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水声声呐线性调频信号(LFM)脉冲压缩原理及matlab算法

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水声探测中浅地层剖面仪工作原理,依靠线性调频信号脉冲压缩技术来进行所目标识别,文档包含了工作原理,公式推导,附图和matalb代码
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西南科技大学
课 程 设 计 报 告
课程名称:
设计名称: 声呐线性调频信号的脉冲压缩处理
姓 名:
学 号:
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声呐线性调频信号的脉冲压缩处理
一、 设计目的和意义
掌握声呐测距的工作原理,掌握匹配滤波器的工作原理及其白噪声背景下的匹配滤波的
设计,线性调频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 信号在脉冲压缩体制声呐中广泛应用;利用线性调频
信号具有大带宽、长脉冲的特点,宽脉冲发射已提高发射的平均功率保证足够的作用距离;
而接受时采用相应的脉冲压缩算法获得窄脉冲已提高距离分辨率,较好的解决了声呐作用距
离和距离分辨率之间的矛盾;。而利用脉冲压缩技术除了可以改善声呐系统的分辨力和检测
能力,还增强了抗干扰能力、灵活性,能满足声呐多功能、多模式的需要。
二、 设计原理
1、匹配滤波器原理:
在输入为确知加白噪声的情况下,所得输出信噪比最大的线性滤波器就是匹配滤波器 ,
设一线性滤波器的输入信号为 :
其中: 为确知信号, 为均值为零的平稳白噪声,其功率谱密度为 。
设线性滤波器系统的冲击响应为 ,其频率响应为 ,其输出响应:
输入信号能量:
输入、输出信号频谱函数:
输出噪声的平均功率:
利用 Schwarz 不等式得:

上式取等号时,滤波器输出功率信噪比 最大取等号条件:
当滤波器输入功率谱密度是 的白噪声时,MF 的系统函数为:
为常数 1, 为输入函数频谱的复共轭, ,也是滤波器的传输函数
。
为输入信号 的能量,白噪声 的功率谱为
只输入信号 的能量 和白噪声功率谱密度有关。
白噪声条件下,匹配滤波器的脉冲响应:
如果输入信号为实函数,则与 匹配的匹配滤波器的脉冲响应为:
为滤波器的相对放大量,一般 。
匹配滤波器的输出信号:
匹配滤波器的输出波形是输入信号的自相关函数的 倍,因此匹配滤波器可以看成是一
个计算输入信号自相关函数的相关器,通常 =1。
2、线性调频信号(LFM)
LFM 信号(也称 Chirp 信号)的数学表达式为:

2.1
式中
c
f
为载波频率,
( )
t
rect
T
为矩形信号,
1 1
( )
0 ,
t
t
rect
T
T
elsewise
B
K
T
,是调频斜率,于是,信号的瞬时频率为
( )
2 2
c
T T
f Kt t
,如图 1
图 1 典型的 chirp 信号(a)up-chirp(K>0)(b)down-chirp(K<0)
将 2.1 式中的 up-chirp 信号重写为:
2
( ) ( )
c
j f t
s t S t e
2.2
当
TB>1
时,
LFM
信号特征表达式如下:
2
( ) ( )
j Kt
t
S t rect e
T
2
.3
对于一个理想的脉冲压缩系统,要求发射信号具有非线性的相位谱,并使其包络接近矩
形;
其中 就是信号 s(t)的复包络。由傅立叶变换性质,S(t)与 s(t)具有相同的幅频特性,只是
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- qq_420662962021-08-11没啥用,都是老东西

snakye
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