LFM脉冲压缩雷达标准实验报告要点.doc

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电子科技大学电子工程学院
标准实验报告
（实验）课程名称 LFM脉冲压缩雷达的设计与验证
电子科技大学研究生院制表
电
子科技大
学
实
验报
告
学生姓名：
学 号：
指导教师：
实验地点：科 B516 室
实验时间：
一、实验室名称：
电子信息工程专业学位研究生实践基地
二、实验项目名称：
LFM 脉冲压缩雷达的设计与验证
三、实验学时： 20
四、实验原理：
1、LFM 脉冲信号和脉冲压缩处理 脉冲雷达是通过测量目标回波延迟时间来测量距离的， 距离分辨力直接由脉 冲带宽确定。窄脉冲具有大带宽和窄时宽，可以得到高距离分辨力，但是，采用 窄脉冲实现远作用距离需要有高峰值功率， 在高频时， 由于波导尺寸小， 会对峰 值功率有限制， 以避免传输线被高电压击穿， 该功率限制决定了窄脉冲雷达有限 的作用距离。现代雷达采用兼具大时宽和大带宽的信号来保证作用距离和距离分 辨力，大时宽脉冲增加了雷达发射能量，实现远作用距离，另一方面，宽脉冲信 号通过脉冲压缩滤波器后变换成窄脉冲来获得高距离分辨力。
进行脉冲压缩时的 LFM 脉冲信号为基带信号，其时域形式可表示为
其中的矩形包络为
E
T
丄
T
S(t)二 Arect i - exp T P
<1
2
1
>-
2
式中的"为调频斜率，与调频带宽和时宽的关系如下式
时带积D二BT - ■ 1时，LFM脉冲信号的频域形式可近似表示为
Si(f)*
罟exp{j[_2兀2f2/円+寸}
B f
2
【0
其他
B
<—
_ 2
脉冲压缩滤波器实质上就是匹配滤波器，匹配滤波器是以输出最大信噪比为
准则设计出来的最佳线性滤波器。假设系统输入为x(t) =Si(t) +n(t)，噪声n(t)为
均匀白噪声，功率谱密度为Pn「)二N。,；2 , s(t)是仅在［0,T］区间取值的输入脉
冲信号。根据线性系统的特点，经过频率响应为 H(「)匹配滤波器的输出信号为
y(t) f(t) n o(t)，其中输入信号分量的输出为
qQ
so(t)二 SiC - )H ( )exp( j t)d ■
与此同时，输出的噪声平均功率为
N 二 2
N 2" ；H( J d ■
则to时刻输出信号信噪比可以表示为
S°(to)『
N
)jed ■
：0 .；H( )2d •
要令上式取最大值，根据 Schwarz不等式，则需要匹配滤波器频响为
H 伸)=K S ® ) ekp (霍 t )
对应的时域冲激响应函数形式为
h(t) =Ks*(t。—t)
要使该匹配滤波器为因果系统，必须满足 七。-T，信噪比最大时刻的输出信
噪比取值是
LN
当匹配滤波器冲激响应函数满足（5-5）式时，通过匹配滤波器的输出信号分量
可以表示为下式:
so(t)「； s( )h(t・)d
qQ
K i s(* i)-s o(t t
由上式可知，此时的输出信号分量实际上是输入信号的自相关函数， 在t。时
刻输出的最大值就是自相关函数的最大值。
如上所述，匹配滤波器输出信号是信号波形的自相关函数， 其傅立叶变换结 果就是信号功率谱，则信号带宽越大，输出信号越窄，距离分辨力越好。所以， 当宽脉冲的脉内频率或相位经过调制后， 信号带宽增大，经过匹配滤波器后就会 被压缩为窄脉冲，从而保证了雷达的作用距离和高距离分辨力。 这样的调制信号 被称为脉冲压缩信号，常用的脉冲压缩信号包括LFM脉冲、非线性调频（NLFM） 脉冲和相位编码脉冲。
匹配滤波器对调制后脉冲的压缩作用，也可以从滤波器的群延时特性来理 解。从上面表达式可知，除了时延to引入的相位因子以外，滤波器频响的相位函 数与输入信号是共轭关系，这也就是说，滤波器的群时延特性正好与输入信号的 频率-时间变化规律相反。以LFM脉冲信号为例，雷达发射信号频率随时间增加， 而匹配滤波器对信号起始的低频分量延时大， 对后面的高频分量延时小，中间频 率则按相应比例延迟，这样，线性调频脉冲的不同分量，几乎同相地从匹配滤波 器输出，在某个时刻输出压缩成单一载频的窄脉冲。
要对基带LFM脉冲信号进行压缩处理，对应的匹配滤波器应具有以下特性
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