基于MATLAB的线性调频信号的仿真

I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I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IIAbstract：Linearfrequencymodulationsignalisabigwidebandwidthsignalwhichisstudiedandwidelyused.Thephaseofthelinearfrequencymodulationsignalspectrawithsquarelawcharacteristics,inpulsecompressionprocesscanacquirelargercompression,itsbiggestadvantageistheuseofthematchedfilteroftheechosignaldopplerfrequencyisnotsensitive,namelycanuseamatchedfilterprocessingwithdifferentdopplerfrequencyshiftoftheechosignal,thesewillgreatlysimplifiedradarsignalprocessingsystem,andlinearfrequencymodulationsignalhasagoodrangeresolutionandradialvelocityresolution.Solinearfrequencymodulationsignalisthemodernhighperformanceradarsystemoftenusedinoneofthesignalwaveform,andcomparedwithotherpulsepressuresignal,itiseasytousedigitaltechnologiestoproduce,andthetechnologyofthemoremature,soinengineeringcanbewidelyapplied.Keywords：MATLAB,LFM,Pulsecompression,SystemsimulationIII目录内容摘要...............................................................................................I关键词...................................................................................................IAbstract.................................................................................................IIKeywords..............................................................................................II1绪论...................................................................................................11.1引言.................................................................................................11.2课题研究背景及意义.....................................................................11.3本文主要工作.................................................................................22线性调频基本理论...........................................................................32.1线性调频原理简介.........................................................................32.2线性调频信号特点.........................................................................33MATLAB简介...................................................................................53.1MATLAB的起源............................................................................53.2MATLAB的应用领域....................................................................53.3MATLAB的仿真方法....................................................................64线性调频脉冲压缩原理及实现.....................................................104.1线性调频信号的数字脉冲压缩原理...........................................104.1.1匹配滤波器原理........................................................................104.1.2LFM信号的脉冲压缩...............................................................114.1.3线性调频信号和噪声的生成....................................................124.2线性调频信号的脉冲压缩过程...................................................135仿真结果分析.................................................................................146小结.................................................................................................18参考文献.............................................................................................20致谢...................................................................................................21附录MATLAB程序代码..................................................................2211绪论1.1引言在非平稳信号的研究过程中，有一种特殊的非平稳信号：chirp信号，又称线性调频（LinerFrequencyModulation，LFM）信号，研究价值较高。这是因为：（1）chirp信号在时频平面中呈现直线型，因而常常作为衡量一种时频分析方法是否有效的手段；（2）作为大的时间——频带积的扩频信号，它广泛地出现在通信、雷达、声呐和地震勘探等系统；在扩频通信中，线性调频信号提供了一种具有高度抗干扰能力的调频方案；（3）在生物医学信号分析方面，chirp信号用于CT信号的时频分析；（4）用于故障诊断的振动信号中也存在着大量的chirp信号成分[1]。LFM信号具有抛物线式的非线性相位谱，能够获得较大的时宽带宽积，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，所用的匹配滤波器对回波信号的多卜勒频移不敏感，因而可以用一个匹配滤波器处理具有不同多卜勒频移的回波信号。这将大大简化信号处理系统，因此它在工程中得到了广泛的应用。采用这种信号的雷达可以同时获得远的作用距离和高的距离分辨率。数字化的脉冲压缩系统具有性能稳定、受干扰小、工作方式灵活多样等优点，是现代脉压系统的发展趋势。1.2课题研究背景及意义宽带线性调频信号源广泛应用于电子测量、交通导航、移动通信、汽车防撞、线性调频雷达、合成孔径雷达、压缩接收机、雷达模拟器、电子战等领域。随着现代军事、国防及无线通信事业的发展、上述电子系统对高频宽带线性调频信号源的调频线性度、频率转换速度、功耗和体积等方面提出了更高的要求。信号源已经成为现代电子系统中2的“心脏”部件，一个电子系统的质量高低与这个系统中采用的信号源有很大的关系，在电子对抗系统中快速的频率捷变使敌方无法侦察和实施跟踪和瞄准；在移动通信系统中，确切要求信号源必须迅速更换频率，快速的频率转换可以保证语音通信质量，充分利用频率资源和提高系统的带宽；在导航系统中，高质量的信号源会给系统带来良好的性价比。1.3本文主要工作本文首先介绍线性调频原理，接下来通过理论推导出线性调频信号的信号形式，从线性调频信号的时域和频域两方面初步了解其特点，然后对匹配滤波器的基本原理作了详细介绍，在此基础上介绍了线性调频信号的脉冲压缩过程及实现，最后在假设参数条件下，利用MATIAB进行脉压结果的仿真，从仿真结果中验证结果是否与理论分析相一致，从而验证仿真的可行性，为下一步更好地利用和改进线性调频信号提供理论基础。32线性调频基本理论2.1线性调频原理简介线性调频(Chirp)是指频率随时间而线性改变(增加或减少)的信号。由于这种信号听起来类似鸟鸣的啾声，也可称为啾声信号、啁啾信号。其表达式为：()ftfkt(2.1)其中f表示时间等于零时的频率，k表示频率改变的速率，当0k时，频率递增，0k则递减。而该信号的时域表达式为：0''201()sin(2())sin(2()2txtftdtftkt(2.2)其瞬时频率波形如图1所示：图1k0时瞬时频率2.2线性调频信号特点LFM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(也称Chirp信号)的数学表达式为：422()2()()kjfctttstrecteT（2.3）式中cf为载波频率，()trectT为矩形信号，1,0,()tTelsewisetrectT（2.4）BKT，是调频斜率。于是，信号的瞬时频率为()22cTTfKtt，如图2所示，图2典型的LFM信号（a）up-chirp(K0)（b）down-chirp(K0)将（2.5）