项目简介——多普勒雷达、线性调频雷达
1． 基于GPS 与GSM 的车辆智能防盗系统
利用GPS 模块对车辆进行实时定位，基于A VR 系列的 Atmega162单片机的信号处理系统对GPS 信息进行实时接收和解算，包括经纬信息和速度信号的提取和判断，一旦车辆状态符合被盗情况（即车辆主人未使用车辆的时候，车辆的位置或者速度有明显的变化），立即通过GSM 模块通知车主车辆处于被盗状态，车主可使用相关指令使车辆失去制动功能和车辆报警功能，防止车辆被盗。（Jupiter 31的GPS 模块和型号为G100的GSM 模块。）
2．手持式毫米波测速仪
多普勒体制的毫米波雷达是利用目标与雷达之间存在相对运动时电磁波的多普勒效应进行工作的。毫米波雷达输出的信号进入模拟电路之后经过混频、滤波以及放大之后输出多普勒频率信号。 TI 公司的TMS320F2812型号的DSP 内部自带AD 采样功能，故使用2812对多普勒信号进行采样保存数据，DSP 对采集的信号进行FIR 滤波之后进行FFT 变换得出多普勒频率，根据物体速度与多普勒频率的计算公式012
R d V f λ=进行速度与频率的换算。得出速度之后利用LCD1602进行显示，同时显示出测试过程中出现的最大值，并且在程序中设定一个阀值为报警速度，一旦速度大于这个值就进行报警（指示灯亮、蜂鸣器报警）。
3．穿墙生命探测仪
采用2.4G 多普勒体制雷达对有生命体的呼吸和心跳进行检测，由于单路检测的话会出现盲点效应（即一旦距离达到固定距离时，输出的基带信号不再与胸腔运动幅度成正比，灵敏度下降，出现盲点（null point ）），故后端的信号处理采用I/Q 通道接收机形式对信号进行解调。雷达输出信号经前端模拟电路处理后得到I/Q 两路信号，利用AD 采样芯片进行采样。若将数据直接进行AT 解调则会由于墙体的信号反射比生命体的信号要强的多，直流信号很大，导致解调错误。故先采用FIR 数字滤波器进行滤波，得到无直流信号。因为滤除的直流中有对准确AT 解调有用的直流分量，故先用圆心估计算法将有用直流复原。继而进行AT 解调得出多普勒信号，再对信号进行FFT 算法得出多普勒频率。为了直观显示检测的信号，将检测的频率直观的显示在LCD12864上。鉴于测序计算量加大，主控芯片采用TI 公司的浮点型DSP 芯片TMS320C6713。
4()sin[()]()()arctan arctan 4()()cos[()]4()()B Q I B x t A t B t t x t B t A t x t t πθλφπθλπθλ
??++?Φ ???== ? ??? ?++?Φ??
=++?Φ （为解决单通道接收机的盲点问题，采用I/Q 双通道接收机，传统解调方式采用单通道选择线性近似解调，即每次测试选择效果好的一路通道的输出作为分析对象，采用线性近似方法解调，这种解调方式存在两个问题：1.当两路信号都不在最佳解调点的时候，无论选择那一路通道，都存在一定程度的解调失真。2.线性近似方法解调导致呼吸信号与心跳信号之间的谐波和互调效应[57]。）
4. 毫米波主被动复合成像信号处理
主要是基于DSP+FPGA 的硬件平台对主被动采集的信号进行相关的信号处理，包括信号成像、图像去噪、图像复原等。对于主动成像最重要的是对差频信号进行FFT 处理形成一维距离像，然后将一维距离像按照一定拼接起来存放即可形成主动图像。主动成像的图像
去噪采用阈值去噪的方法，被动成像的图像采用中值滤波的方法。图像复原主要采用维纳滤波的复原方法。DSP 采样DM642的芯片，相关图像处理之后可以直接利用DM642的相关特性直接利用显示屏进行显示。
（主动图像包含差频信号及噪声的频域信息，因此可以在目标频域之外设定一个阈值，将阈值以外的高频分量置零，减小噪声造成的干扰，以此完成主动图像去噪。中值滤波可以有效抑制脉冲噪声，保护图像细节信息，其原理为首先确定以某像素为中心的邻域，将该像素邻域内的各个像素值进行排序，以排序后的中间值作为该像素的新值。）
（维纳滤波法的基本思路是：假定图像及噪声均为广义平稳随机信号，复原后图像f 与原始图像f 的均方差最小。其中一维的维纳滤波器的冲激函数h （n ）根据维纳-霍夫（Wiener-Hopf ）方程m i m R
i h m R i xx xs ?-=∑,)()()(）来确定，其中)(m R xs 是)(n s 与)(n x 的互相关函数，)(m R xx 是)(n x 的自相关函数，其中)()()(n v n s n x += ，错误！未找到引用源。表示信号，
)(n v 错误！未找到引用源。)表示噪声。不过二维一般互相关函数和自相关函数较难求出，所以常采用的是去h （x ，y ）为高斯型函数即可。具体算法：需要首先对h （x ，y ）和待处理图像分别做两维FFT 并将其相乘在做两维IFFT 即可获得复原图像。（两维IFFT 与两维FFT 处理流程相同，且使用相同的一维FFT 函数，由IFFT 公式可得，两维IFFT 在经过每一次一维FFT 处理后需要除以FFT 点数N ，这是与两维FFT 运算的不同之处））。
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
线性调频信号数字脉冲压缩技术分析_郑力文
2011年1月1日第34卷第1期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique Jan.2011V ol.34N o.1 线性调频信号数字脉冲压缩技术分析 郑力文,孙晓乐 (中国空空导弹研究院,河南洛阳 471009) 摘 要:在线性调频信号脉冲压缩原理的基础上,利用M atlab 对数字脉冲压缩算法进行仿真,得到了雷达目标回波信号经过脉冲压缩后的仿真结果。运用数字脉冲压缩处理中的中频采样技术与匹配滤波算法,对中频采样滤波器进行了优化,降低了实现复杂度,减少了运算量与存储量。最后总结了匹配滤波的时域与频域实现方法,得出在频域实现数字脉冲压缩方便,运算量小,更适合线性调频信号。 关键词:线性调频信号;脉冲压缩;中频采样;匹配滤波 中图分类号:T N911-34 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)01-0039-04 Digital Pulse C ompression Technology of Linear Frequency Modulation Signal ZH ENG L-i w en,SU N X iao -le (Chi na Airborne Missi le Academy,L uo yang 471009,China) Abstract :Based o n the pr inciple of pulse com pr essio n techno lo gy o f linear fr equency mo dulat ion signal,the simulatio n r e -sult of radar echo sig nal co mpressed by the pulse can be ga ined by using M atlab to simulate the dig ital pulse com pr essio n algo -r ithm.Co mbining the techno log y o f IF sampling with the matching filt er alg or ithm in the digit al pulse compression processing and optimazing the I F sampling filter,which can remarkably reduce the complex ity and decr ease t he mult iplier operation and the memo ry.Finally ,the implementation methods of matching filter algo rithm in time domain and fr equency doma in are summar ized,the dig ital pulse compression can be im plemented on frequency do main. Keywords :linear frequency modulatio n signal;pulse com pr essio n;IF sampling ;matching f ilter 收稿日期:2010-07-22 为了提高雷达系统的发现能力,以及测量精度和分 辨能力,要求雷达信号具有大的时宽带宽积[1-2]。但是,在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下,大的信号能量只能通过加大信号的时宽来得到。然而单载频脉冲信号的时宽和带宽乘积接近1,故大的时宽和带宽不可兼得。因此,对这种信号来说,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。在匹配滤波器理论的指导下,提出了线性调频脉冲压缩的概念,即在宽脉冲内附加线性调频,以扩展信号的频带,提供了一类信号,其时宽带宽乘积大于1,称之为脉冲压缩信号或大时宽带宽积信号。线性调频信号是应用最广泛的脉冲压缩信号,因此线性调频信号的特性、脉冲压缩的原理及其实现技术都是比较受人关注的[3-5]。 1 线性调频信号脉冲压缩基本原理1.1 线性调频信号简介 线性调频信号是通过非线性相位调制或线性频率调制(LFM )来获得大的时宽带宽积[6-7],这种信号又称 为chirp 信号,它是研究得最早而且应用最广泛的一种脉冲压缩信号。线性调频信号的时域波形如图1所示, 其频谱如图2所示。 线性调频信号可以表示为: x (t)=A #r ect t S #exp j 2P f 0t +L t 2 2 (1) 式中:A 为信号幅度;rect (t/S )为矩形函数,即: rect (t/S )= 1, t/S \1/20, t/S <1/2 (2) 线性调频信号的瞬时角频率X i 为: X i =d U d t =2P f 0+L t (3) 图1 线性调频信号的时域波形 在脉冲宽度S 内,信号的角频率由2P f 0-L S /2变
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)
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
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
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
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：钱振宇 学号： 0904210144
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 lfm t t u t Arect S e e ππτ??+ ?????== ??? ()211,210,2 j 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()2LFM f f f rect u B S -??= ???幅频特性： 2 0()()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=8000 t=linspace(-T/2,T/2,N); %对时间进行设定 St=exp(j*pi*K*t.^2) %产生chirp signal
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 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 C 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)
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
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
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
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 信号)的数学表达式为： 式中c f 为载波频率，()t rect T 为矩形信号， 上式中的up-chirp 信号可写为： 当TB>1时，LFM 信号特征表达式如下： 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)(t S 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'); title('线性调频信号的幅频特性');
【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
连续波雷达方案
全固态连续波导航雷达 性能与指标论证一、体制 调频连续波（FMCW）。 二、系统组成 系统组成见下图。 图1.系统组成框图 三、技术指标 1、频率 X波段，9.3GHz~9.4GHz
2、峰值功率 100mW 3、扫频带宽 小于等于75MHz 4、扫频重复频率 200Hz 5、扫频时宽 1.2ms 6、接收机噪声系数 小于等于6dB 7、天线转速 24rpm,+/-10％ 8、收/发天线水平波束宽度 5.2o+/-10％(-3dB宽度) 9、收/发天线垂直波束宽度 25o+/-20％(-3dB宽度)
10、收/发天线旁瓣电平 小于等于-18dB(正负10o内) 小于等于-24dB(正负10o外) 11、极化方式 水平极化 12、通信协议 高速以太网或串口 四、性能指标 1、探测距离 典型目标探测距离见下表。 表1.探测距离表
2、量程 50m~24nm, 17档可调 3、功耗 工作：19W @13.8Vdc 待机：2W @13.8Vdc~150ma 4、电源 9V~31.2V直流 5、使用环境 工作温度：-25o~+55 o 相对湿度：+35o，95％RH
防水：IPX6 相对风速：51m/s(最大100节) 五、 组成原理 1、收发系统组成 图2.收发系统原理框图 2、信号处理系统组成 图3.信号处理原理框图 六、 关键指标分析论证 1、A/D 采样率与采样位数 雷达最大量程24nm ，回波最大延迟： max 8 2241852 296.32310 d t s μ??==?
最大差拍频率： max max 75 296.3218.521200 b d m F f t MHz T ?= =?= 应选择A/D 采样频率f s ≥2f bmax ， 实际可选： f s =40MHz 。 采样位数选16位，对应动态范围96dB 。 2、距离分辨率 （1）、理论分辨率 发射波形扫频带宽ΔF=75MHz ，理想距离分辨率为： 8 06 3102227510 C R m F ??===??? 对自差式FMCW 雷达，当目标回波延时t d ，有效带宽降为： (1)d m t F F T '?=?- 式中T m 为调制时宽。实际目标距离分辨率为： 2(1) d m C R t F T ?= ?- 从上式可以看出，FMCW 雷达在不同的探测距离上有不同的距离分辨率。距离越远，分辨率越差。取T m =1.2ms,最小和最大量程的距离分辨率为： 量程=50m, 距离分辨率ΔR ≤2m 量程=24nm, 距离分辨率ΔR ≤2.66m 以上给出的是距离分辨率的理论计算值，实际距离分辨率还与信