一种对称三角线性调频连续波雷达的校正算法

一种对称三角线性调频连续波雷达的校正算法
一种对称三角线性调频连续波雷达的校正算法

雷达线性调频信号(LFM)脉冲压缩

西南科技大学 课程设计报告 课程名称: 设计名称:雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 姓名: 学号: 班级: 指导教师: 起止日期: 2010.12.25-----2011.1.5

课程设计任务书 学生班级:学生姓名:学号: 设计名称:雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 起止日期:2010、12、25——2011、1、03 指导教师: 课程设计学生日志

课程设计考勤表 课程设计评语表

雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 一、 设计目的和意义 掌握雷达测距的工作原理,掌握匹配滤波器的工作原理及其白噪声背景下的匹配滤波的设计,线性调频信号是大时宽频宽积信号;其突出特点是匹配滤波器对回波的多普勒频移不敏感以及更好的低截获概率特性。LFM 信号在脉冲压缩体制雷达中广泛应用;利用线性调频信号具有大带宽、长脉冲的特点,宽脉冲发射已提高发射的平均功率保证足够的作用距离;而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲已提高距离分辨率,较好的解决了雷达作用距离和距离分辨率之间的矛盾;。而利用脉冲压缩技术除了可以改善雷达系统的分辨力和检测能力,还增强了抗干扰能力、灵活性,能满足雷达多功能、多模式的需要。 二、 设计原理 1、匹配滤波器原理: 在输入为确知加白噪声的情况下,所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器,设一线性滤波器的输入信号为)(t x : )()()(t n t s t x += 其中:)(t s 为确知信号,)(t n 为均值为零的平稳白噪声,其功率谱密度为2/No 。 设线性滤波器系统的冲击响应为)(t h ,其频率响应为)(ωH ,其输出响应: )()()(t n t s t y o o += 输入信号能量: ∞<=?∞ ∞-dt t s s E )()(2 输入、输出信号频谱函数: dt e t s S t j ?∞ ∞--=ωω)()( )()()(ωωωS H S o = ωωωπωωd e S H t s t j o ?∞ -=)()(21)( 输出噪声的平均功率: ωωωπ ωωπd P H d P t n E n n o o ??∞∞-∞∞-==)()(21)(21)]([22 ) ()()(2)()(21 2 2 ωωωπ ωωπ ωωd P H d e S H SNR n t j o o ? ? ∞ ∞ -∞ ∞-=

线性调频脉冲压缩雷达仿真

一. 线性调频(LFM )信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率,保证足够大的作用距离;而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲,以提高距离分辨率,较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频(Linear Frequency Modulation )信号,接收时采用匹配滤波器(Matched Filter )压缩脉冲。 LFM 信号(也称Chirp 信号)的数学表达式为: 22() 2()()c K j f t t t s t rect T e π+= (2.1) 式中c f 为载波频率,()t rect T 为矩形信号, 11()0,t t rect T T elsewise ? , ≤? =?? ? (2.2) B K T = ,是调频斜率,于是,信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤,如图 2.1 图2.1 典型的chirp 信号(a )up-chirp(K>0)(b )down-chirp(K<0) 将2.1式中的up-chirp 信号重写为: 2()()c j f t s t S t e π= (2.3) 式中, 2 ()( )j Kt t S t rect e T π= (2.4) 是信号s(t)的复包络。由傅立叶变换性质,S(t)与s(t)具有相同的幅频特性,只是中心频率不同而以,因此,Matlab 仿真时,只需考虑S(t)。以下Matlab 程序产生2.4式的chirp 信号,并作出其时域波形和幅频特性,如图2.2。

%%demo of chirp signal T=10e-6; %pulse duration10us B=30e6; %chirp frequency modulation bandwidth 30MHz K=B/T; %chirp slope Fs=2*B;Ts=1/Fs; %sampling frequency and sample spacing N=T/Ts; t=linspace(-T/2,T/2,N); St=exp(j*pi*K*t.^2); %generate chirp signal subplot(211) plot(t*1e6,real(St)); xlabel('Time in u sec'); title('Real part of chirp signal'); grid on;axis tight; subplot(212) freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St)))); xlabel('Frequency in MHz'); title('Magnitude spectrum of chirp signal'); grid on;axis tight; 仿真结果显示: 图2.2:LFM信号的时域波形和幅频特性

调频连续波雷达简要分析

连续波调频雷达 雷达主要分为脉冲雷达和连续波雷达两大类。当前常用的雷达大多数是脉冲雷达,常规脉冲雷达是周期性地发射高频脉冲。而连续波雷达即是发射连续波信号的雷达,它的信号可以是单频、多频或者调频(多种调制规律如三角形、锯齿波、正弦波、噪声和双重调频或者是编码调制)的。单频连续波雷达可用于测速,多频(至少三个频点)和调频连续波雷达可用于测速和测距。它的优点是不存在距离盲点、精度高、带宽大、功率低、简单小巧,缺点是测距量程受限、存在多普勒距离耦合和收发很难完全隔离。 f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 调频连续波雷达参数与性能分析: 1、频率: 13.6GHz (±15MHz) (Ku 波段) 2、扫频带宽F ?: 30MHz 距离分辨率:m F C R 51030210326 8 =???==?? 3、调制周期T : ms 06.1=T 理论最大量程:Km C T R 1591031053.02 max 83=???=?=- 0 调制周期T 带宽 F t

4、实际回波最大迟延: s d m 16.0t max = 实际最大量程: Km C R d 241031008.02 t max 83max =???=?= -‘ 实际最大差拍频率: M T t F d b 53.4f max max =?=? 5、相干处理时间间隔:ms s d 9.0m 16.0ms 06.1t -T T max Coherent =-== f 锯齿波调频 频率-时间特性曲线 可采点数: 36000m 9.040T Fs N Coherent =?=?=s MHz 实际频率分辨率: Hz MHz N Fs 111136000 400f === 对应的实际距离分辨率:m F C T R 89.5103021111 1031006.120f 6 83=??????=??= ??‘ (量程越小,差拍频率越小,可获得的越大的相干处理时间,能该晒距离分辨率) 6、速度多普勒耦合: 速度较小不考虑,采用锯齿波调频信号时,一般直接将其影响加到系统误差中去。若采用三角波调频倒可以再信号处理时对其进行补偿。 0 调制周期T 带宽 F t

线性调频脉冲雷达信号matlab仿真

二〇一年十月 课题小论文 题 目:线性调频(LFM )脉冲压缩雷达仿真学院:专 业: 学生姓名:刘斌学号:年 级: 指导教师:

线性调频(LFM )脉冲压缩雷达仿真 一.雷达工作原理 雷达是Radar (RAdio Detection And Ranging )的音译词,意为“无线电检测和测距”,即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置,这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1,它主要由发射机,天线,接收机,数据处理,定时控制,显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无,目标斜距,目标角位置,目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念,使它具有对运动目标(飞机,导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1:简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform ),然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由接收机接收,对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R ,为了探测这个目标,雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播,经过时间R 后电磁波到达目标,照射到目标上的电磁波可写成: ()R s t C - 。电磁波与目标相互作用,一部分电磁波被目标散射,被反射的电磁波为()R s t C σ?-,其中σ为目标的雷达散射截面(Radar Cross Section ,简称RCS ),反映目 标对电磁波的散射能力。再经过时间R 后,被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ?-。 如果将雷达天线和目标看作一个系统,便得到如图1.2的等效,而且这是一个LTI (线性时不变)系统。 图1.2:雷达等效于LTI 系统 等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1 ()() M i i i h t t σδτ==-∑(1.1)

雷达系统中杂波信号的建模与仿真

1.雷达系统中杂波信号的建模与仿真目的 雷达的基本工作原理是利用目标对雷达波的散射特性探测和识别目标。然而目标存在于周围的自然环境中,环境对雷达电磁波也会产生散射,从而对目标信号的检测产生干扰,这些干扰就称为雷达杂波。对雷达杂波的研究并通过相应的信号处理技术可以最大限度的压制杂波干扰,发挥雷达的工作性能。 雷达研制阶段的外场测试不仅耗费大量的人力、物力和财力,而且容易受大气状况影响,延长了研制周期。随着现代数字电子技术和仿真技术的发展,计算机仿真技术被广泛应用于包括雷达系统设计在内的科研生产的各个领域,在一定程度上可以替代外场测试,降低雷达研制的成本和周期。 长期以来,由于对杂波建模与仿真的应用己发展了多种杂波类型和多种建模与仿真方法。然而却缺少一个集合了各种典型杂波产生的成熟的软件包,雷达系统的研究人员在需要用到某一种杂波时,不得不亲自动手,从建立模型到计算机仿真,重复劳动,造成了大量的时间和人力的浪费。因此,建立一个雷达杂波库,就可以使得科研人员在用到杂波时无需重新编制程序,而直接从库中调用杂波生成模块,用来产生杂波数据或是用来构成雷达系统仿真模型,在节省时间和提高仿真效率上的效益是十分可观的。 从七十年代至今已经公布了很多杂波模型,其中有几类是公认的比较合适的模型。而且,杂波建模与仿真技术的发展己有三十多年的历史,己经有了一些比较成熟的理论和行之有效的方法,这就使得建立雷达杂波库具有可行性。 为了能够反映雷达信号处理机的真实性能,同时为改进信号处理方案提供理论依据,雷达杂波仿真模块输出的杂波模拟信号应该能够逼真的反映对象环境的散射环境。模拟杂波的一些重要散射特性影响着雷达对目标的检测和踉踪性能,比如模拟杂波的功率谱特性与雷达的动目标显示滤波器性能有关;模拟杂波的幅度起伏特性与雷达的恒虚警率检测处理性能有关。因此,杂波模拟方案的设计是雷达仿真设计中极其重要的内容,杂波模型的精确性、通用性和灵活性是衡量杂波产生模块的重要指标。 2.Simulink简介 Simulink是MATLAB最重要的组件之一,它提供一个动态系统建模、仿真和

基于MATLAB的线性调频信号的仿真..

存档编号________ 基于MATLAB的线性调频信号的仿真 教学学院 届别 专业 学号 指导教师 完成日期

内容摘要:线性调频信号是一种大时宽带宽积信号。线性调频信号的相位谱具有平方律特性,在脉冲压缩过程中可以获得较大的压缩比,其最大优点是所用的匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感,即可以用一个匹配滤波器处理具有不同多普勒频移的回波信号,这些都将大大简化雷达信号处理系统,而且线性调频信号有着良好的距离分辨率和径向速度分辨率。因此线性调频信号是现代高性能雷达体制中经常采用的信号波形之一,并且与其它脉压信号相比,很容易用数字技术产生,且技术上比较成熟,因而可在工程中得到广泛的应用。 关键词:MATLAB;线性调频;脉冲压缩;系统仿真

Abstract:Linear frequency modulation signal is a big wide bandwidth signal which is studied and widely used. The phase of the linear frequency modulation signal spectra with square law characteristics, in pulse compression process can acquire larger compression, its biggest advantage is the use of the matched filter of the echo signal doppler frequency is not sensitive, namely can use a matched filter processing with different doppler frequency shift of the echo signal, these will greatly simplified radar signal processing system, and linear frequency modulation signal has a good range resolution and radial velocity resolution. So linear frequency modulation signal is the modern high performance radar system often used in one of the signal waveform, and compared with other pulse pressure signal, it is easy to use digital technologies to produce, and the technology of the more mature, so in engineering can be widely applied. Keywords:MATLAB, LFM, Pulse compression, System simulation

提高线性调频连续波雷达测距精度的ZFFT算法

航天电子对抗第22卷第1期 收稿日期:2005-07-06;2005-10-18修回。 作者简介:张红(1982-),女,硕士研究生,主要研究方向是雷达信号处理。 提高线性调频连续波雷达测距精度的ZFFT 算法 张 红,王晓红,郭 昕 (北京理工大学电子工程系,北京 100081) 摘要: 线性调频连续波(LFM CW )雷达在理论上有很高的测距精度,然而在实际系统中,由于FFT 变换的栅栏效应,使得其距离分辨力和测距精度处于同一数量级,满足不了近距离测距时高精度的要求。在传统的FFT 处理的基础上,采用ZFFT 算法,在运算量增加不多的情况下,完成对中频回波主瓣的局部细化,大大提高了LFM CW 雷达的测距精度,以满足高精度测距的要求。 关键词: 雷达;测距;LFM CW;ZFFT 中图分类号: TN958.94 文献标识码: A Improving ra nge measuring precision o f LFMC W radar usin g ZFFT method Zhang Hong,Wang Xiaohong,Guo Xin (Department of Electronic and Engineering,Beijing Institute of Technology ,Beijing 100081,China) Abstract:T he L inea r Fr equency M o dulated Continuous W ave (L FM CW )Radar has high theor etical r ang e measuring precision.But its practical range precision is of the same mag nitude as the rang e resolut ion because of the inher ent frequency space of FFT ,w hich can not satisfy the high precisio n requirement fo r the near r ang e measuring.ZF FT met ho d is adopted to r educe fr equency space of the main lo be of echo r ang e spectr um o n the FFT with incr easing less operat ion.T his method can gr eatly improv e the range precisio n of L FM CW r adar and satisf y the pr actical needs o f high precisio n r adar rang measuring. Key words:rada r;range measur ing;L FM CW;ZFF T 1 引言 线性调频连续波(LFM CW)能实现较高的距离和多普勒频率的分辨力,在各种近距离雷达,防撞雷达,末制导雷达,远距离天波、地波雷达以及飞机高度表中已得到广泛应用。LFM CW 雷达回波中频的处理普遍采用数字信号处理方式来获取回波中频的距离谱,然后根据一定的判决准则来判定目标的有无,并通过计算过门限的目标频谱值来测量目标的距离[1] ,其系统 框图如图1所示。 该方法是通过目标的回波和目标发射波形混频后得到差拍信号,对差拍信号进行FFT 运算,计算出回波中频在距离轴上的功率谱曲线(即距离谱),可以充分利用LFM CW 雷达的高距离分辨和高测距精度的特点,适用于更为复杂的目标环境,是微波、毫米波测 图1 L FM CW 雷达系统示意图 距和成像的重要手段。但是,由于FFT 的 栅栏效应 [2-3],使得通过FFT 变换得到的距离谱具有固定的采样间隔 R ( R 为雷达的距离分辨力),从而产生 R /2的测距误差。当测量的距离较远时, R R ,测量误差远远小于目标的距离,相对误差较小;但当测量距离较近时, R !R ,相对测量误差较大。为此,如何克服FFT 的栅栏效应、提高近距离的测距精度的问题,就成为LFMCW 测距雷达重要的研究课题。本文采用ZFFT 对距离谱进行局部细化,可在增加较少运算量的情况下,大幅提高LFM CW 测距雷达的测距精度。 48

调频连续波(FMCW)雷达微波物位计的工作原理

调频连续波(FMCW)雷达/微波物位计的工作原理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号,一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法,由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描,同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt,发射天线到介质表面的距离为R,C为光速。 那么我们可以得到:rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号,因此我们可得:rf = K×rt; 两式合并后,我们得到公式: R = C× rf/2K (公式2) 根据公式2,我们可以看到,天线到介质表面的距离R与发射 频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理,得到混合信号频谱,并通过独立的快速傅立叶(FFT)变化来区分不同的频率信号,最后得到准确地数字回波信号,计算出天线到介质表面的距离。 实际上,FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主:9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿,这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计,与超声波技术相似,使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲,然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同,雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常,采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计,但是脉冲物位计因为价格较FMCW低很多,因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然,很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大大提高了脉冲雷达的可靠性。

雷达信号处理和数据处理

脉冲压缩雷达的仿真脉冲压缩雷达与匹配滤波的MATLAB仿真 姓名:-------- 学号:---------- 2014-10-28 - 0 - 西安电子科技大学

一、雷达工作原理 雷达,是英文Radar的音译,源于radio detection and ranging的缩写,原意为"无线电探测和测距",即用无线电的方法发现目标并测定它们的空间位置。因此,雷达也被称为“无线电定位”。利用电磁波探测目标的电子设备。发射电磁波对目标进行照射并接收其回波,由此获得目标至电磁波发射点的距离、距离变化率(径向速度)、方位、高度等信息。 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform),然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由接收机接收,对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 但是因为普通脉冲在雷达作用距离与距离分辨率上存在自我矛盾,为了解决这个矛盾,我们采用脉冲压缩技术,即使用线性调频信号。 二、线性调频(LFM)信号 脉冲压缩雷达能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。这种体制采用宽脉冲发射以提高发射的平均功率,保证足够大的作用距离;而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲,以提高距离分辨率,较好的解决雷达作用距离与距离分辨率之间的矛盾。 脉冲压缩雷达最常见的调制信号是线性调频(Linear Frequency Modulation)信号,接收时采用匹配滤波器(Matched Filter)压缩脉冲。 LFM信号的数学表达式: - 1 -

- 2 - (2.1) 其中c f 为载波频率,()t rect T 为矩形信号: ( 2.2) 其中B K T =是调频斜率,信号的瞬时频率为()22c T T f Kt t + -≤≤,如图 (图2.1.典型的LFM 信号(a )up-LFM(K>0)(b )down-LFM(K<0)) 将式1改写为: (2.3) 其中

调频连续波

信号采集与处理单元关键技术研究 1.1 太赫兹频段线形调频连续波雷达系统及工作原理 1.1.1 LFMCW雷达的基本特点 调频连续波(FMCW)雷达一种通过对连续波进行频率调制来获得距离与速度信息的雷达体制。雷达调频可以采用多种方式,线性和正弦调制在过去都已经得到广泛的运用。其中线性调频是最多样化的,在采用FFT处理时它也是最适合于在大的范围内得到距离信息的。鉴于此原因,有关调频连续波的焦点问题基本上都集中在LFMCW雷达上。 线性调频连续波(LFMCW)雷达是具有高距离分辨率、低发射功率、高接收灵敏度、结构简单等优点,不存在距离盲区,具有比脉冲雷达更好的反隐身、抗背景杂波及抗干扰能力的特点,且特别适用于近距离应用,近年来在军事和民用方面都得到了较快的发展。主要优点可归结为以下三方面: LFMCW最大的优点是其调制很容易通过固态发射机实现; 要从LFMCW系统中提取出距离信息,必须对频率信息进行处理,而现在这一步可以通过基于FFT的处理器来完成; LFMCW的信号很难用传统的截获雷达检测到。 除了上述优点外,LFMCW雷达也存在一些缺点。主要表现在两个方面: 作用距离有限:LFMCW雷达发射机和接收机是同时工作的,作用距离增大时,

发射机泄漏到接收机的功率也增加; 距离-速度耦合问题:LFMCW雷达采用的是超大时带积的线性调频信号,根据雷达信号模糊函数理论,它必然存在距离与速度的耦合问题,这不仅导致系统的实际分辨能力下降,而且会引起运动目标测距误差。 1.1.2 太赫兹频段LFMCW雷达系统 根据目前国内的元器件水平和技术条件,在能够满足太赫兹波探测系统技术指标的前提下,本系统工作频率为220GHz,采用宽带线性调频探测体制方案,依靠天线测量目标的散射特性获取目标信息和距离信息。线性调频连续波雷达具有低截获特性,在距离速度模糊方面与普通的脉冲雷达相比具有较大优势。对于调频体制,利用在时间上改变发射信号的频率并与接收信号频率进行混频处理不仅能测定目标距离,而且能够精确测量目标径向速度,所以线性调频探测系统实现了太赫兹频段雷达的主动探测功能。 现代的连续波雷达普遍采用零拍接收机,也可称为零中频超外差接收机,本地振荡器就用发射机泄漏过来的信号代替,与回波信号直接混频,产生窄带差拍信号,经特性滤波和放大后,由A/D采样进行数字化处理。因此,LFMCW雷达结构较 为简单,易于实现。 频率合成器在基准信号源作用下产生线性调频信号,并通过正交解调和倍频,生成所需频段的线性调频信号,一路经过多级放大后由发射天线发射出去,另一路耦合到混频器作为本振信号,高频电磁波遇目标后反射回接收天线,经放大后

线性调频连续波合成孔径雷达成像算法

第6卷 第3期 信 息 与 电 子 工 程 Vo1.6,No.3 2008年6月 INFORMATION AND ELECTRONIC ENGINEERING Jun.,2008 文章编号:1672-2892(2008)03-0167-05 线性调频连续波合成孔径雷达成像算法 杨 蒿,蔡竟业 (电子科技大学 通信与信息工程学院140教研室,四川 成都 610054) 摘 要:线性调频连续波(LFMCW)合成孔径雷达(SAR)因体积小,重量轻,成本相对低,成为 近来研究的热点。连续波SAR 的回波信号通常经过相干解调处理。针对其独特的应用背景和信号模 型,对现有的各种成像处理算法进行了讨论和比较,总结出其优缺点及应用范围。并对LFMCW- SAR 今后的发展提出了展望。 关键词:线性调频连续波;合成孔径雷达;成像算法 中图分类号:TN958 文献标识码:A Linear Frequency Modulated Continuous Wave-Synthetic Aperture Radar Imaging Algorithm YANG Hao,CAI Jing-ye (School of Communication and Information Engineering,UESTC,Chengdu Sichuan 610054,China ) Abstract:Linear Frequency Modulated Continuous Wave(LFMCW)-Synthetic Aperture Radar(SAR) has become a focus in recent researches,due to its compactness and low cost. This paper analyses and compares various imaging algorithms,based on the special application background and signal model derived from its dechirped raw data. Then the advantages,disadvtanges and application fields of the algorithms are presented. Future development of LFMCW SAR is prospected. Key words:Linear Frequency Modulated Continuous Wave;Synthetic Aperture Radar;imaging algorithm 目前机载对地观测受到越来越广泛的关注,其应用领域不仅涵盖搜索救援、区域监测、灾害监视与控制等民用方面,还包括小型无人机对地侦察等军事领域。合成孔径雷达与光电成像设备相比可以全天候、全天时工作,如在云雨雾等恶劣气候及夜晚条件下工作,而且具有实时大面积连续成像能率[1]。但是,传统的脉冲SAR 由于其设备复杂,体积大,重量重,成本相对较高等缺陷限制了其应用层面,特别是不能安装到小型飞机如直升机和无人机上完成一些紧急任务,也不适于低成本的民用项目[2]。因此,LFMCW ?SAR [3]以其紧凑、低耗、相对便宜且高分辨力的优点逐渐发展起来[4?10]。连续波SAR 概念自1988年被提出,并应用于飞机高度计之后,特别是连续波SAR 在发射能量一定的前提下,与脉冲SAR 相比拥有更低的发射功率,并且具有更好的隐蔽性,发射机也可以使用全固态设计,使得系统具备了高可靠性和较少维护的优点[11?14]。同时,连续波SAR 接收机前端通过相干混频处理得到差频信号,在成像带较窄的情况下,可以大大降低信号带宽,从而降低对信号高速采集与处理的需求。 本文描述了LFMCW ?SAR 的去调频信号模型,在该信号模型的基础上,讨论针对去调频信号的各种成像处理算法,对各种算法进行了比较总结,最后对未来LFMCW ?SAR 的发展进行了展望。 1 LFMCW ?SAR 的信号模型 LFMCW ?SAR 接收到的回波信号经去斜、下变频后可表示为: 2 022444(,;)exp (j )exp [j ()()]exp [j ()]c r r a r t r t c t c r k k S t t r C r t r r r r c c c λπππ=????? (1) 收稿日期:2007-11-22;修回日期:2008-01-08

线性调频信号matlab仿真

实验一 雷达信号波形分析实验报告 一、 实验目的要求 1. 了解雷达常用信号的形式。 2. 学会用仿真软件分析信号的特性。 3了解雷达常用信号的频谱特点和模糊函数。 二、实验参数设置 信号参数范围如下: (1)简单脉冲调制信号: (2)载频:85MHz (3)脉冲重复周期:250us (4)脉冲宽度:8us (5)幅度:1V (2)线性调频信号 载频:85MHz 脉冲重复周期:250us 脉冲宽度:20us 信号带宽:15MHz 幅度:1V 三、 实验仿真波形 1.简单的脉冲调制信号 程序: Fs=10e6; t=0:1/Fs:300e-6; fr=4e3; f0=8.5e7; x1=square(2*pi*fr*t,3.2)./2+0.5; x2=exp(i*2*pi*f0*t); x3=x1.*x2; subplot(3,1,1);

plot(t,x1,'-'); axis([0,310e-6,-1.5,1.5]); xlabel('时间/s') ylabel('幅度/v') title('脉冲信号重复周期T=250US 脉冲宽度为8us') grid; subplot(3,1,2); plot(t,x2,'-'); axis([0,310e-6,-1.5,1.5]); xlabel('时间/s') ylabel('幅度/v') title('连续正弦波信号载波频率f0=85MHz') grid; subplot(3,1,3); plot(t,x3,'-'); axis([0,310e-6,-1.5,1.5]); xlabel('时间/s') ylabel('·幅度/v') title('脉冲调制信号') grid; 仿真波形: 0123x 10-4-101 时 间 /s 幅 度 / v 脉冲信号 重复周期T=250us 脉冲宽度为8us 1 2 3 x 10 -4 -1 1 时间/s幅度/v连续正弦波信号

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真

线性调频(LFM)脉冲压缩雷达仿真 一.雷达工作原理 雷达是Radar(RAdio Detection And Ranging)的音译词,意为“无线电检测和测距”,即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置,这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1,它主要由发射机,天线,接收机,数据处理,定时控制,显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无,目标斜距,目标角位置,目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念,使它具有对运动目标(飞机,导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1:简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform),然后经馈线和收发开关

由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由接收机接收,对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R,为了探测这个目标,雷达发射信号()s t,电磁波以光速C向四周传播,经过时间R C后电磁波到达目 标,照射到目标上的电磁波可写成:()R -。电磁 s t C 波与目标相互作用,一部分电磁波被目标散射, 被反射的电磁波为()R σ?-,其中σ为目标的雷达 s t C 散射截面(Radar Cross Section ,简称RCS),反映目标对电磁波的散射能力。再经过时间R C后, 被雷达接收天线接收的信号为(2)R σ?-。 s t C 如果将雷达天线和目标看作一个系统,便得到如图1.2的等效,而且这是一个LTI(线性时不变)系统。 图 1.2:雷达等效于LTI系统

【CN109946659A】一种车载毫米波雷达线性调频连续波运动频率扩展校正方法【专利】

(19)中华人民共和国国家知识产权局 (12)发明专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910170757.8 (22)申请日 2019.03.07 (71)申请人 东南大学 地址 210000 江苏省南京市玄武区四牌楼2 号 (72)发明人 黄永明 曹孟德 宫玉琴 张铖  王海明  (74)专利代理机构 南京经纬专利商标代理有限 公司 32200 代理人 许方 (51)Int.Cl. G01S 7/40(2006.01) (54)发明名称一种车载毫米波雷达线性调频连续波运动频率扩展校正方法(57)摘要本发明公开一种车载毫米波雷达线性调频连续波频率扩展校正方法,该方法步骤为:首先对每根接收天线的线性调频连续波中频信号,按慢时间维补零并进行FFT运算;其次,根据系统的速度分辨率计算新的慢时间维频谱单元对应的速度刻度;接着按照每个新的慢时间维频谱单元和快时间维时域单元,根据对应的速度刻度,对每根接收天线中频信号慢时间维FFT结果进行匹配重排并进行运动相位补偿;最后对匹配重排及相位补偿后的慢时间维FFT运算结果按照快时间维进行FFT运算,得到无运动频率扩展影响的线性调频连续波二维FFT运算结果。该方法能够解决已有技术方案中车载毫米波雷达线性调频连续波的运动频率扩展问题,明显地提升系统性能,其复杂度较低、 实现简单。权利要求书2页 说明书5页 附图4页CN 109946659 A 2019.06.28 C N 109946659 A

1.一种车载毫米波雷达线性调频连续波频率扩展校正方法,其特征在于,所述的方法步骤包括: (1)对每根接收天线的中频信号按照慢时间维补零并进行FFT运算; (2)按照雷达系统参数计算系统速度分辨率,并由此计算得到速度刻度向量,作为新的慢时间维坐标刻度对应的速度值; (3)对每根接收天线中频信号的慢时间维FFT运算结果,按照每个快时间维时域单元和每个新的慢时间维频谱单元,根据对应的速度刻度向量进行频谱单元位置重排; (4)对每根接收天线中频信号进行频谱单元位置重排后的慢时间维FFT运算结果,按照每个快时间维时域单元和新的慢时间维频谱单元,计算其对应的运动相位补偿因子,并根据其进行运动相位补偿; (5)对每根接收天线中频信号进行频谱单元位置重排和相位补偿后的慢时间维FFT运算结果,按照快时间维进行FFT运算,得到无运动频率扩展的车载毫米波雷达线性调频连续波中频信号二维FFT运算结果。 2.根据权利要求1所述的一种车载毫米波雷达线性调频连续波运动频率扩展校正算法,其特征在于,所述步骤(1)中,对每根接收天线的中频信号按照慢时间维补零并进行FFT 运算, 得到其计算结果为其中,N q 为系统单个扫频率的采样点数,即快时间维采样点数,N s 为系统的慢时间维FFT运算点数,M为系统的扫频重复个数,即慢时间维采样点数,N c 为系统慢时间维FFT运算时的补零点数。 3.根据权利要求2所述的一种车载毫米波雷达线性调频连续波运动频率扩展校正算法,其特征在于, 所述步骤(2)中的系统速度分辨率为: 式中,c为电磁波在自由空间的传播速度,T为系统扫频重复时间,f 0为载波中心频率,由式(1)与系统慢时间维采样点数M计算新的慢时间维频谱单元位置m对应的速度值为: V[m]=(M -m+1)·v res ,m=1,2,...M。 (2) 4.根据权利要求3所述的一种车载毫米波雷达线性调频连续波运动频率扩展校正算法,其特征在于:所述步骤(3)中,对每根接收天线中频信号慢时间维FFT运算结果,按照每个新的慢时间维频谱单元和快时间维时域单元根据其对应的速度值进行频谱单元位置重排,具体方法为: (3.1)对每根接收天线中频信号慢时间维FFT运算结果,按照每个慢时间维频谱单元位置n s 和快时间维时域单元位置 计算其对应的速度参数为: 式中,μ为扫频斜率,μ=B/T,B为扫频带宽; (3.2)按照每个新的慢时间维频谱单元位置m和快时间维时域单元位置 在不同的原慢时间维频谱单元中搜索对应速度值与V[m]最接近的频谱单元位置为: 权 利 要 求 书1/2页2CN 109946659 A

FMCW可调连续波雷达原理

调频连续波FMCW雷达理 FMCW是取英文Frequency Modulated Continuous Wave的词头的缩写。FMCW 技术是在雷达物位测量设备 中最早使用的技术。 FMCW微波物位计采用线性的调制的高频信号,一般都是采用10GHz或24GHz微波信号。它是一种基于复杂数学公式的间接测量方法,由频谱计算出物位距离。天线发射出被线性调制的连续高频微波信号并进行扫描,同时接收返回信号。发射微波信号和返回的微波信号之间的频率差与到介质表面的距离成一定比例 关系。 如果我们认为被线性调制的发射微波信号的斜率为K,发射信号和反射信号的频率为rf,滞后时间差为rt, 发射天线到介质表面的距离为R,C为光速。 那么我们可以得到:rt = 2R/C 由于采用的是调频的微波信号,因此我们可得: rf = K×rt; 两式合并后,我们得到公式: R = C× rf/2K (公式2) 根据公式2,我们可以看到,天线到介质表面的 距离R与发射频率和反射频率差rf成正比关系。 信号处理部分将发射信号和回波信号进行混合处理,得到混合信号频谱,并通过独立的快速傅立叶(FFT)变化来区分不同的频率信号,最后得到准确地数字回波信号,计算出天线到介质表面的距离。 实际上,FMCW信号是在两个不同的频率之间循环。目前市场上的FMCW微波物位计主要以两种频率为主: 9到10GHz和24.5到25.5GHz。 采用FMCW原理的微波物位计都具有连续自校准的处理功能。被处理的信号与一个表示已知固定距离的内部参照信号进行比较。任何差值会自动得到补偿,这样消除了由温度波动或变送器内部电子部件老化引 起的可能的测量漂移。 2.2、脉冲 脉冲雷达物位计,与超声波技术相似,使用时差原理计算到介质表面的距离。设备传输固定频率的脉冲,然后接收并建立回波图形。信号的传播时间直接与到介质的距离成一定比例。但是与超声波使用声波不同,雷达使用的是电磁波。它利用好几万个脉冲来“扫描”容器并得到完整的回波图。 通常,采用脉冲方式的微波物位计的精度和可靠性都不如FMCW微波位计,但是脉冲物位计因为价格较FMCW 低很多,因此是目前市场应用得最多的微波物位计。当然,很多生产厂商通过增强回波处理功能等方式大

雷达线性调频信号的脉冲压缩处理

题目 : 雷达线性调频信号的脉冲压缩处理 线性调频脉冲信号,时宽 10us ,带宽 40MHz ,对该信号进行匹配滤波后,即脉压处理,脉压后 的脉冲宽度为多少?用图说明脉压后的脉冲宽度, 内差点看 4dB 带宽,以该带宽说明距离分辨 率与带宽的对应关系。 分析过程: 1、线性调频信号( LFM ) LFM 信号(也称 Chirp 对于一个理想的脉冲压缩系统, 要求发射信号具有非线性的相位谱, 并使其包络接近矩形; 其中 S(t) 就是信号 s(t) 的复包络。由傅立叶变换性质, S(t) 与 s(t) 具有相同的幅频特性,只 是中心频率不同而已。因此, Matlab 仿真时,只需考虑 S(t) 。以下 Matlab 程序产生 S(t) , 并作出其时域波形和幅频特性,程序如下: T=10e-6; % 脉冲时宽 10us B=40e6; % 带宽 40MHz K=B/T; Fs=2*B;Ts=1/Fs; N=T/Ts; t=linspace(-T/2,T/2,N); St=exp(j*pi*K*t.^2); subplot(211) plot(t*1e6,St); xlabel('t/s'); title(' 线性调频信号 '); grid on;axis tight; subplot(212) freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St)))); xlabel('f/ MHz'); 信号)的数学表达式为: 式中 f c 为载波频率, rect s(t) rect( t )e 为矩形信号 , j2 (f c t 2t ) rect(T t ) 0, t T el se 上式中的 up-chirp 信号可写为 : s(t) 当 TB>1时, LFM 信号特征表达式如下: S(t)e j2 fct S LFM ( f ) k 2rect ( f B f c ) LFM ( f ) (f f c ) 4 S(t) rect (T t )e j Kt

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