《雷达系统工程与应用》 课程讲义－11 北京大学遥感与GIS所 张雪虎 副教授 2005-06-02 脉冲压缩技术机理 《雷达系统工程与应用》 课程讲义－11 北京大学遥感与GIS所 张雪虎 副教授 2005-06-02

概述 脉冲压缩的由来与目的 脉冲压缩的基本机理 脉冲压缩与模糊函数 扩频通讯及其应用 总结

信噪比SNR与雷达径向分辨率

简单脉冲雷达中 信噪比与径向分辨率的矛盾 SNR与系统的带宽成反比 径向分辨率与脉冲宽度成反比（即脉冲越窄，分辨率越高） 窄脉冲，分辨率高，信噪比低 宽脉冲，信噪比高，分辨率低 矛盾 那能不能使用长脉冲来达到高径向分辨率呢？

脉冲累计算法－提高信噪比 K次的同步脉冲累计可以把信噪比增强K倍 1 2 3 k 单个脉冲 i=1, 2, 3, … k 基本固定 随机变化 同步累计的意思是指带有相位信息的累计。 基本固定 随机变化 累计脉冲 K次的同步脉冲累计可以把信噪比增强K倍

问题 为什么脉冲累计算法可以增强信噪比？ 因为用于观测的时间增加了K倍 用于观测的能量增加了K倍

脉冲压缩算法－提高信噪比 不连续发射 1 2 3 k 连续发射 如何区分不同时间段的回波？ 即如何对不同窄脉冲编号？ 可以采用“频率编号”或“相位编号”

“频率编号” 强度 f2 频率变化 f1 时域视图

“相位编号” 强度 1 1 0 1 1 0 1 0 0 1 1 0 1 相位，如0－0 º ，1－180º -1

脉冲压缩（脉冲累计） 宽脉冲 1 2 3 4 5 6 7 8 9……K 脉冲压缩 窄脉冲 K倍强度，K倍SNR（相对于单个窄脉冲）

径向分辨率 1 2 3 4 5 6 7 8 9……K 目标1 压缩 1 2 3 4 5 6 7 8 9……K 目标2 无法分辨 可以分辨 发射脉冲宽度－T 压缩脉冲宽度－t 径向分辨率与t有关，与T无关

时间带宽积 K＝T/t=BT，压缩比 K或BT为脉冲压缩算法的（SNR）增益 B为实际带宽 T为实际脉冲宽度 一般BT>>1

脉冲压缩的实现 传统采用SAW（表面声波）器件产生调频信号和压缩信号（时延电路）。 也可以采用数字电路进行相位调制和压缩（相关器Correlator）。 详细介绍参见Skolnik等参考书。

脉冲压缩与扩频通讯 脉冲压缩－Pulse Compression 扩频技术－Spread Spectrum 同一种技术在不同领域的两种叫法

为什么叫扩频通讯？

扩频通讯系统的实现

抗干扰

提高信噪比

扩频通讯的应用 无线局域网－802.11 全球导航卫星系统－GPS，Galileo 移动通讯－CDMA，W-CDMA

全球卫星导航－GNSS

1575.42MHz Spreaded with C/A code and Nav Data C/A、P(Y)、50bps数据调制正弦信号 GPS/EGNOS系统工作过程 2Mhz CDMA 1575.42MHz Spreaded with C/A code and Nav Data Xi,Yi,Zi dTrcvr dTsv dTiono dTtrop dTrelav Rnoise Psri ADRi 2 SVs, 3SVs GeoMag Height Separ DOPs INS combime Filtering PVT Time Psr ADR NavData 相关器 X1,Y1,Z1 X2,Y2,Z2 X3,Y3,Z3 X4,Y4,Z4 X5,Y5,Z5 Xg, Yg, Zg GEO C/A, Nav Data, Corrections, Integrity CLK SGN MAG 信号变频 数字采样 PRN1, Doppler1 PRN2, Doppler2 PRN3, Doppler3 PRN4, Doppler4 PRN5, Doppler5 PRN6, Doppler6 PRN7, Doppler7 PRN8, Doppler8 PRN9, Doppler9 PRN10, Doppler10 Xr, Yr, Zr, dTrcvr (unknown) R1 R2 R3 R4 R5 Rg Ionosphere Troposphere Position Velocity GEO data R1=[(X1-XR)*(X1-XR) + (Y1-YR)*(Y1-YR) + (Z1-ZR)*(Z1-ZR) ]^1/2 + dTrcvr*C R2 =[ (X2-XR)*(X2-XR) + (Y2-YR)*(Y2-YR) + (Z2-ZR)*(Z2-ZR) ] ^1/2 + dTrcvr*C R3 =[ (X3-XR)*(X3-XR) + (Y3-YR)*(Y3-YR) + (Z3-ZR)*(Z3-ZR) ] ^1/2 + dTrcvr*C R4 =[ (X4-XR)*(X4-XR) + (Y4-YR)*(Y4-YR) + (Z4-ZR)*(Z4-ZR) ] ^1/2 + dTrcvr*C 解算软件 北京东方联星，版权所有 PRN10, Doppler11 PRN10, Doppler12 Psri = Ri + dTsv *C + Tiono*C +Ttrop*C + Trelav*C + Rnoise + dTrcvr*C CDMA C/A、P(Y)、50bps数据调制正弦信号 Relativistic C/A 1ms, 1023chips,300m/chip P(Y) 1week, 10230chips, 30m/chip Search Tracking C/N0 DLL PLL NavDate EGNOS 基带软件

总结 脉冲压缩技术是打破BT＝1限制的一种方法。可以在不牺牲SNR的情况下，提高雷达的径向分辨率（也可以说是在不牺牲分辨率的情况下，提高SNR）。 脉冲压缩技术在通讯领域叫做扩频技术，其目的包括 增强信噪比（GPS） 增强抗干扰性 频率复用（码分多址）等