(优选)线性调频脉冲信号.
线性调频信号
线性调频信号线性调频信号是一种在通信与信号处理领域中常见的信号类型，具有许多独特的特性及应用。
本文将对线性调频信号的基本概念、特征以及在实际应用中的重要性进行探讨。
1. 线性调频信号的概念线性调频信号是一种随时间呈线性变化频率的信号。
在时域中，线性调频信号的频率随时间以线性方式变化，通常可以表示为f(t)=f0+kt，其中f(t)为时刻t 的频率，f0为初始频率，k称为调频斜率。
在频域中，线性调频信号的频谱呈线性带宽，通常是一个宽度随时间线性增加的带通信号。
2. 线性调频信号的特征线性调频信号具有以下几个重要特征：•带宽随时间线性增加：线性调频信号的频谱宽度随时间线性增加，频率成比例地变化，这使得线性调频信号在频谱上呈现出一定的特殊性。
•信号分辨率高：由于频率随时间线性变化，线性调频信号在时间与频率域中具有很高的分辨率，适用于高精度的信号处理应用。
•抗干扰能力强：线性调频信号在一定的信噪比条件下具有较强的抗干扰能力，适用于复杂信道环境中的通信系统。
3. 线性调频信号的应用线性调频信号在许多领域都有着广泛的应用，主要包括：•雷达与通信系统：线性调频信号在雷达系统中用于目标距离测量和速度测量，通过分析目标回波信号来实现目标定位。
在通信系统中，线性调频信号也常用于频率调制与解调以及通信信号处理。
•医学成像：在医学成像中，线性调频信号可用于超声成像、核磁共振成像等领域，通过信号处理技术实现对生物组织的成像和诊断。
•声呐与测距系统：线性调频信号在声呐系统和测距系统中也有重要应用，用于测量目标距离和速度，实现目标探测与跟踪。
综上所述，线性调频信号作为一种特殊的信号类型，在通信、雷达、医学成像等领域具有着广泛而重要的应用。
了解线性调频信号的基本概念和特征，有助于深入理解其在实际应用中的工作原理和优势，对于相关领域的研究和开发具有重要的意义。
线性调频脉冲_chirp_信号扫频--------------------------GOOD3
文章编号 :1000 - 8829 (2003) 08 - 0011 - 03
线性调频脉冲 (chirp) 信号扫频
Frequency Sweep Using Linear Frequency Mo dulated Pulse s ( Chirp) Signal
(清华大学 电机系 ,北京 100084) 石 晶 , 侯国屏 , 赵 伟
∫ W ( t ,ω) = s ( t + τ/ 2) s 3 ( t - τ/ 2) e- jωτdτ ∫ = S (ω + θ/ 2) S 3 (ω - θ/ 2) e- jθt dθ
式中 , s 3 ( t) 是 s ( t) 的共轭 ; S 3 (ω) 是 S (ω) 的共轭 。 对于 chirp 信号 s ( t) = Aexp (jβt2 + jω0 t) ,魏格纳
式符合得较好 。
4 扫频方法的改进
当所扫描的频带较宽 ,频带上限 f h 为下限 f l 的数 倍甚至数十倍时 ,若仅仅根据 f h 来设置采样频率 ,那 么在采集信号的低频部分时 ,会出现采集的数据点过 多的情况 。这对于 FFT 运算来说是所不希望的 ,因为
线性调频脉冲 (chirp) 信号扫频
分布为
W ( t ,ω) = 2π A 2δ(ω - βt - ω0)
可见 , s ( t) 是一个单频率信号 ,任一时刻的瞬时功率都 完全集中在瞬时频率 2βt + ω0 这点上 。因此如果任意 抽取一个时间片段[ t1 , t2 ]的 s ( t) 变换到频域 , 那么相 应的频谱能量便集中在 [2βt1 + ω0 ,2βt2 + ω0 ] ,且在该 频带范围内频谱的幅度相等 。
(2) 激励和响应信号的采集 。
线性调频(LFM)信号脉冲压缩仿真
随机信号处理实验————线性调频（LFM）信号脉冲压缩仿真姓名：***学号： **********一、实验目的：1、了解线性FM 信号的产生及其性质；2、熟悉MATLAB 的基本使用方法；3、利用MATLAB 语言编程匹配滤波器。
4、仿真实现FM 信号通过匹配滤波器实现脉压处理，观察前后带宽及增益。
5、步了解雷达中距离分辨率与带宽的对应关系。
二、实验内容：1、线性调频信号线性调频矩形脉冲信号的复数表达式为：()()2001222j f t j f t ut lfmt t u t Arect S e e ππτ⎛⎫+ ⎪⎝⎭⎛⎫== ⎪⎝⎭ ()211,210,2j ut t t t u t Arect rect t e πττττ⎧≤⎪⎪⎛⎫⎛⎫==⎨ ⎪ ⎪⎝⎭⎝⎭⎪>⎪⎩为信号的复包络，其中为矩形函数。
0u f τ式中为脉冲宽度,为信号瞬时频率的变化斜率，为发射频率。
当1B τ≥（即大时宽带宽乘积）时，线性调频信号特性表达式如下：0()LFM f f f B S -⎛⎫=⎪⎝⎭幅频特性： 20()()4LFM f f f u ππφ-=+相频特性：20011222i d f f t ut f ut dt ππ⎡⎤⎛⎫=+=+ ⎪⎢⎥⎝⎭⎣⎦信号瞬时频率：程序如下：%%产生线性调频信号T=10e-6; %脉冲宽度B=400e6; %chirp signal 频带宽度400MHz K=B/T; %斜率Fs=2*B;Ts=1/Fs; %采样频率与采样周期N=T/Ts %N=8000t=linspace(-T/2,T/2,N); %对时间进行设定St=exp(j*pi*K*t.^2) %产生chirp signalfigure;subplot(2,1,1);plot(t*1e6,real(St));xlabel('Time in u sec');title('线性调频信号');grid on;axis tight;subplot(2,1,2)freq=linspace(-Fs/2,Fs/2,N); %对采样频率进行设定plot(freq*1e-6,fftshift(abs(fft(St))));xlabel('Frequency in MHz');title('线性调频信号的幅频特性');grid on;axis tight;Matlab 程序产生chirp 信号，并作出其时域波形和幅频特性，如图：2、匹配滤波器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 。
线性调频脉冲信号产生仿真与验证_v2
DF DF Def aultNumeric Start=0 Def aultNumeric Stop=30000 DefaultTimeStart=0 usec DefaultTimeStop=5 usec
三、系统指标参数： 仿真 LFM 信号系统： 基本 LFM 信号参数：脉宽=5usec LFM 中心频率=40MHz 扫频范围：-20MHz~20MHz
T7, mV
Simulated LFM waveform
600
400
200
0
-200
-400
-600
0
1
2
3
4
5
time, usec
在 DAC 后的滤波器输出处的仿真波形
T8, mV
Simulated LFM waveform
300
200
100
0
-100
-200
-300
0
1
2Байду номын сангаас
3
4
5
time, usec
BPF_ChebyshevTimed B1 PassRipple=1
SpectrumAnalyzer spec2GHz
滤波器的波纹对频响的影响，见下图： 红线---代表 波纹系数为 0.1dB 蓝线---代表 波纹系数为 1dB 粉线---代表 波纹系数为 3dB
dBm(setup3_3db..spec2GHz) dBm(setup3..spec2GHz)
号的实现方法，先将 LFM 信号系统仿真出来，然后按照此仿真结构作出实际电路，将实际 LFM 电路的输出信号测试出来，以验证仿真的正确性。
二、LFM 系统结构组成： 包括：线性调频基带 IQ 产生部分，数字上变频部分，模数转换部分，滤波部分。
采用函数发生器及模拟信号源产生线性调频脉冲信号方案
采用函数发生器及模拟信号源产生线性调频脉冲信号方案潘成胜 安捷伦见习应用工程师 王晋杰 安捷伦应用工程师一、 前言雷达在军事、航天、气象、通信、天文等领域都得到了广泛的应用。
典型的雷达系统主要由发射机，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。
脉冲压缩雷达的一种常用形式是脉内线性调频（Linear Frequency Modulation ），它能同时提高雷达的作用距离和距离分辨率。
这种体制采用相对较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。
目前，产生线性调频信号常用的方法是采用矢量信号源，通过Pulse Buliding 或Matlab 等软件产生任意波形，下载到矢量源并播放的方式。
但在某些情况下，客户需要利用一些简单设备产生线性调频脉冲以满足测试需要。
所以本文基于安捷伦公司模拟信号发生器及函数发生器，介绍了一种简单线性调频脉冲的产生方案。
二、 生成方案生成原理：由于在脉冲内表现为频率的线性变化，可考虑用锯齿波对脉冲信号进行FM 调制，保证脉冲处于锯齿波的下降沿（或上升沿）范围内，这样在脉内频率才会呈现单调线性变化，所以保持脉冲周期和锯齿波的同步性是产生跳频信号的关键，其具体实现如图1所示：图1 跳频信号生成原理为了实现上述要求，用信号源产生的脉冲信号触发任意波形发生器，产生锯齿波信号从而对脉冲进行FM 调制。
文中根据客户要求用Agilent 33220A 产生锯齿波，MXG N5181A 产生脉冲，N9030A 89061VSA 来观察分析产生的跳频信号。
脉冲测试系统搭建如图2所示：图2 测试系统三、生成实例根据客户需要，产生跳频信号指标为：中心频率84MHz，脉宽16us，重复频率2KHz，跳频+/-5MHz。
线性调频脉冲_chirp_信号扫频--------------------------GOOD3
数据要做 FFT 运算 ,因此 N 不宜过大 。设适合由普通
微机计算的最大采样点数为 Nmax ,则可得到
Δt = t2 - t1 = π( f h - f l) /β = Nmax/ fs
(3) 频率特性的计算 。
根据
H ( jω)
=
R (jω) E (jω)
, 将响应信号的频谱
R (jω)
与激励信号的频谱 E (jω) 相除 ,即可得到所测量网络
式符合得较好 。
4 扫频方法的改进
当所扫描的频带较宽 ,频带上限 f h 为下限 f l 的数 倍甚至数十倍时 ,若仅仅根据 f h 来设置采样频率 ,那 么在采集信号的低频部分时 ,会出现采集的数据点过 多的情况 。这对于 FFT 运算来说是所不希望的 ,因为
线性调频脉冲 (chirp) 信号扫频
时频率的范围是 [2πf l i , 2πf hi ] ,采集过程中对应的时
ω0 + 2βt1 = 2πfl
《测控技术》2003 年第 22 卷第 8 期
ω0 + 2βt2 = 2πf h
如果输出通道在时间范围 [ t1 , t2 ]内一共输出了 N 个点 ,那么 N 和输出通道的更新速率 f s′之间的关系 便为
Δt = t2 - t1 = π( f h - fl) /β = N/ f s′
分布为
W ( t ,ω) = 2π A 2δ(ω - βt - ω0)
可见 , s ( t) 是一个单频率信号 ,任一时刻的瞬时功率都 完全集中在瞬时频率 2βt + ω0 这点上 。因此如果任意 抽取一个时间片段[ t1 , t2 ]的 s ( t) 变换到频域 , 那么相 应的频谱能量便集中在 [2βt1 + ω0 ,2βt2 + ω0 ] ,且在该 频带范围内频谱的幅度相等 。
线性调频信号
线性调频信号线性调频信号（Linear Frequency Modulation Signal，LFM）是一种常用的单相（single-tone）通信信号，它的特点是频率发生变化，又称为线性扫频信号。
一、线性调频信号的特点：1. 频率发生变化：线性调频信号的特点是频率发生线性的变化，这种变化可以是瞬时频率的单调递增或单调递减；2. 由连续脉冲组成：线性调频信号是由连续脉冲组成，这些脉冲对应着不同频率；3. 可以传输信息：线性调频信号是一种有效的信号，它可以用来传输数字信号、声音信号和图像信号；4. 易于分析：线性调频信号是一种易于分析的信号，可以用常规的数学方法进行分析；5. 无衍射数据：线性调频信号不受衍射数据的影响，可以传输远距离，传输范围宽。
二、线性调频信号的用途：1. 卫星通信：线性调频信号是卫星通信中比较常用的信号，因为它可以确保在传输过程中数据的可靠性；2. 无线电高空数传控制：线性调频信号还被广泛应用于无线电高空数传控制中，例如，气象站、导弹等的控制；3. 遥控、车载导航：线性调频信号也可以用于遥控、车载导航系统，它可以有效地传输远距离的数据；4. 超声波连接AGV：线性调频信号也可以用于AGV（自动导航车辆）中的超声波连接，用于AGV控制车辆的运动；5. 广播信号：线性调频信号也可以用于广播，例如，电视和无线电节目的广播；6. 脉冲编码技术：线性调频信号也可以用于脉冲编码技术，用于数字信号的传输。
三、线性调频信号的优缺点：1. 优点：（1）由连续脉冲组成，可以容易地传输信息；（2）发射信号的特性比较稳定，不受干扰；（3）传输范围宽，信号可以传输到较远的距离；（4）信号可以进行精确地分析，易于识别和恢复；（5）由于信号为线性，易于模拟和数字化。
2. 缺点：（1）发射信号的特性容易受到可塑性电磁子的影响；（2）受到对象的大小和环境温度的影响，信号的变化会很快；（3）无线电信号受到巨型入侵的干扰。
线性调频脉冲信号课件
特征检测基于信号的某些特征，如频率、 相位、调制方式等，通过提取这些特征来 识别目标信号。
信号解调技术
信号解调技术概述
信号解调技术是将已调制的信 号还原为原始调制信号的过程
。
相干解调
相干解调需要使用原始调制信 号的相位和频率信息，通过与 本地载波相乘和低通滤波实现 信号解调。
非相干解调
非相干解调不依赖于原始调制 信号的相位和频率信息，通常 通过包络检波或同步检波实现 信号解调。
切比雪夫滤波器
切比雪夫滤波器在通带和阻带都有一定的波动，适用于对特定频率范 围有较大波动要求的场合。
椭圆滤波器
椭圆滤波器在通带和阻带都有较陡的过渡带，适用于对信号进行精确 控制和处理的情况。
04
CATALOGUE
线性调频脉冲信号的应用实例
雷达探测应用
雷达距离分辨率
线性调频脉冲信号具有较高的距 离分辨率，能够精确测量目标距
THANKS
感谢观看
结果二
观察并分析线性调频脉冲信 号的调制特性和动态范围， 了解信号的传播特性和干扰 抑制能力。
结果三
根据实验数据和观察结果， 分析线性调频脉冲信号在实 际应用中的优势和局限性， 提出改进措施和建议。
结果四
总结实验过程和结果，撰写 实验报告，将实验数据和分 析结果进行整理和归纳，以 便后续研究和应用。
05
CATALOGUE
线性调频脉冲信号的发展趋势 与展望
新型产生方式的研究
固态激光器
01
利用固态激光器产生线性调频脉冲信号，具有高效率、高稳定
性、长寿命等优点。
光子晶体光纤
02
利用光子晶体光纤产生线性调频脉冲信号，可以实现超宽带、
高功率、高重复频率等特性。
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
LPF ADC I
XI(n)
LPF ADC Q
XQ(n)
fs 2B fs 1.25B,1.5B
中频采样（带通）：
fs 4 f0 /(2n 1) ，n满足 fs 2B
2、时域实现
X I n cos kn2 d n
XQ n sin kn2 d n
H I n coskn2
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 I路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1 x 10-5
B/2
幅 度 (dB)
幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
0 -10 -20 -30 -40 -50 -60 -70 -80 -90
e
2
4
( Kt)
y( , ) sin ( K )T T sin ( K )T
( K )
( K )T
x( , ) 2
sin ( K )T
2
y( , ) 2
( K )
y( , 0) T sin B B
y(0, ) T sinT T
三、匹配滤波器的实现
随机初相的影响， 采用IQ正交处理！ u(t) 1、采样频率及中频采样 视频采样（低通）：
-1
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
时 域 脉 压 后 的 波 形 (未 加 权 )
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1
-5
x 10
5.7 线性调频脉冲信号的加权处理
u( f )
一、为何要加权处理？
二、频域上幅度加权
匹配滤波器
u*( f )
幅度加权网络
H(f )
W*( f )
T
剪切角： tg k B
T
二、切割
1、 0
sin[B (1 )]
( ,0) T
T
B
压缩比： D 2T T BT 21 1 BB
距离旁瓣：来因、影响
2、 0 (0, ) T sin(T ) T
3、 1 0
5.5 线性调频脉冲信号的性能
一、优点
1、距离分辨力提高We，速度分辨力相同Te
（优选）线性调频脉冲信号
5.1 线性调频脉冲信号（LFM）的产生
LFM信号实数表示为：
x(t)
rect[ t T
] c os (2f 0 t
k t 2
)
LFM信号复数表示为：
s(t) u(t)e2f0t u(t) e jkt2 e j2f0t
LFM信号复包络为：
u(t) e jkt2 ,uI (t) cos( kt2),uQ (t) sin( kt2)
LPF
中频本振
5.2 线性调频脉冲信号的频谱
LFM信号复包络为：u(t) rect[ t ]e jkt2 T
频谱：
u( f ) rect[ t ]e e dt jkt2 j2ft
T
1
rect[
f
j
]e k
f
2 j 4
kB
u( f ) 1 r.3 线性调频脉冲信号的波形参量
HQ n sinkn2
Dm YI2 m YQ2 m
3、频域实现
ROM
XI(n) FFT
XQ(n)
频谱 相乘
IFFT
4、时频域实现对比 ①时域（FIR滤波器）： fs 2B ，n 4 fsT 阶，瞬时出； ②频域（正反FFT）： fs 2B ， N Tr f s 点 ，延时出。
YI(m) YQ(m)
瞬时频率：
fi
1
2
d dt
(2f
0t
kt2 )
f0
kt
1
-5
x 10
LFM产生方法:
1、无源法：窄脉冲冲击法、平衡调制法、
2、有源法： ①波门选通法
高速
D/A
EPROM
②I&Q正交调制法
EPLD
③DDS法
控制信号
高速
D/A
EPROM
控制信号
DDS核
中频LFM信号
高速高稳定度时钟
中频输出
LPF I／Q 调制器
幅度 幅度
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 I路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
1
-5
x 10
1 0.8 0.6 0.4 0.2
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8
-1 -1
LFM信 号 的 Q路
-0.5
0
0.5
时 间 (s)
简化：
H(
f
)
1 K 2
1 K 4
j2 e
f B
j2
e
f B
结果：
Vw (t, 0) g1(t) g2 (t) g3 (t)
We B
(We '
3 2
1 T
3 2
B)
Te T
(Te' T )
2 0
(B) 2
3
(
2 0
'
2B) T
2 (T )2
3
( 2' (T )2 )
3
2BT
3
( 0)
5.4 线性调频脉冲信号的模糊函数
一、模糊函数
sin[ ( k )(T )]
( , )
(T )
( k )(T )
Vw(t,0)
W ( f ) ( f )e j2 ftdf
假设：
W( f )
( f ) ( f ) 2
H(f )
B
Vw (t, 0)
2 B
H
(
f
)e
j 2
ft df
2
目的：①等效为矩形谱，②加权网络本身特性。
VuW (t, 0)
通用表达式：
H( f
)
K
(1 K ) cosn
f
B
2、精度
3 ( B) 2E
N0
' (BT ) 6
'
3 (T ) 2E
N0
'
T (2B) 2E
N0
3、B和T独立选取
4、多普勒不敏感
二、缺点
1、组合值
A1
A
k
A
A1 k A A
0
1
2E [1 ( )2 ]
N0
0
1
2E [1 ( )2 ]
N0
0
解决方法：①正负斜率；②只测距/大斜率（K）；③V型调频。
2、斜刀刃上目标无法分辨
3、存在距离旁瓣 MSR=-13.2dB
旁瓣的坏处： ➢ 掩盖小目标（广义分辨） ➢ 减小了系统动态范围
5.6 线性调频脉冲信号的处理
一、近似匹配滤波器的实现
BT 30 时:
f
1 K
rect
f B
e
j
f 2 j 1 K4
匹配滤波器的频率特性:
H ( f ) ( f )e j2 ft0
1 K
rect
f B
e
j
f2 K
j 4
j 2
ft0
1 K
rect
f B
e
j
f2 K
td
1
2
d df
K
f
2
f K
二、近似匹配滤波器的输出
输入信号的复包络为 ：
(t )
rect
t T
e
j 2 (t 1 Kt2 ) 2
近似匹配滤波器输出为：
y t,
sin (
Kt )T
j 2 ( 1 Kt 2 ) j