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

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。