比较不同模糊函数波调制方案

介绍

雷达系统使用匹配筛选器在接收器链来提高信噪比(信噪比)。过滤器是时间反演和共轭匹配版本的传输信号。的模糊度函数匹配滤波器的输出为一个给定的输入波形。模糊度函数用于看到波形的分辨率和歧义多普勒和域范围。理想的模糊度函数是一个二维狄拉克δ函数,类似于一个图钉的形状,没有歧义。然而,这个函数是无法实现,因为它需要无限的时间和波形带宽。带宽是上部和下部之间的差异波形的频率。不同波形的模糊函数洞察他们的优点和缺点。

下面的例子使用了雷达系统的要求和特点使用模糊度函数波形分析例子,接近光速是3 e8 m / s。所需的系统有一个最大的明确范围的15公里和1.5公里的距离分辨率。

矩形波形

描述

最基本的波形是矩形波形的振幅在两个值之间变换,类似于一个方波。默认的波形脉冲波形分析仪是一个矩形波形。

创建一个与这些参数波形:

使用至少两倍的采样率最高频率分量的波形,在这种情况下这是带宽。在一个矩形波形,带宽是脉冲宽度的倒数。由于带宽是100 kHz,采样率为200千赫。

范围和分辨率

的特征选项卡显示的属性一个雷达系统,使用一个给定的矩形波形。观察脉冲重复频率之间的关系(脉冲)和其他特点,增加和减少脉冲重复频率值。

的特征选项卡显示脉冲重复频率成反比的最大明确的范围,因为最大的明确的范围是由脉冲之间的时间。脉冲重复频率和最大之间的关系明确的范围适用于所有的脉冲波形,随着脉冲传播,越远的信号可以传播和返回之前下一个脉冲发射。

超越简单的测量范围,雷达系统利用多普勒效应测量速度。更大的多普勒频移是原始信号相比,目标运动越快。因此,多普勒频移和速度成正比,往往交替使用。的特征选项卡显示多普勒分辨率和最大的多普勒频移,这对应于最大速度分辨率和可检测速度,分别。这些波形也证明了多普勒的困境,一个小脉冲给更大的最大明确的范围,但是最大的多普勒频差而较大的脉冲重复频率给更好的最大多普勒,但是更糟糕的是最大明确的范围。

的特征选项卡显示较小的脉冲宽度给更好的距离分辨率和较小的最小范围。权衡的一个较小的脉冲宽度是它需要一个更高的峰值功率为返回的回声可靠地检测到。

原始波形的最大射程15公里和1.5公里的距离分辨率,但其多普勒分辨率10 kHz。假设1 GHz的雷达操作,多普勒分辨率雷达系统不能单独的目标决定了速度差小于30公里/秒,这是太大,实际对于许多实际的雷达系统。为了进一步形象化和多普勒域范围,查看不同的歧义的阴谋。

多普勒切图(0赫兹显示了自相关函数(ACF)的波形,这对应于一个固定目标的匹配滤波器的响应。第一个空响应波形是一样的各自的脉冲宽度。获取距离分辨率,脉冲宽度乘以光速/ 2占往返。对于示例波形,决议范围是1.5公里,3公里和4.5公里。金宝搏官方网站

零延迟切图显示大缺口,直到第一个零响应的波形。看10µs脉冲宽度波形,第一个空是在0.1 MHz,这意味着100 kHz的多普勒频移或30公里/秒。换句话说,两个目标必须有不同的速度超过30 km / s通过多普勒反应分离,这在大多数雷达的情况下是不现实的。

等高线图显示的非零响应模糊度函数。因为工作周期,或脉宽的脉冲周期的比值,是10%,非零响应只占大约10%的延迟。表面模糊度函数显示了响应延迟和多普勒的关系,它只是另一种可视化三维等高线图。

脉冲宽度和脉冲重复频率的变化展示如何改善最大模糊范围和距离分辨率,但多普勒分辨率仍然贫穷。解决方案是使用一个较小的脉冲宽度较大的脉冲重复频率,但变化大大降低最高功率和信噪比,使它更加难以检测的对象。带宽和脉冲长度的乘积称为时间带宽积,由于带宽和一个矩形波长的脉冲长度成反比,这个波形时间带宽积不能超过1。由于这些权衡,矩形波形很少用于实际的雷达系统。

线性调频

描述

线性调频(FM)波形的相位调制波形的频率或者增加或减少线性脉冲的持续时间。线性调频雷达系统波形是一个受欢迎的选择,因为与矩形波形不同,脉冲宽度和脉冲的能量解耦是由于频率的变化。这种分离使得时间带宽积超过1,允许提高目标探测能力。的脉冲波形分析仪应用这些波形的功能模型。在线性调频波形的更多信息,观点线性调频脉冲波形

创建一个与这些参数波形:

点击光谱选项卡来查看峰值功率。

范围和分辨率

由于波形,功率增加。然而,距离分辨率、多普勒分辨率,和最明确的范围是一样的矩形波形的频率调制的影响。的特征选项卡显示的最小范围大大增加,这意味着系统不能发现任何对象小于7.5公里。提高多普勒分辨率和降低最低范围,使用大量的脉冲。

通过使用一个连贯的脉冲序列和多普勒处理,多普勒分辨率提高脉冲的数量比例补充道。的特征选项卡显示,距离分辨率、最大多普勒、和最明确的范围仍然保持不变,但多普勒分辨率得到了极大改善。添加更多的脉冲,旁瓣的权衡是现在,可以看到的匹配滤波器的响应选项卡。减少这些旁瓣的方法之一是应用窗口。

新闻Ctrl然后单击并排两个波形进行比较。窗口减少mainlobe的权力从100 V到不到50 V,这是一个损失约33分贝,mainlobe的宽度也更广泛的波形相比,你不适用一个窗口。然而,窗外并平旁瓣,使检测使用的阈值更可靠。

调频连续波形(FMCW)

描述

调频连续波形(FMCW)线性调频波形相似,但连续的而非脉冲,这实际上是一个线性调频波形但工作周期的100%。FMCWs通常用于短程汽车雷达系统由于其锋利的决议对多普勒和范围。

创建一个与这些参数波形:

范围和分辨率

检查特征选项卡和看到的大多数特征矩形波形是一样的。一个显著的区别是,连续波形,接收者总是仍在,所以最低范围总是0。提高距离分辨率,增加带宽。

距离分辨率提高5倍至0.3公里。然而,在10 kHz多普勒分辨率依然贫穷。改善这一问题的方法之一是通过增加扫描时间,这实质上延长的时间频率调制。

增加扫描时间提高了10倍多普勒分辨率,减少1 kHz。虽然多普勒分辨率的提高,延长信号的权衡是最大多普勒减少同样的因素,如果有快速移动的目标,超过这个多普勒极限,雷达系统无法确定它们的速度没有额外的处理的复杂性。

增加扫描的数量相干脉冲火车遵循相同的原则来提高多普勒分辨率从10千赫至1 kHz。多普勒削减选项卡显示模糊函数,相当大的旁瓣。

无数旁瓣的模糊度函数通常被称为一个“指甲床”的模糊函数。为了更好地看,比较3 d并排模棱两可的阴谋。

模糊函数是沿着Doppler-Delay稍微倾斜平面,显示多普勒的些许变化,也可能导致错误的测量范围。这种现象被称为range-Doppler耦合和通常发生在线性调频波形。

FMCW波形的另一个代价是最大明确的范围是一个函数的扫描时间,很难增加到某一个点。因此,许多短程FMCW雷达是有限的,但因为他们的改进范围和多普勒分辨率与其他波形相比,FMCW波形通常用于系统,测量精度高的要求。

总结

这个例子展示了如何使用脉冲波形分析仪应用不同类型的波形进行比较,包括矩形、线性调频,FMCW波形。波形的模糊函数与波形匹配滤波器的输出作为输入,和模糊度函数作为一个有价值的工具,用于确定波形的有效性对于一个给定的雷达系统。