使用拉伸加工范围估计

介绍

线性调频波形在现代雷达系统是一个受欢迎的选择,因为它可以实现高距离分辨率席卷一个宽的带宽。然而,当带宽的数百兆赫,甚至千兆赫,很难执行匹配滤波或脉冲压缩在数字域,因为很难找到高质量的A / D转换器在这样的数据率。

拉伸处理,有时也被称为deramp,是一种技术,可以在这种情况下使用。在模拟域执行拉伸处理。

接收到的信号是发射脉冲的第一混合了副本。注意,副本匹配的参考范围。一旦混合,产生的信号包含一个频率分量对应于偏移测量范围从这个参考范围。因此,准确的范围可以通过执行谱估计分析信号在混频器的输出。

此外,而不是处理整个脉冲所覆盖的范围跨度,处理集中在一个小窗口在一个预定义的参考范围。由于有限的范围,延伸处理器的输出数据可以在一个较低的采样率,放松的a / D转换器的带宽要求

以下小节将展示范围估计使用拉伸处理的一个例子。

仿真设置

在这个示例使用一个线性调频雷达系统波形3兆赫带宽。波形可以用来实现一个50米的距离分辨率和最大明确8公里的范围。采样率设置为6 MHz,即。,是彻底的带宽的两倍。关于雷达系统的更多信息,请参阅波形设计改善现有系统的性能范围。

三个目标是位于2000.66,6532.63,和6845.04米的雷达。十个脉冲模拟接收机。这些脉冲包含目标的回声。

[rx_pulses,波形]= helperStretchSimulate;fs = waveform.SampleRate;

一次接收的脉冲频率图如下所示。相干脉冲集成是做过的情节来提高信噪比(信噪比)。在图中,返回的第一个目标清晰可见14到21女士而从第二个和第三个返回目标则要弱的多,出现后45女士。

helperStretchSignalSpectrogram (pulsint (rx_pulses,“连贯”)、fs、…8、4接收信号的);

拉伸处理

进行拉伸处理,首先确定参考范围。在这个例子中,目标是搜索目标约6700雷达,在500米的窗口。一段处理器可以使用波形,形成所需的参考范围和时间范围。

refrng = 6700;rngspan = 500;prop_speed = physconst (“光速”);stretchproc = getStretchProcessor(波形,refrng、rngspan prop_speed)

stretchproc =分阶段。StretchProcessor属性:SampleRate: 5.9958 e + 06脉冲宽度:6.6713 e-06 PRFSource:“财产”脉冲重复频率:1.8737 e + 04 SweepSlope: 4.4938 e + 11 SweepInterval: "正面" PropagationSpeed: 299792458 ReferenceRange: 6700 RangeSpan: 500

接下来,通过拉伸处理器将接收到的脉冲。

y_stretch = stretchproc (rx_pulses);

现在,连贯地集成脉冲提高信噪比。

y = pulsint (y_stretch,“连贯”);

拉伸处理后信号的光谱图如下所示。注意,第二个和第三个目标回声不再出现斜坡的阴谋。相反,它们的时频特征出现在恒定频率,在0.5和-0.5 MHz。因此,信号deramped。此外,没有返回现在的第一目标。事实上,任何感兴趣的信号范围外,已经被删除了。这是因为拉伸处理器只允许范围内的目标返回窗口。这个过程通常被称为范围控制在一个真正的系统。

helperStretchSignalSpectrogram (y, fs, 16日12日“Deramped信号”);

区间估计

估计目标范围,情节的光谱信号。

周期图(stretchproc.SampleRate y,[], 2048年,“中心”);

从图中,很明显,有两个主要频率成分deramped信号,对应两个目标。这些山峰的频率可以用来确定这些目标的真实值范围。

[p f] =周期图(stretchproc.SampleRate y,[], 2048年,“中心”);[~,rngidx] = findpeaks (pow2db (p / max (p)),“MinPeakHeight”5);rngfreq = f (rngidx);re = stretchfreq2rng (rngfreq,…stretchproc.SweepSlope、stretchproc.ReferenceRange prop_speed)

re =2×1103×6.8514 - 6.5174

估计的范围是6518和6852米,匹配的真实范围6533和6845米。

减少了采样率

如引言部分中所述,拉伸处理的一个有吸引力的特性是,它减少了带宽要求连续处理阶段。在这个例子中,感兴趣的范围跨度是500米。所需的带宽可以计算为连续处理阶段

rngspan_bw =…2 * rngspan / prop_speed * waveform.SweepBandwidth / waveform.PulseWidth

rngspan_bw = 1.4990 e + 06

后与原系统相同的设计规则,在带宽作为采样频率的两倍,新要求采样频率

fs_required = 2 * rngspan_bw

fs_required = 2.9979 e + 06

dec_factor =圆(fs / fs_required)

dec_factor = 2

由此产生的杀害多人者因素是2。这意味着在模拟域执行拉伸处理后,可以在只有一半的采样信号采样频率的情况相比,拉伸处理没有使用。因此,A / D转换器的需求已有所放松。

在仿真验证这个好处,下一节将展示相同的范围可以估计的信号摧毁后拉伸加工。

%设计大量毁灭过滤器杀害多人者=设计(fdesign.decimator (dec_factor低通滤波器的,…“N, F3dB”10 1 / dec_factor)“SystemObject”,真正的);%毁掉y_stretch =杀害多人者(y_stretch);

这一次,功率谱密度策划反对范围。

y = pulsint (y_stretch,“连贯”);[p f] =周期图(fs_required y,[], 2048年,“中心”);rng_bin = stretchfreq2rng (f,…stretchproc.SweepSlope、stretchproc.ReferenceRange prop_speed);情节(rng_bin pow2db (p));包含(的范围(m));ylabel (“功率/频率(dB / Hz)”);网格在;标题(的周期图估计功率谱密度);

[~,rngidx] = findpeaks (pow2db (p / max (p)),“MinPeakHeight”5);re = rng_bin (rngidx)

re =2×1103×6.8504 - 6.5232

真正的范围值是6533和6845米。没有大批杀害,估计是6518和6852米范围。随着大批杀害,估计是6523和6851米范围。因此,估计收益率相同的结果范围大约只有一半的计算相比nondecimated情况。

总结

这个例子展示了如何使用拉伸处理来估计目标区间线性调频波形时使用。它还表明,拉伸处理降低了带宽需求。

参考

[1]马克•理查兹雷达信号处理的基础麦格劳-希尔,2005年。