第5章线性调频脉冲信号(研)
(优选)线性调频脉冲信号.
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
《微波光子雷达中线性调频信号产生技术研究》范文
《微波光子雷达中线性调频信号产生技术研究》篇一一、引言随着现代雷达技术的发展，微波光子雷达系统因具有高精度、高分辨率以及良好的抗干扰能力而备受关注。
在微波光子雷达系统中，线性调频（Linear Frequency Modulation，LFM）信号因其良好的距离分辨力和速度分辨力被广泛使用。
因此，对微波光子雷达中线性调频信号产生技术的研究显得尤为重要。
本文将探讨微波光子雷达中线性调频信号产生技术的研究现状及发展趋势。
二、线性调频信号基本原理线性调频信号是一种时域连续的信号，其频率随时间线性变化。
这种信号具有较高的距离分辨率和速度分辨率，被广泛应用于雷达、声纳等系统中。
在微波光子雷达系统中，线性调频信号的生成主要通过电子方式或光子方式实现。
电子方式主要依赖于射频技术，而光子方式则利用光子技术进行信号调制和传输。
三、微波光子雷达中线性调频信号产生技术微波光子雷达中线性调频信号的产生主要依赖于光子技术。
目前，常用的技术包括基于光纤技术的微波光子发生器、基于光子晶体调制器的线性调频信号生成器等。
这些技术具有高带宽、低噪声、高稳定性等优点，能够满足微波光子雷达对线性调频信号的要求。
（一）基于光纤技术的微波光子发生器基于光纤技术的微波光子发生器利用光纤的传输特性，通过调制激光器输出的光信号，实现线性调频信号的生成。
该技术具有高带宽、低损耗、抗干扰能力强等优点，在微波光子雷达系统中得到广泛应用。
（二）基于光子晶体调制器的线性调频信号生成器基于光子晶体调制器的线性调频信号生成器利用光子晶体调制器的非线性效应，通过调制激光器输出的光波的振幅、相位和频率等参数，实现线性调频信号的生成。
该技术具有高稳定性、低噪声等优点，可提高微波光子雷达系统的性能。
四、研究现状及发展趋势目前，国内外学者在微波光子雷达中线性调频信号产生技术方面取得了重要进展。
然而，仍存在一些挑战和问题需要解决。
例如，如何进一步提高线性调频信号的信噪比、如何实现高精度的时间同步等。
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 。
第5章线性调频脉冲信号(研)
Q1 ( n )
低通滤波器
Q (n )
2、时域处理
hI (n )
＋ － ＋ ＋
y I (n )
*
s(n )
s ( N 1)
*
Ts
s ( N 2)
*
Ts
s ( N 3)
…
s (1)
*
Ts
s (0 )
*
sI (n )
hQ ( n )
yQ (n )
sQ ( n )
hI (n ) hQ ( n )
结论：①三个辛格函数组成， ②幅度K定，时移B定， ③K决定加权函数、性能， ④B带宽。
LFM信 号 的 I路 1 0.8 0.6 0.4 0.2 1 0.8 0.6 0.4 0.2
LFM信 号 的 Q路
幅度
0 -0.2 -0.4 -0.6 -0.8 -1
幅度
-1 -0.5 0 时 间 (s) 0.5 1 x 10
2
y ( , 0 ) T
BT 10
sin B
B
y (0, ) T
sin T
T
10 8
6 4
2
0
2
4
6
8
10
三、匹配滤波器的实现
采用IQ正交相参处理消除随机初相的影响。
LPF u(t) LPF Q
ADC XQ(n) ADC XI(n)
I
1、采样频率及中频采样 视频采样（低通）：f s 1 . 25 B ,1 . 5 B 中频采样（带通）： f s 2 B ，n满足 f s 4 f 0 /( 2 n
We B Te T (W e
' '
线性调频脉冲压缩信号副瓣抑制方法的研究
）Ｒ （ ） ］ ｎ
ｌ
幅度 函数 为 ： ｗ（来自 ＿ ｗＲｗ ＋． ［ （一 ｗ ５ （ ）０ ３ＷＲｗ ４ ２
）ｗｎｗ ＋ （
） ］
主瓣 宽 度 为 ４ ２ ／＝ ＇Ｎ， 渡带 宽 Ｖ ＝ ． ２ ／ ｘ ￣Ｎ ８ｒ 过 ｒ ／ ｗ ３３ ｗＮ。 ｘ
丽 一 丽
图 １ 加 权 原 理 图
广泛应 用。 关 键 词 ：线 性 调 频
方 法
２ ５２ ） １６ ６
法 称 为 频 域 加 权 ：通 过 控 制 波 形 包 络 形 状 来 获 得 多普 勒 响应 形 状 的方 法 称 为 时 域 加 权 。 论 是 时 域 加权 还是 频域 加 权 ， 无 都 是 为 了 降低 在 另 外 一 个 域 的 副瓣 。 要 指 出 的 是 ： 权 处 理 实 需 加 质 上 是 一 种 失 配 处 理 ，他 是 以 主瓣 加 宽 和信 噪 比 降低 为代 价 的 。本 文 采 用 了时 域 加 权 。原 理 图 如 图４ 示 。下 表 为 特 定 条 所 件 下 的 主要 性 能 指 标 。 些 常 用 的加 权 函数 及 其 主 要 性 能 指 标 如 下表 所 示 。
２１ 第４ 试 周 ０年 ６ １ 期考 刊
线 性 调 频 脉 冲 压 缩 信 号 副 瓣 抑 制 方 法 的 研 究
季敏 立
（ 江苏 广 播 电视 大 学 张 家港 学 院 ， 苏 张 家 港 江 摘 要 ： 冲 压 缩 技 术在 现 在 雷达 系统 中 具 有 越 来 越 重 脉 要 的 应 用 ．而 抑 制 副瓣 是 脉 冲 压 缩技 术 中 的 一 个 重 要 课 题 。 本 文 研 究 了 线性 调 频 信 号脉 冲 压 缩 的 副 瓣 抑 制 问题 。由 于在 压 缩 过 程 中 ． 在 窄 脉 冲 两侧 不 可 避 免 地 产 生 以 辛 格 函数 为 会 包络 的 副 瓣 ． 瓣 的 存 在 会 大 大 降低 多 目标 分 辨 能 力 ， 采 副 故 用 了 副 瓣 抑 制 的 加 权 处 理 方 法 即 通 过 海 明加 权 ， 副 瓣 明 显 使 的得 到 抑 制 ． 善 了滤 波 器 的 性 能 ， 以 在 现 代 雷 达 中得 到 改 所
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。
线性调频信号的脉冲压缩处理性能研究
线性调频信号的脉冲压缩处理性能研究朱若菡，任腊梅，李增元(陕西黄河集团有限公司设计所，陕西西安 710043)摘要：线性调频信号以其优良的性能成为现代雷达中普遍使用的脉冲压缩波形，本文通过理论分析和仿真实验，对线性调频信号的脉冲压缩性能进行了研究，给 出了影响处理性能的关键因素。
关键词：线性调频信号；脉冲压缩；主副比；主瓣宽度1引言对于现代战争的雷达，如何从复杂的杂波和噪声背景中提取信号目标的信息成为现代雷 达研究的一个重要部分，雷达信号处理的关键在于设法提高回波信号的功率信噪比。
在普通 脉冲雷达中，雷达的时宽带宽积为一常量，不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。
脉冲 压缩（PC )雷达体制，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，而在接 收时则采用相应的脉冲压缩法获得窄脉冲，以提高距离分辨力，因而能较好地解决作用距离和 分辨力之间的矛盾。
现代雷达通常可以采用发射大时宽带宽的信号进行脉冲压缩的方法来提 髙信噪比，脉冲压缩是对信号进行信噪比放大的重要手段。
线性调频脉冲信号具有近似矩形 的频谱特性、平方律的相频特性和可以选择的”时宽带宽乘积"，通过压缩可提供良好的距离分 辨力和径向速度分辨力，因而成为目前雷达信号采用的主要波形。
本文通过对线性调频信号 脉冲压缩处理过程的理论分析和仿真实验，研究其对系统的影响。
2线性调频信号的脉压原理2.1线性调频信号一个线性调频信号可表示为如下公式（1)所示：i .(f ) = A .咐(十).exp 丨j (2丌/〇Z + 亨■)公式⑴中：A 为信号幅度;"为调频斜率加[f ]为矩形函数:>12. 2 主副瓣比(1)(2)线性调频信号经过压缩滤波器后输出脉冲具有Sine 包络，有较大的时间旁瓣，其中第一 旁瓣高度为一 13. 6dB ，其他旁瓣按固定零点间隔高度有所衰减。
这样在多目标情况下，旁瓣会覆盖主瓣附近较小目标的回波信号，造成目标丢失或者不可检测。
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优点：解决矛盾，增强了抗干扰能力，增强了发现目标能力 缺点：最小作用距离增加，产生/处理复杂易失真，出现旁
瓣，存在距离和速度测量模糊
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)
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)
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、
sin ( K )T
2
y( , ) 2
( K )
y( , 0) T sin B
BT 10
B
y(0, ) T sinT T
10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10
三、匹配滤波器的实现
采用IQ正交相参处理消除随机初相的影响。
LPF ADC I
XI(n)
u(t)
LPF
ADC
XQ(n)
2、斜刀刃上目标无法分辨
B
A
C
CA
T
T
B
3、存在距离旁瓣
VA VB
VC VA VB
MSR=-13.2dB 旁瓣的坏处：
VC 0
C A B
➢ 掩盖小目标（广义分辨）
BT 10
➢ 出现虚假目标，
减小了系统动态范围
10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10
B归一化为1
BT 50
5.6 线性调频脉冲信号的处理
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
e
2
4
( Kt)
y( , ) sin ( K )T T sin ( K )T
( K )
( K )T
x( , ) 2
1.0 0.2
B
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 K 0
压缩比10:1
T
T
2、精度
3 ( B) 2E
N0
' (BT ) 6
'
3 (T ) 2E
N0
不压缩
'
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
( ,0) T
T
B
10 8 6 4 2 0 2 4 6 8 10
B归一化为1
BT 50
20 15 10 5 0 5 10 15 20
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
0.4 B
Q
1、采样频率及中频采样
视频采样（低通）：fs 1.25B,1.5B
uI t cos kt2 dt uQ t sin kt2 dt
中频采样（带通）：
fs 2B ，n满足 fs 4 f0 /(2n 1)
I1(n)
低通滤波器
I (n)
s (t )
A/D
s(n)
采样 （fs）
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
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：
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 )
T
K 0
,
T
T
T
T
剪切角： tg k B
BT 10
T
二、切割
1、 0
sin[B (1 )]
A
A( A,A )
A
A1 A
A( A , A )
A
A1
A1
A
k
A
A1 k A A
K 0
0
1
2E [1 ( )2 ]
N0
0
1
2E [1 ( )2 ]
N0
0
A2
( A,A )
K 0
0 A
A1
0
A1
A
( A,A)
A
A1
解决方法：正负斜率、只测距/大斜率（K）、V型调频。
5 线性调频脉冲信号
一、现代雷达对波形的要求
➢ 测距精度和距离分辨力要求大带宽B，以保证大的 0、We ➢ 测速精度和速度分辨力要求大时宽T，以保证大的 、Te ➢ 为了提高作用距离，必须具有大时宽T
二、如何获得大时宽带宽信号
时/频域对信号进行相位或幅度调制（即增加均方根带/时 宽），线性相位不行，只能移动时间或频率，只用平方、 立方等相位才行。
u( f ) rect[ t ]e e dt jkt2 j2ft
T
1
rect[
f
j
]e k
f
2 j 4
kB
u( f ) 1 rect[ f ] kB
2
4
5.3 线性调频脉冲信号的波形参量
We B
(We '
3 2
1 T
3 2
B)
Te T
(Te' T )
2 0
ห้องสมุดไป่ตู้
(B) 2
3
(
2 0
'
2B) T
cos( 2f1nt ) sin(2f1nt)
Q1 (n)
低通滤波器
Q(n)
2、时域处理
sI (n) sQ (n)
hI (n) hQ (n) hI (n)
＋ －＋
＋
hQ (n)
yI (n)
yQ (n)
s(n )
s*(N 1)
Ts
s*(N 2)
X I n cos kn2 d n
XQ n sin kn2 d n Xi
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