线性调频信号的脉冲压缩
线性调频信号,最大的优点就是波形的产生比较容易,此外该信号对多普勒频移不敏感,也就是说当存在多普勒频率偏移的时候,线性调频信号仍然能够应用。但LFM信号主要缺点是信号在匹配滤波后输出信号的旁瓣较高,第一旁瓣相对于主瓣为-13.2dB,无法满足实际的需要。从而发展出了加权网络技术,即在匹配滤波之后将信号通过一个加权网络来抑制旁瓣的影响。本章将重点介绍线性调频信号的脉冲压缩,并对其多普勒频率偏移的敏感性与旁瓣加权抑制技术进行研究,并通过MATLAB进行仿真分析。
在研究线性调频信号的脉冲压缩理论之前,我们首先通过原理图来说明线性调频脉冲压缩的基本原理。
图3.1a 输入信号的高频脉冲包络
图3.1b 线性调频过程中载频的调频特性
图3.1c 压缩网络的频率延迟特性
图3.1d 压缩网络的输出脉冲包络
由上面的分析可知,线性调频信号通过匹配滤波器后,输出压缩脉冲的包络近似与sinc函数形状。最大的旁瓣电平为主瓣电平的-13.46dB,其他旁瓣按其离主瓣的间隔x按1/x规律衰减。图3.2给出了LFM信号的实部与虚部的基带波形。
图3.2 LFM信号仿真图(TB=300)
在实际系统中,接收到的信号往往是中频信号,首先需要对中频信号解调,还原出图3.2所示的I,Q两路信号。本文暂不考虑这个因素,本文主要在已知两路信号的前提下对系统进行仿真分析。
由前面的分析可知,线性调频信号通过匹配滤波器后,输出压缩脉冲的包络近似为sinc函数形状。其中最大的一对旁瓣为主瓣电平的-13.49dB,。在多目标环境中,这些旁瓣会埋没附近较小目标的主信号,引起目标丢失。图3.4的效果表面通过匹配滤波后的波形其旁瓣电平是比较大的。
图3.4 未加权前的信号仿真图
从仿真结果可以看到,当没有加权的时候,信号的旁瓣非常大,由图3.4第二个图可以看到,旁瓣幅度达到了主瓣的-13.4db。这会小回波的主峰可能造成严重干扰,降低雷达的性能。为了提高多目标的分辨能力,必须采用旁瓣抑制技术,即加权技术。加权技术就是对匹配滤波以后的信号进行窗操作。
下面通过一组雷达参数,来对本章的介绍进行系统的仿真与分析,设雷达的参数指标为:
表3.1 雷达参数指标
|
参数 |
指标 |
1 |
雷达发射信号参数 |
|
2 |
幅度 |
1.0 |
3 |
信号波形 |
线性调频信号 |
4 |
频带宽度 |
30MHz |
5 |
脉冲宽度 |
10us |
6 |
中心频率 |
109Hz |
7 |
雷达接收方式 |
正交解调接收 |
8 |
距离门 |
10Km~15Km |
根据前面的理论可知,线性调频后,其分辨率为:
四个目标,其相互之间间隔为1Km,所以是能够分别的,其仿真结果如下所示:
图3.11 四目标线性调频后的仿真图
图3.12 七目标线性调频后的仿真图
由此可见,线性调频脉冲压缩,其能够在一定范围之内对雷达信号进行分辨。当然,以上的仿真是在信号的功率相同的条件下进行的,如果接收到的信号功率不一致,如果两个目标相距比较远,系统仍然能够对系统进行分辨,但当弱信号在强信号的旁瓣范围之内,当信号的强度小于旁瓣电平的时候,强信号的旁瓣就会淹没掉弱信号的主瓣,从而无法识别信号。 图3.13的仿真将说明这个问题。