1、-范文最新推荐-1 / 16脉冲压缩旁瓣抑制技术研究+文献综述摘要脉冲压缩是现代雷达广泛应用的一种先进技术，它有效地解决了雷达距离分辨力与平均功率之间的矛盾，并广泛应用于现代雷达中,脉冲压缩带来的旁瓣抑制问题也成为一种广泛研究的问题。本文首先从脉冲压缩技术出发，分析了脉冲压缩技术的原理与特点；针对线性调频信号和二相编码信号，分析了它们的频谱特性、模糊函数和脉冲压缩原理。接下来介绍了线性调频信号的幅度加权旁瓣抑制原理，并针对海明加权进行了仿真分析。最后对二相编码信号的脉压旁瓣抑制方法进行了研究，以巴克码为例，论文介绍了基于线性规划法与最小二乘法的旁瓣抑制滤波器和失配滤波器设计方法，给出了仿真结果
2、，并对恒增益处理损失下旁瓣抑制滤波器设计进行了研究；以最小旁瓣电平码为列，讨论了基于线性规划法与最小二乘法的失配滤波器设计，给出了仿真结果和性能分析。关键词脉冲压缩旁瓣抑制雷达数字信号处理线性调频二相编码 7135外 文 摘 要TitleResearch on Pulse Compression Sidelobe SuppressionTechnologyAbstractPulse compression is a widespread advanced modern radar application technology, a technology that bridges the rad
3、ar range resolution and the average power contradiction, and is widely used in modern radar. In addition to pulse compression, sidelobe compression is another important aspect of this technology.First, from pulse compression technology, the pulse compression technologyprinciple and characteristics a
4、re analyzed; for linear frequency modulation signal and binary phase-coded signals, the spectral characteristics, ambiguity -范文最新推荐-3 / 16function and pulse compression are analized. Next, the principle of amplitude weighting for linear frequency modulation signal sidelobe suppression is introduced,
5、 thus the Hamming weight methode is simulated and analized. Lastly, binary code sidelobe suppression methods are studied. For barker code, sidelobe suppression filter and mismatched filter bansed on linear programming and least squares are introduced, simulation results are presented. Meanwhile, sid
6、elobe suppression filter design under constant gain loss is studied. For minimum sidelobe level codes, the mismatched filter design based on linear programming and least squares is studied, simulation results and analysis are presented. 雷达信号123理论形成于二十世纪四，五十年代。Wiener 1942 年建立了最佳线性滤波和预测理论，North 1943 年
7、提出了匹配滤波器理论，Urkowitz 把匹配滤波器推广到色噪声场合，建立了白化滤波器和 逆滤波器的概念。特别是 Woodward 于 1953 年提出了著名的模糊函数理论，奠定了雷达分辨理论基础，并首次对脉冲雷达的分辨力问题进行系统地研究，使人们对雷达信号形式及处理的认识上升到了一个新的高度。这些具有划时代意义的科学成就影响广泛深远，极大地推动了雷达技术理论的发展，从而进一步促进了对雷达波形设计及雷达信号检测的深入研究，由此推动了脉冲压缩技术的发展和应用。进入六十年代后，由于许多新技术和新器件相继成功开发并应用于雷达系统中，使得雷达系统的性能和指标有了大幅度提高。特别是离散傅立叶变换的快速算
8、法 FFT 的出现，为数字信号频域处理的实用化打下了坚实的基础。之后又陆续出现了许多快速算法和数字滤波器的设计方法，使数字信号处理理论逐渐地成熟和完善。在八十年代后，随着集成电路的飞速发展，各种高性能 DSP 芯片相继出现，使雷达信号的产生和处理朝着数字化的方向迅速发展。数字技术在雷达系统中的广泛应用，使得雷达系统在设备小型化、可靠性和多功能等方面取得了巨大的进展，同时也有了时域和频域两类技术并进的局面。进入九十年代后，是各种雷达体制发展的成熟时期，各种新技术的应用及数字技术的进一步发展，促进了雷达技术的迅猛发展，使雷达具有多功能，综合化，高-范文最新推荐-5 / 16可靠，抗干扰，远距离，多
9、目标和高精度等先进特性，满足了军事和经济方面等的要求。同时雷达所面临的挑战也逐渐严峻起来。 1.2 课题的研究状况提出于 20 世纪 40 年代的脉冲压缩旁瓣抑制技术经过几十年地研究发展，已取得很大的进步。到了今天它的应用领域非常广泛，特别是在雷达系统中的应用已经非常普遍，取得了重要的位置。本世纪四五十年代，借助经典统计检测与参数估计理论，众多专家学者对雷达目标检测做了大量的研究，建立起了噪声中的信号检测与估计理论，并针对雷达信号处理总结出了一系列基本原则，例如匹配滤波与模糊函数理论等，雷达所采用的信号以全新的形式展现到人们的视野当中。根据匹配滤波理论，人们提出了线性调频脉冲压缩的概念，即为了
10、使信号满足大时宽带宽积要求，在宽脉冲内附加线性调频实现频带扩展，解决了普通脉冲雷达难以解决的矛盾。在提出了线性调频脉冲压缩之后，Woodward 进一步完善了脉冲压缩的思想理论，他指出：大时宽带宽积信号的压缩窄脉冲可以通过匹配滤波获得。通常，在脉冲内进行附加调频、调相或调幅就可以获得大时宽带宽积信号，所以脉冲压缩信号的范围并不局限于线性调频信号。受到发射机效率的限制，通常采用调频或调相来产生脉冲压缩信号，研究与应用最广泛的是线性调频信号与相位编码信号。因为脉冲压缩技术的发展和广泛的应用而旁瓣抑制也得到了很重要的关注。随着脉冲压缩技术的发展，旁瓣抑制技术也有很大的进步，特别是相位编码。相位编码信
11、号旁瓣抑制问题的研究已经开展了很长时间。1959 年林肯实验室的 E.L.KEY 等人最早进行了这方方面的研究，确定出 13 位巴克码的理想旁瓣抑制滤波器的频率特性，并从时域导出近似实现该特性的抽头延迟滤波器，能消去指定的旁瓣。1967 年，Mosca 研究二相编码旁瓣抑制滤波器时，提出从时域寻求抽头延迟线滤波器抽头加权值两个最优化标准，一个是在给定主瓣电平的条件下，使旁瓣平方的线性-范文最新推荐-7 / 16组合最小；另一个是在限制旁瓣电平范围的条件下使主瓣最大。1973 年，Ackroyd 和 Ghani 提出的最小均方逆滤波法(LS 法)和 1980 年 Zorasler 提出的线性规划
12、法(LP 法)就是分别遵循这两个标准设计旁瓣抑制滤波器的。1971 年 Rihaezek 和 Golden 从频域分析入手，设计出了 13 位巴克码的旁瓣抑制滤波器(即 RG 滤波器)，使其抽头加权个数大大减少，特别适宜于数字处理。 对于单载频脉冲信号的时宽和带宽乘积接近于 1 的信号来说，测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。在匹配滤波器理论指导下，产生了脉冲压缩的概念。所谓脉冲压缩，就是采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率，保证足够的最大作用距离，而在接收时则采用匹配滤波器进行脉冲压缩，获得窄脉冲信号，使雷达提高检测能力的同时又不降低距离分辨力，因而
13、能较好地解决作用距离和分辨力之间的矛盾。在脉冲压缩系统中，发射波形往往在相位上或频率上进行调制，接收时将回波信号加以压缩，使其等效带宽 B 满足：其中为发射脉冲宽度，令，则距离分辨力为：式中，表示经脉冲压缩后的有效宽度。因此，脉冲压缩雷达可用宽度 的发射脉冲来获得相当于发射脉冲有效宽度为的简单脉冲系统的距离分辨力。发射脉冲宽度跟系统有效（经压缩的）的比值便成为脉冲压缩比，即即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合，脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表征。脉冲压缩信号具有大时宽-带宽积的性能，这个性能大多是从非线性相位调制获得的。如：非线性调频，相位编码，频率编码等都是通过采用非线性调制来加大
14、信号的时宽-带宽乘积。脉冲压缩技术实际上是匹配滤波器和相关接受理论在实际中的应用。图 2.1 是实现脉冲压缩的原理框图。-范文最新推荐-9 / 16图 2.1 脉冲压缩系统框图图 2.2 给出采用共轭滤波器实现脉冲压缩原理框图。图 2.2 采用共轭滤波器实现脉冲压缩上图中采用共轭滤波器实现脉冲压缩，其频率特性可写成 第一，宽脉冲的发射允许更有效地利用雷达所具有的平均功率，避免了高峰值功率信号。特别是现代雷达越来越多地采用固态发射机，脉冲压缩降低了对发射管的峰值功率要求。第二，采用脉压技术在不增加脉冲重复频率情况下，增加雷达的平均功率，因而减少了雷达的距离模糊。第三，可以独立地选择波形参数以保证
15、系统的检测性能、距离分辨力和测量精度。通常脉宽根据检测性能选取，而距离分辨力和测距精度则靠选择适当的信号频谱来保证。由于应用宽脉冲，系统的多普勒分辨力得以提高。第四，可具有波形捷变的能力。第五，采用捷变、高占空比的宽带发射波形把辐射能量扩大到极宽的频域内，可以减少信号被截获的可能性，使雷达提高了生存能力。第六，采用编码信号使系统抗干扰能力提高。对于有源干扰，由于信号带宽增大，使得干扰机发射宽带噪声，干扰的谱密度降低；由于分辨力提高，使得消极干扰也得到了抑制。当然，脉冲压缩信号也存在一些缺点：第一，收发系统较为复杂，在信号产生和处理过程中的任何失真，都将增大旁瓣的高度。-范文最新推荐-11 /
16、16第二，波形参数控制和处理的要求较高。第三，雷达的最小作用距离受脉宽限制。第四，存在距离旁瓣和自身杂波的干扰，某些情况下还必须进行必要的压缩和抑制副瓣，增加了信号处理的难度。总之，脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点，已成为近代雷达广泛应用的一种体制。2.2 线性调频信号线性调频12311 矩形脉冲信号的复数表达式为:(2.9)其中 为信号复包络(2.10) 图 2.5 线性调频脉冲压缩的基本原理2.2.4 多普勒性能分析一般的雷达线性调频(LFM)脉冲波形存在多普勒频率与测量距离之问的耦合即当测量的目标存在多普勒频率时，雷达测量目标的距离与目标所在的真实距离也存在一定的差异。讨论距离-多普勒
17、耦合之前必须确定回波信号模型：目标无加速度的情况：（2.17）目标有一介或更高介加速度情况：(2.18)通常对于机动性不强的目标，在一个脉冲宽度内可以认为其多普勒频率为常数，讨论中可忽略一阶或者-范文最新推荐-13 / 16更高阶的加速度的影响。在信号存在多普勒频移时，会对脉压输出造成两方面的影响：造成脉压输出结果的主瓣峰值降低，称为主峰损失，这可以等效为信噪比损失。信噪比损失定义为：(2.19)对输入白噪声，滤波器失配和匹配情况下的输出噪声功率总恒定。那么失配时的信噪比损失等价于信号功率的比值： ，因此可以等效于信号峰值的损失。影响主瓣的-3db 带宽，使主瓣变宽。多普勒频率导致时间偏移，二
18、者具有线性关系。2.3 二相编码信号线性调频信号、非线性调频信号调制函数是连续的，属于连续型信号，而相位编码信号，其相位调制函数是离散的有限状态，属于离散型编码脉冲压缩信号。由于相位编码采用伪随机序列，因此这类信号也称为伪随机编码信号。 信号时宽带宽乘积或脉冲压缩比为：(2.28)采用长的二进制序列就能得到大的时宽带宽积的编码脉冲压缩信号。图 2.6 二相编码脉冲信号的频谱2.3.2 二相编码的模糊函数由模糊函数的性质，可求得二相编码信号的模糊函数为：把 代入式 (2.30)，就可以求出式 (2.29)中的二相编码-范文最新推荐-15 / 16信号的模糊函数。图 2.7 给出二相编码信号的模糊
19、图。图 2.7 二相编码信号的模糊图由图可以看出，二相编码信号的模糊图是图钉型模糊图，在原点呈现尖锐的单峰，其体积在 轴上的分布范围为 ，在 轴上分布无限，在 轴附近具有较低的旁瓣，在其他范围旁瓣是较大。模糊图是通过 轴和 轴对称的，不存在距离多普勒耦合。因为二相编码信号是多普勒敏感信号，主要用在目标多普勒变化范围较窄的场合，因此在选择序列时，主要依据其自相关函数2.3.3 二相编码信号自相关函数特性根据匹配滤波理论可知，信号通过匹配滤波器的输出信号相当于信号的自相关函数，而二相编码信号的自相关函数主要取决于所采用的二元序列，所以二元序列自相关特性越好，则二相编码信号的自相关性越好。二元伪随机序列的非周期自相关函数可由下式表示：(2.32)它们具有性质:(2.33)这种二相编码信号的带宽和子脉冲的带宽相近，信号的时宽带宽乘积为序列的长度 P。因此，采用长的二元序列，可以得到大时宽带宽积的编码脉冲压缩信号。二相编码信号的自相关函数可以用下式表示： 脉冲压缩旁瓣抑制技术研究+文献综述 (8):
