作为雷达信号处理的关键技术之一,其
有效解决了距离分辨力与平均功率之间的矛盾。脉冲
其中,日(门是任意滤波器对复包络的传递函数。那么输入信号u(t)通过滤波器的输出波形为
uo=M(£)o
压缩就是在雷达发射机中发射时宽较宽、峰值功率较
低的脉冲,通过对载频进行编码以增加发射波形的带宽;然后在接收机中对回波实施脉冲压缩,从而达到窄
h(t)=I
M(丁)h(t一下)d下(3)
如果信号输人的同时若伴随有噪声信号,则此时滤波
脉冲、高峰值功率的简单脉冲体制雷达所具有的分辨
能力和探测性能…。
器的输出信噪功率比窘浩≤2瓦E。从scht
凡‘(
)IVn
wanz不等式,
在脉冲压缩技术中,雷达所使用的发射信号波形的设计,是决定脉冲压缩性能的关键。常用的发射信
号波形分为:线性调频(LFM)信号,非线性调频(NLFM)信号和相位编码(PSK)信号等口“j。1
可得只有当
h(t)=Ⅱ+(to—t)
(4)
时滤波器将在t。时刻输出一个尖峰,则所得的滤波器为匹配滤波器。同时可以看出,当t。=0时,匹配滤波器的脉冲响应h(t)为输入的复包络信号M(t)的时间
倒置的复共轭[1。2]。
2
脉冲压缩的基本原理
作为雷达发射信号,其均为实信号,但为了雷达信
3柙信号形式
号处理的方便则常常用复信号来表示,即
u(£)=U(t)e仲‘
(1)
2.1线性调频信号
脉冲压缩为将输人的复包络信号通过一个相应的
匹配滤波器后得到输出的过程。则滤波器的脉冲响应函数为
线性调频(LFM)信号的数学表达式为
s(£)=rect(寺)ej2”(舻争2)
式[P,fo为载波频率;rect(寺)为矩形信号
rect
(5)
h(£)=J日∽ej2”ftaf
收稿日期:2013—05—21
(2)
一#ol
(6)
作者简介:石志敏(1988一),男,硕士研究生。研究方向:雷达干扰信号处理。E-mail:630709246@qq.corn
K:导为调频斜率,于是,信号的瞬时频率为五+Kt
122——WWW.dianzikeji.org——
石志敏:3种雷达脉冲压缩信号的性能比较
(一//2≤£≤//2),如图1所示。
s(£)=rectf专P。’e弘嘶
B
(12)
丁…Z/
l//一-乞一/…
≮。},
其中焉为载波频率;咖(t)为相位函数,在0、1T两个值之间变化,即信号的复包络在一l和l之间变化。s(t)的复包络可表示为
1Ⅳ一1
一一…黜一一一-
(a)up-chirp(K>01
卜刊1
\\
M(£)="(£)o去∑c。6(£一")
√』V
n=0
(13)
其中,秽(t)为子脉冲函数;r为子脉冲宽度;c。为编码
序列;Ⅳ为编码序列长度,信号时宽T=腑。二相编码
信号的频谱表示为
厂二_
N
图1
典型的Chirp信号
将式(5)中的up—chirp信号重写为
s(t)=S(t)ej2们
即
u(力2√专sincfir)e-jlqr三cne。j2咖(14)
(7)(8)
由上可看出,二相编码信号的频谱主要由子脉冲的频谱决定,而且与编码形式有关。现在可以找到的
最长巴克码的长度为13181。
3
|s㈤=rect㈦∥肛
是信号s(t)的复包络。由傅里叶变换性质,.s(t)与
s(t)具有相同的幅频特性,只是中心频率不同,因此仿真时,只需考虑S(t)旧j。2.2非线性调频信号
Matlab仿真分析及比较
本文选取了3种雷达脉冲压缩信号进行仿真。除
发射信号外其余的各个过程都相同。
下面给出线性调频(LFM)信号的脉冲压缩结果。
仿真参数:采样频率,=2GHz,脉冲宽度T=0.5仙s,脉冲重复周期PRI=50Ixs,中心频率fo=1GHz,雷达发射功率P,=1MW,带宽B=20MHz,其时宽带宽积
(9)
为10>1,符合脉冲压缩条件,如图2所示。
"O如O巧O加O∞I/馨器”O
mO
,O
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●
非线性调频信号是通过改变传统线性调频信号在不同时刻的调频率来实现对信号功率谱的加权,从而
改善脉压性能。
正弦调频(SFM)信号的数学表达式为
s(t)=A。exp{jL2wfot+mfsin(2丌fmt)J}
其中,A。为幅度以为载波频率;厶为调制频率;m,为
调制系数,定义为m,=学,v为最大频偏。m,的大小
影响着信号的频谱性质及形状。
正弦调频信号的瞬时自相关函数为
●
R(t,丁)=s(£)s+(t一7_)=eJ2”forexp[jmfsin(0.1。t+9)]
(10)
其自相关谱为
FTts(t)s+(£一丁)}=2we’2咖∑.,。(m,)e’叩6(ccJ一砌。)
.1.㈠
20
40
60
.
80100
时l'uJ/ms
(a)
0
其中,cp=arctan(嵩卜-2矾川JCOS
、l—
(11)
l∞,rJ/
m,)为
。
芷一50
第一类凡阶贝塞尔曲线M。7]。2.3相位编码信号
相位编码信号的相位调制函数是有限个离散值,通常由伪随机序列构成。相位编码信号由n个相互连接的高频子脉冲组成,这些子脉冲宽度相等、频率相同。本文用到的相位编码信号为二相编码信号,即各
乏
馨辈一100
—150
20
40
60
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时问/111s
(h)
自的初相位只取0、1T两个数值。二相编码信号数学
表达式为
图2
线性调频信号脉冲压缩
——WWW.dianzikeji.org——
3种雷达脉冲压缩信号的性能比较
作者:作者单位:刊名:英文刊名:年,卷(期):
石志敏, SHI Zhimin
西安电子科技大学电子工程学院,陕西西安,710071电子科技
Electronic Science and Technology2013,26(11)
1. 张明友;汪学刚 雷达系统 2006
2. 万小燕 雷达中常用的波形设计及数字脉压的工程实现[期刊论文]-现代电子技术 2007(13)3. 朱守中;储彬彬;漆德宁 雷达脉冲压缩信号仿真分析[期刊论文]-电子质量 2009(05)4. 徐玉芬 现代雷达信号处理的数字脉冲压缩方法[期刊论文]-现代雷达 2007(07)5. BLUNT S D;GERLACH K Adaptive pulse compression repair processing 20056. 阮黎婷 非线性调频信号的波形设计与脉冲压缩[学位论文] 20107. 吕远 复杂调制雷达信号的调频识别与参数估计算法研究[学位论文] 2009
8. 徐景明;朱灿焰 两种雷达脉冲压缩信号的性能分析[期刊论文]-兵工自动化 2010(08)
本文链接:http://d.wanfangdata.com.cn/Periodical_dzkj201311034.aspx