摘要
线性调频脉冲压缩体制雷达具有大时宽带宽积，解决了雷达作用距离与分辨力之间的矛盾而成为现代雷达的一种重要体制。在电子对抗技术日益发展的今天，脉压技术成为提高雷达抗干扰、反截获能力的重要手段。 本文主要研究了多普勒频移对线性调频脉冲压缩雷达的影响，并作了详细的仿真，针对线性调频脉冲信号的多普勒---距离耦合问题，对多普勒频移补偿进行了研究。 本文先介绍了脉冲压缩雷达的工作原理，分析了线性调频脉冲信号的时、频特性。在基本理论的基础上，对线性调频脉冲压缩雷达的多普勒影响做了深入的理论分析和数学推导，并通过matlab仿真进一步验证了多普勒频移对线性调频脉冲压缩雷达影响。
针对线性调频脉冲压缩雷达的多普勒频移距离---耦合效应，本文研究了改变发射波形来消除多普勒频移对线性调频脉冲压缩雷达距离测量影响的上升下降调频多普勒补偿算法，运用线性调频回波信号的循环互相关特性来实现多普勒频移估计的信号互相关补偿多普勒频移算法，采用在匹配系数中引入多普勒频移来减小多普勒频移对线性调频脉冲压缩雷达输出信号影响的多普勒滤波器组法，以及运用回波波形时间上的相关性来得到波源和载体相对速度从而实现对多普勒频移进行补偿的基于距离补偿的多普勒频移算法。
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本文不仅从理论上对各种算法进行了详细的数学推导分析，还对各种算法都进行了matlab仿真，仿真结果验证了这些多普勒补偿算法的有效性。此外，本文还分析了噪声对各种算法的影响，并给出了各种算法的适用条件及其特殊要求，方便用户在不同的客观条件下，选用不同的多普勒频移补偿算法。
关键词：脉冲压缩，线性调频，多普勒距离耦合，多普勒频移补偿
Abstract
Linear frequency modulation (LFM) pulse compression radar has a large accumulation of time and bandwidth, which raveling out the collision of the working-distance and the resolving power, and becoming an important system on modern radar. Currently, with the developing of the electronic rivalry, Pulse compression has becoming an important instrument on enhancing the ability of anti-jamming, anti- intercept and anti- radicalization.
This thesis mainly studies the Doppler effects on pulse compression radar, gives the particular simulate. Arming at the problem of Doppler--distance coupling, this thesis gives a research on the Doppler frequency compensating and giving the simulation.
This thesis introduces the principle of the pulse compression radar, analyses the LFM character on ti
me and frequency field, makes out theoretical analysis and mathematic deduction in-depth about the Doppler effects on LFM pulse compression radar, this thesis also validates the impact of the Doppler on LFM pulse compression radar through simulating by matlab.
This thesis lists some ways to reduce the effects in Doppler--distance coupling on LFM pulse compression radar; they are upping and downing frequency modulation compensatory algorithm, Cycling inter-related compensation algorithm, Doppler-filter group compensatory algorithm, and basic on the distance compensatory algorithm.
All the Doppler compensatory algorithms are analyzing theoretically and simulating in matlab. The results show the algorithms effective. Moreover, the noise effect on those algorithms is studied, the thesis gives out the key point on using the algorithms, which makes it easy for the user to choose the fitting algorithms to compensatory the Doppler
Keywords: pulse compression, linear frequency modulation(LFM), Doppler--distance coupling，Doppler effects compensatory
II
独创性声明
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1 绪论
1.1 研究的目的、背景和意义
随着现代战争的发展，对雷达的作用距离、分辨力和精度等性能指标均提出了越来越高的要求。根据雷达信号分析表明，在实现最佳处理并保证一定信噪比的条件下，测量精度和分辨力对信号形式的要求是一致的。雷达的距离分辨力取决于信号的带宽，扩大信号的带宽，可以提高距离分辨力，而速度分辨力则取决于信号的时宽，为了提高测速精度，要求信号有大的时宽。同时，为了提高雷达系统的发现能力，增加作用距离，在系统的设备峰值功率受限制的情况下，也只能通过加大信号的时宽来实现。由于在普通体制的脉冲雷达中，单载频脉冲信号的时宽带宽乘积接近于1，因此不能同时兼顾雷达的距离分辨力和速度分辨力两项指标，也解决不了雷达作用距离与分辨力之间的矛盾[1]。
为解决以上矛盾，需要发射大时宽---带宽积信号。而大时宽---带宽积信号可以通过在脉宽内进行调频、调相或调幅来得到。由于发射机功率的限制，雷达真正采用的脉压信号是由调频和相位编码产生
的，其中以线性调频脉冲信号（LFM）的研究与应用最为广泛。
线性调频脉冲压缩技术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，在宽脉冲内采用附加的频率调制或相位调制，可以增加信号带宽，实现时宽---带宽乘积远远大于1，而在接收时则采用相应的脉冲压缩法把宽脉冲压缩成窄脉冲，以提高距离分辨力，从而较好地解决了距离分辨力和速度分辨力以及作用距离之间的矛盾。脉冲压缩体制雷达具有高分辨力、远探测距离和抗有源噪声干扰能力强等优点，因此在电子对抗领域受到青睐。
作为常用的脉冲压缩技术，线性调频脉冲信号对多普勒频移不敏感，即当回波信号有较大的多普勒频移时，匹配滤波器仍能够起到脉冲压缩的作用，这使得线性调频信号成为应用最广泛的脉冲压缩信号。但是在对多普勒频移不敏感的同时，输出响应将出现与多普勒频移成正比的附加延时，即距离---多普勒耦合，这在对测距精
粉末注射成形度有严格要求时是不允许的。
由此可见，研究多普勒频移对脉冲压缩雷达的影响，并进一步对脉冲压缩雷达中的多普勒频移进行补偿，是非常有意义的，这也是目前国内外研究的热点。
1.2 国内外动态
脉冲压缩原理是在20世纪40年代提出的，但由于技术上的实现困难，直到上个世纪60年代初才开始用到雷达中来[2]。70年代以来，由于理论上的成熟和技术的实现手段日趋完善，使得脉冲压缩技术能广泛的应用到雷达中来。
脉冲压缩按发射信号的调制规律（调频或调相）分类，有以下四种：线性调频脉冲压缩（LFM）；非线性调频脉冲压缩（NLFM）；相位编码脉冲压缩（PSK）和时间频率编码脉冲压缩（TFSK）。目前应用最广泛的是线性调频脉冲压缩（LFM）。
线性调频信号是R.H.Dicke在1945年提出的。线性调频信号是研究最早、应用最广泛的一种脉冲压缩信号[2]。在脉冲宽度内，信号的频率随时间作线性变化。线性调频信号的最大优点是匹配滤波器对回波信号的多普勒频移不敏感，也就是说，即使回波有比较大的多普勒频移，原来的匹配滤波器仍然能起到脉冲压缩的作用。它的缺点是会产生多普勒耦合时移现象，这不仅影响分辨力，而且影响测距。因此，不能同时提供距离和速度的测量值。近些年来，国内外已有许多学者致力于脉冲压缩雷达中多普勒补偿方面的研究。
对于线性调频信号中的多普勒效应，R.J.Fitzgerald首次提及测距偏差[3]，并认为它与目标的径向速度成线性关系。此后，国外众多学者针对如何在目标跟踪过程中补偿该测距偏差开展了大量研究[2]。文献[4]针对LFM信号提出了基于循环互相关包络的时延估计算法，但文中并没有讨论多普勒频率的问题，
文献[5]分析了距离-多普勒耦合效应对跟踪精度的影响，但仅考虑了距离跟踪的情况。文献[6-7]提出了不同的线性调频脉冲雷达目标跟踪算法，其中文献[7]对线性调频信号调频斜率对目标跟踪精度影响问题进行了详细研究，对不同调频斜率组合下目标跟踪效果进行了比较。我国学者在线性调频脉冲压缩的多普勒补偿上也作了许多工作。文献[8]提出了基于最大似然参数估计，对线性调频脉冲雷达回波多普勒频移和多径时延联合估计的方
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