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磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用

磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用
磁脉冲压缩技术及其在脉冲电源领域中的应用

线性调频信号数字脉冲压缩技术分析_郑力文

2011年1月1日第34卷第1期 现代电子技术 M odern Electro nics T echnique Jan.2011V ol.34N o.1 线性调频信号数字脉冲压缩技术分析 郑力文,孙晓乐 (中国空空导弹研究院,河南洛阳 471009) 摘 要:在线性调频信号脉冲压缩原理的基础上,利用M atlab 对数字脉冲压缩算法进行仿真,得到了雷达目标回波信号经过脉冲压缩后的仿真结果。运用数字脉冲压缩处理中的中频采样技术与匹配滤波算法,对中频采样滤波器进行了优化,降低了实现复杂度,减少了运算量与存储量。最后总结了匹配滤波的时域与频域实现方法,得出在频域实现数字脉冲压缩方便,运算量小,更适合线性调频信号。 关键词:线性调频信号;脉冲压缩;中频采样;匹配滤波 中图分类号:T N911-34 文献标识码:A 文章编号:1004-373X(2011)01-0039-04 Digital Pulse C ompression Technology of Linear Frequency Modulation Signal ZH ENG L-i w en,SU N X iao -le (Chi na Airborne Missi le Academy,L uo yang 471009,China) Abstract :Based o n the pr inciple of pulse com pr essio n techno lo gy o f linear fr equency mo dulat ion signal,the simulatio n r e -sult of radar echo sig nal co mpressed by the pulse can be ga ined by using M atlab to simulate the dig ital pulse com pr essio n algo -r ithm.Co mbining the techno log y o f IF sampling with the matching filt er alg or ithm in the digit al pulse compression processing and optimazing the I F sampling filter,which can remarkably reduce the complex ity and decr ease t he mult iplier operation and the memo ry.Finally ,the implementation methods of matching filter algo rithm in time domain and fr equency doma in are summar ized,the dig ital pulse compression can be im plemented on frequency do main. Keywords :linear frequency modulatio n signal;pulse com pr essio n;IF sampling ;matching f ilter 收稿日期:2010-07-22 为了提高雷达系统的发现能力,以及测量精度和分 辨能力,要求雷达信号具有大的时宽带宽积[1-2]。但是,在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下,大的信号能量只能通过加大信号的时宽来得到。然而单载频脉冲信号的时宽和带宽乘积接近1,故大的时宽和带宽不可兼得。因此,对这种信号来说,测距精度和距离分辨力同测速精度和速度分辨力以及作用距离之间存在着不可调和的矛盾。在匹配滤波器理论的指导下,提出了线性调频脉冲压缩的概念,即在宽脉冲内附加线性调频,以扩展信号的频带,提供了一类信号,其时宽带宽乘积大于1,称之为脉冲压缩信号或大时宽带宽积信号。线性调频信号是应用最广泛的脉冲压缩信号,因此线性调频信号的特性、脉冲压缩的原理及其实现技术都是比较受人关注的[3-5]。 1 线性调频信号脉冲压缩基本原理1.1 线性调频信号简介 线性调频信号是通过非线性相位调制或线性频率调制(LFM )来获得大的时宽带宽积[6-7],这种信号又称 为chirp 信号,它是研究得最早而且应用最广泛的一种脉冲压缩信号。线性调频信号的时域波形如图1所示, 其频谱如图2所示。 线性调频信号可以表示为: x (t)=A #r ect t S #exp j 2P f 0t +L t 2 2 (1) 式中:A 为信号幅度;rect (t/S )为矩形函数,即: rect (t/S )= 1, t/S \1/20, t/S <1/2 (2) 线性调频信号的瞬时角频率X i 为: X i =d U d t =2P f 0+L t (3) 图1 线性调频信号的时域波形 在脉冲宽度S 内,信号的角频率由2P f 0-L S /2变

脉冲功率技术

脉冲功率技术 摘要:脉冲功率技术是以较慢的速度将能量储藏在电容器中或者电感线圈中,然后将此电场能获磁场能迅速的释放出来,产生幅值极高的,但持续时间极端的脉冲电压及脉冲电流,从而导致极高功率的脉冲。 关键词:脉冲功率,储能技术 引言:脉冲功率技术中的储能技术包括惯性储能,电容储能,电感储能 一.、脉冲功率技术的发展 脉冲功率技术正式作为一个独立的部门发展,还是近几年的事。事实上作为脉冲功率技术基础的脉冲放电, 早就存在于大自然中。而对脉冲放电的研究则开始于研究天然雷电特性, 以及它对输电线路、建筑物危害及其防护措施。当时这种放电仅限于毫秒级和微秒级。四十年代末期, 就有人开始注意到亚微秒及毫微秒级的高压强流脉冲放电形式。但是, 一方面由于当时客观要求并不迫切;另一方面, 这样快的脉冲放电, 无论在产生技术上, 或者在测量技术上都存在着一定的困难。因此, 其后十多年,这种技术发展并不迅速。六十年代初期, 由于闪光辐射照相和瞬时辐射效应研究的需要, 英国原子能武器研究中心的J.C.马丁所领导的研究小组,开拓了称之为脉冲功率加速器的研究领域, 使毫微秒级脉冲功率技术往前推进了一步。同时, 一些科学技术在发展中受到障碍, 急需找寻新的途径。以微波和激光的发展为例, 利用速调管、行波管等原理去产生大功率高效率毫米或亚毫米微波已经不可能。利用一般方法产生大功率、高效率、波长可调的激光束也不可能。正当人们探索和寻找新的解决途径的时候, 他们发现脉冲功率技术是解决这些问题的良好途径。为此, 美国许多单位, 为桑地亚实验室、物理国际公司、海军研究实验室、康乃尔大学、加利福尼亚大学和斯坦福大学等单位, 对脉冲功

脉冲压缩技术

脉冲压缩技术 在雷达信号处理中的应用

一.脉冲压缩的产生背景及定义 1.1 脉冲压缩的定义 脉冲压缩即pulse compression,它是指发射宽编码脉冲并对回波进行处理以获得窄脉冲,因此脉冲压缩雷达既保持了窄脉冲的高距离分辨力,又能获得宽脉冲的强检测能力。 1.2脉冲压缩的主要手段 目前的脉冲压缩的手段主要有线性调频、非线性调频与相位编码等。 1)线性调频 是最简单的脉冲压缩信号,容易产生,而且其压缩脉冲形状和信噪比对多普勒频移不敏感,因而得到了广泛的应用,但是,在利用多普勒频率测量目标方位和距离的情况下很少使用; 2)非线性调频 非线性调频具有几个明显的优点,不需要对时间和频率加权,但是系统复杂。为了达到所需的旁瓣电平,需要对每个幅度频谱分别进行调频设计,因而在实际中很少应用; 3)相位编码 相位编码波形不同于调频波形,它将宽脉冲分为许多短的子脉冲。这些子脉冲宽度相等,其相位通过编码后被发射。根据所选编码的类型,包括巴克码、伪随机序列编码以及多项制编码等。 1.3脉冲压缩的产生背景 随着飞行技术的飞速发展,对雷达的作用距离、分辨能力、测量精度和单值性等性能指标提出越来越高的要求。测距精度和距离分辨力对信号形式的要求是一致的,主要取决于信号的频率结构,为了提高测距精度和距离分辨力,要求信号具有大的带宽。而测速精度和速度分辨力则取决于信号的时域结构,为了提高测速精度和速度分辨力,要求信号具有大的时宽。除此之外,为提高雷达系统的发现能力,要求信号具有大的能量。由此可见,为了提高雷达系统的发现能力、测量精度和分辨能力,要求雷达信号具有大的时宽、带宽、能量乘积。但是,在系统的发射和馈电设备峰值功率受限制的情况下,

脉冲压缩

“雷达原理” 作业报告 西安电子科技大学 2011年11月 摘要简单介绍了脉冲压缩技术的原理和类型,并对线性调频脉冲压缩进行了详细的分析推导。 引言 雷达是通过对回波信号进行接收再作一些检测处理来识别复杂回波中的有用信息的。其中,波形设计有着相当重要的作用,它直接影响到雷达发射机形式的选择"信号处理方式"雷达的作用距离及抗干扰"抗截获等很多重要问题。现代雷达中广泛采用了脉冲压缩技术。脉冲压缩雷达常用的信号有线性调频信号和二相编码信号。脉冲压缩雷达具有高的辐射能量和高的距离分辨力,这种雷达具有很强的抗噪声干扰和欺骗干扰的性能。对线性调频信号有效的干扰方式是移频干扰(对二相编码信号较有效的干扰方式是距离拖引干扰。 1脉冲压缩简介 雷达的基本功能是利用目标对电磁波的散射而发现目标,并测定目标的空间位置。雷达分辨力是雷达的主要性能参数之一。所谓雷达分辨力是指在各种目标环境下区分两个或两个以上的邻近目标的能力。一般说来目标距离不同、方位角不同、高度不同以及速度不同等因素都可用来分辨目标,而与信号波形紧密联系的则是距离分辨力和速度(径向)分辨力。

两个目标在同一角度但处在不同距离上,其最小可区分的距离称为距离分辨力,如图1.1所示,雷达的距离分辨力取决于信号带宽。对于给定的雷达系统,可达到的距离分辨力为 B c r 2=δ 式中,c 为光速,B=f ?可为发射波形带宽。 图1.1脉冲压缩雷达原理示意图 雷达的速度分辨力可用速度分辨常数表征,信号在时域上的持续宽度越大,在频域上的分辨能力就越好,即速度分辨力越好。 对于简单的脉冲雷达,B=f ?=1/τ,此处,τ为发射脉冲宽度。因此,对于简单的脉冲雷达系统,将有 τδ2c r = 在普通脉冲雷达中,由于雷达信号的时宽带宽积为一常数(约为1),因此不能兼顾距离分辨力和速度分辨力两项指标。 雷达对目标进行连续观测的空域叫做雷达的探测范围,也是雷达的重要性能参数,它决定于雷达的最小可测距离和最大作用距离,仰角和方位角的探测范围。而发射功率的大小影响作用距离,功率大则作用距离大。发射功率分脉冲功率和平均功率。雷达在发射脉冲信号期间τ内所输出的功率称脉冲功率,用Pt 表示;平均功率是指一个重复周期Tr 内发射机输出功率的平均值,用Pav 表示。它们的关系为: r av t T P =P τ 脉冲压缩(PC)雷达体制在雷达脉冲峰值受限的情况下,通过发射宽脉冲而获得高的发射

关于脉冲功率电源的介绍

关于脉冲功率电源的介绍 在全球化的发展环境下,各国为了提高自身的综合竞争力,均十分关注科学技术的应用。脉冲功率技术作为重要的技术之一,该技术的发展始于20世纪60年代,在多个领域均有着较为广泛的应用,其中在国防领域扮演着重要的角色。文章主要研究了脉冲功率电源的概况,并分析了其发展的技术阻碍,为了实现其快速的发展,要对其中存在的问题进行有效处理,在此基础上,脉冲功率技术的发展才能够更加稳定,同时,我国的国防竞争力也将不断增强。 标签:脉冲功率电源;电容器组;发电机系统;电池组;技术阻碍 当前,电源的相关问题得到了广泛的关注,其中最敏感的为小型化电源问题。在科学技术的支持下,电源的小型化得到了快速的发展,此类电源的应用是广泛的,其作用日益显著。但小型化电源的发展也存在不足,为了促进其发展,需要对先进的技术进行积极的、全面的运用。在此背景下,文章研究了脉冲功率电源,该电源是借助不同方式进行提供的,具体的方式有电容器组、发电机系统、电感储能系统与蓄电池组等。脉冲功率电源的应用满足了国防武器系统的电能需求,为我国国防工作的开展奠定了坚持的基础。 1 脉冲功率电源的概况 1.1 电容器组 目前,在工业、军事等领域对电容器的应用具有一定的普遍性,其中在电磁炮中的应用取得了良好的效果。随着电磁炮的快速发展,对电容器组的要求不断提高,在脉冲形状控制方面,利用了闭合开关;在能量存储密度方面,利用了新的介电材料,在此基础上,电容器组得到了进一步的发展,进而适应了实际应用的需求[1]。 对于脉冲功率电源而言,作为电源的电容器组存在一定的不足,主要为偏低的转化效率,同时,其充电状态未能保持长期性。为了有效解决此问题,需要借助高功率的大型充电设备,以此保证充电的快速与便捷,与此同时,工作电压也将得到控制。在此基础上,电容器组拥有较大的体积,但在军事领域对于武器系统的体积有着严格的要求。因此,在轨道炮系统中,电容器组的应用缺少针对性与时效性,此时的电源未能适应军事发展的需要。 在对电容器组展开设计过程中,要关注其热量的控制。对于电容器的介电材料而言,通常情况,均属于电绝缘体与热绝缘体。在炮弹发射时,电容器内部的热量将不断升高,为了保证电容器组的安全性,要对其给予高度的重视[2]。 1.2 发电机系统 关于电磁炮发电机的研究,其应用的类型较多,主要有单极脉冲发电机、补

环形磁芯快脉冲动态参数测量方法

第16卷 第10期强激光与粒子束Vol.16,No.10 2004年10月HIGH POWER LASER AND PARTIC LE BE AMS Oct.,2004  文章编号: 100124322(2004)1021345204 环形磁芯快脉冲动态参数测量方法X 丁臻捷, 苏建仓, 丁永忠, 俞建国 (西北核技术研究所,陕西西安710024) 摘 要: 磁开关压缩脉冲过程中,磁芯磁参数需历经非饱和与饱和两个阶段,磁滞回线变化经历半个周 期,通过测量这一变化过程中通过磁开关绕组的电流和磁通量变化率,可以计算出磁芯的磁滞回线,确定饱和 磁通密度、剩磁等动态参数。讨论了基于高电压放电和脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装 置的电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲条件下的电参数,计算了相关的磁参 数,给出了实验结果。 关键词: 磁开关; 磁滞回线; 饱和磁通密度; 剩磁; 磁脉冲压缩法 中图分类号: T N78 文献标识码: A 随着材料科学和脉冲功率技术的发展,磁开关技术在铜蒸气激光产生装置[1~3]及全固态高重频脉冲发生器[5]等重复频率脉冲功率技术领域得到了普遍的应用。 磁开关工作时,磁芯需在饱和与非饱和两种状态间来回转化。因此设计磁开关时,不仅要考虑磁芯饱和和非饱和时的磁参数,而且要关心两者之间的转变过程。随着磁芯磁化时间的缩短,变化的磁场会在构成磁芯的薄带之间产生一定的感应电压,因此必须在薄带之间加上适当的涂层用以减小涡流损耗。这样,磁开关磁芯表现的不仅是磁芯的材料性能,还间接反映了磁芯的制造工艺。由于工艺条件的限制,较大体积的磁芯与同种磁性材料小样环的性能有相当大的差别。因此,不能用小样环的性能来表征较大磁芯的整体性能水平。 一般实验室和工厂所用磁芯性能测试设备,由于电源功率的限制,励磁磁场强度在几百A/m到几千A/m 之间,这样的励磁磁场强度对于测试小样环静态、动态特性或较大磁芯的静态特性是足够了,而对于大型磁开关磁芯在快脉冲磁化条件下的性能测试就无能为力了。 本文讨论了基于脉冲压缩方法测量磁芯动态参数的原理,给出了测试装置电路原理和电路元件参数的选择方法,测量了大型磁开关磁芯快脉冲磁化条件下的电参数,计算了相关的磁参数,给出了实测结果。 1 测量原理 1.1 磁性参数测量原理 环形磁芯磁开关的截面如图1所示[5]。图中R i和R o分别为磁开关绕组的内外半径,H为高,r i和r o分别为磁开关磁芯的内外半径,h为高,磁开关绕组匝数为N,通过绕组的电流为i。考虑环形磁芯的对称性,根据安培环路定律,磁芯截面上的平均磁场强度为 H m= Ni 2π(r o-r i) ln( r o r i )(1) Fig.1 Illustration of magnetic switch 图1 磁开关截面图 则磁开关绕组截面上的磁通量 <=μ0M m S m+μ0H t S t(2)式中:M m为磁芯截面上磁化强度的平均值;S m为磁芯的截面积;S t为绕组的截面积;μ0为真空磁导率;H t为磁开关绕组内不含磁芯时的平均磁场强度 H t= Ni 2π(R o-R i) ln( R o R i )(3) 利用公式(2)可以求得与磁开关绕组面积相等的感应线圈 上的感应电压 X收稿日期:2003212226; 修订日期:2004204215 基金项目:国家863计划项目资助课题 作者简介:丁臻捷(1974—),男,硕士,工程师,主要从事脉冲功率技术研究;西安市69226信箱;E2mail:ding family@https://www.wendangku.net/doc/0c2321221.html,。

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真

线性调频(LFM)脉冲压缩雷达仿真 一.雷达工作原理 雷达是Radar(RAdio Detection And Ranging)的音译词,意为“无线电检测和测距”,即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置,这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1,它主要由发射机,天线,接收机,数据处理,定时控制,显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无,目标斜距,目标角位置,目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念,使它具有对运动目标(飞机,导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1:简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform),然后经馈线和收发开关

由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由接收机接收,对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R,为了探测这个目标,雷达发射信号()s t,电磁波以光速C向四周传播,经过时间R C后电磁波到达目 标,照射到目标上的电磁波可写成:()R -。电磁 s t C 波与目标相互作用,一部分电磁波被目标散射, 被反射的电磁波为()R σ?-,其中σ为目标的雷达 s t C 散射截面(Radar Cross Section ,简称RCS),反映目标对电磁波的散射能力。再经过时间R C后, 被雷达接收天线接收的信号为(2)R σ?-。 s t C 如果将雷达天线和目标看作一个系统,便得到如图1.2的等效,而且这是一个LTI(线性时不变)系统。 图 1.2:雷达等效于LTI系统

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真汇总

线性调频(LFM )脉冲压缩雷达仿真 宋萌瑞 201421020302 一. 雷达工作原理 雷达是Radar (RAdio Detection And Ranging )的音译词,意为“无线电检测和测距”,即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置,这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1,它主要由发射机,天线,接收机,数据处理,定时控制,显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无,目标斜距,目标角位置,目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念,使它具有对运动目标(飞机,导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1:简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform ),然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由接收机接收,对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R ,为了探测这个目标,雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播,经过时间R C 后电磁波到达目标,照射到目标上的电磁波可写成: ()R s t C - 。电磁波与目标相互作用,一部分电磁波被目标散射,被反射的电磁波为()R s t C σ?-,其中σ为目标的雷达散射截面(Radar Cross Section ,简称RCS ) ,反映目标对电磁波的散射能力。再经过时间R C 后,被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ?-。 如果将雷达天线和目标看作一个系统,便得到如图1.2的等效,而且这是一个LTI (线性时不变)系统。 图1.2:雷达等效于LTI 系统 等效LTI 系统的冲击响应可写成:

第三章 脉冲压缩雷达简介

第三章 脉冲压缩雷达简介 3.1 脉冲压缩简介 雷达的分辨理论表明:要得到高的测距精度和好的距离分辨力,发射信号必须具有大的带宽;要得到高的测速精度和好的速度分辨力,信号必须具有大的时宽。因此,要使作用距离远,又具有高的测距、测速精度和好的距离、速度分辨力,首先发射信号必须是大带宽、长脉冲的形式。显然,单载频矩形脉冲雷达不能满足现代雷达提出的要求。而脉冲压缩技术可以获得大时宽带宽信号,使雷达同时具有作用距离远、高测距、测速精度和好的距离、速度分辨力。具有大时宽带宽的信号通常被称作脉冲压缩信号。 脉冲压缩技术包括两部分:脉冲压缩信号的产生、发射部分和为获得较窄的脉冲对接收回波的处理部分。在发射端,它通过对相对较宽的脉冲进行调制使其同时具有大的带宽,在接收端对接收的回波波形进行压缩处理得到较窄的脉冲。 3.2 脉冲压缩原理 3.2.1时宽-带宽积的概念 发射脉冲宽度τ和系统有效(经压缩的)脉冲宽度0τ的比值称为脉冲压缩 比 ,即 0D ττ= (3-1) 因为01B τ=,所 (3-1)可写成 D B τ= (3-2) 即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合,脉冲压缩系统常用其时宽-带宽积表示。大时宽带宽矩形脉冲信号的复包络表达式可以写成: (),/2/2 ()0,j t Ae T t T u t θ?-<<=? ? 其他 (3-3) 匹配滤波器输出端的信噪比为:

()0 0S N E N = (3-4) 其中信号能量为[13] : 212 E A T = (3-5) 这种体制的信号具有以下几个显著的特点: (1)在峰值功率受限的条件下,提高了发射机的平均功率av P ,增强了发射信号的能量,因此扩大了探测距离。 (2)在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络,使宽脉冲的发射信号变成窄脉冲,因此保持了良好的距离分辨力。 (3)有利于提高系统的抗干扰能力。 当然,采用大时宽带宽信号也会带来一些缺点[14][15],这主要有: (1)最小作用距离受脉冲宽度 τ 的限制。 (2)收发系统比较复杂,在信号产生和处理过程中的任何失真,都将增大旁瓣高度。 (3)存在距离旁瓣。一般采用失配加权以抑制旁瓣,主旁瓣比可达30dB ~35dB 以上,但将有1 dB ~3 dB 的信噪比损失。 (4)存在一定的距离和速度测定模糊。适当选择信号参数和形式可以减小模糊。但脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点,已成为近代雷达广泛应用的一种体制。 3.2.2 线性调频脉冲信号 线性调频脉冲压缩体制的发射信号,其频谱在脉冲宽度内按线性规律变化,即用对载频进行调制的方法展宽发射信号的频谱,使其相位具有色散。同时,在 t P 受限情况下为了充分利用发射机的功率,往往采用矩形宽脉冲包络,线性调 频脉冲信号的复数表达式可写成[16][17]: 2 00() 2 ()()()t j t j t t s t u t e Arect e μωωτ + ==

雷达线性调频脉冲压缩的原理及其MATLAB仿真

线性调频(LFM )脉冲压缩雷达仿真 一. 雷达工作原理 雷达是Radar (RAdio Detection And Ranging )的音译词,意为“无线电检测和测距”,即利用无线电波来检测目标并测定目标的位置,这也是雷达设备在最初阶段的功能。典型的雷达系统如图1.1,它主要由发射机,天线,接收机,数据处理,定时控制,显示等设备组成。利用雷达可以获知目标的有无,目标斜距,目标角位置,目标相对速度等。现代高分辨雷达扩展了原始雷达概念,使它具有对运动目标(飞机,导弹等)和区域目标(地面等)成像和识别的能力。雷达的应用越来越广泛。 图1.1:简单脉冲雷达系统框图 雷达发射机的任务是产生符合要求的雷达波形(Radar Waveform ),然后经馈线和收发开关由发射天线辐射出去,遇到目标后,电磁波一部分反射,经接收天线和收发开关由接收机接收,对雷达回波信号做适当的处理就可以获知目标的相关信息。 假设理想点目标与雷达的相对距离为R ,为了探测这个目标,雷达发射信号()s t ,电磁波以光速C 向四周传播,经过时间R C 后电磁波到达目标,照射到目标上的电磁波可写成: ()R s t C - 。电磁波与目标相互作用,一部分电磁波被目标散射,被反射的电磁波为()R s t C σ?-,其中σ为目标的雷达散射截面(Radar Cross Section ,简称RCS ) ,反映目标对电磁波的散射能力。再经过时间R C 后,被雷达接收天线接收的信号为(2)R s t C σ?-。 如果将雷达天线和目标看作一个系统,便得到如图1.2的等效,而且这是一个LTI (线性时不变)系统。 图1.2:雷达等效于LTI 系统 等效LTI 系统的冲击响应可写成: 1 ()()M i i i h t t σδτ== -∑ (1.1)

I_Q幅度和相位不平衡对脉冲压缩的影响及其矫正方法

收稿日期:2000203230 基金项目:;国家863计划(863222724213)课题资助。 作者简介:张云华(1967-)男,研究员,主要从事微波遥感理论与技术、新型微波遥感器、电磁辐射与散射、小卫星技术等研究。 I Q 幅度和相位不平衡对脉冲压缩的 影响及其矫正方法 张云华,姜景山,张鸿远,张德海,刘和光 (中国科学院空间科学与应用研究中心 北京 100080) 摘要:就脉冲压缩雷达中接收机I Q 输出相位不平衡对脉冲压缩的影响以及矫正方法进行了研 究,并提出了进行矫正的方法。研究表明,I Q 相位不平衡将引起旁瓣电平升高,主瓣宽度增加。当 I Q 幅度相对误差在±15%以内,相位相对误差在±3° 以内时,对脉冲压缩的影响可以忽略。但如果幅度相对误差达到±25%以上,相位相对误差在±10°时,对脉冲压缩的影响不能忽略,必须进行相位矫正处理。矫正方法的核心思想就是将经过幅度和相位不平衡矫正后的I Q 信号考虑进参考函数中。模拟表明,经过矫正处理后,对脉冲压缩的改善非常显著,从而可以对I Q 解调的硬件设计降低要求。 关 键 词:脉冲压缩;宽带接收机;I Q 解调;幅度;相位 中图分类号:T P 722.6 文献标识码:A 文章编号:100420323(2000)022******* 1 引 言 在相干雷达系统中,通常需要将雷达回波实信号变换成复信号进行处理,以保留相位信息。实信号到复信号的变换有两种基本方法,即模拟的方法和数字的方法。在数字方法中通过直接对中频信号进行A D 采样,然后利用FFT 和IFFT 变换的性质,将实信号变为复信号〔1〕;在模拟方法中通过对中频信号进行I Q 正交解调来实现。第一种方法要求较高的A D 采样频率,但可以得到幅度和相位都平衡的正交信号。而第二种方法则对A D 采样频率的要求可以降低一半,但得到的正交信号的幅度和相位平衡取决于正交解调器的性能。通常情况下,难以得到绝对平衡的幅度和相位特性,尤其在带宽很宽的情况下。 本文针对所承担的863项目“星载三维成像雷达高度计关键技术”中所研制的用于机载实验的宽带接收机,就I Q 输出的幅度和相位不平衡及其对脉冲压缩的影响进行研究,同时提出通过数字信号处理来改善脉冲压缩效果的方法。这种新型的雷达高度计系统高度计 〔2~4〕 通过偏离天顶点观测以及孔 径合成技术来获得距离向和方位向的地面分辨率,将脉冲有限和波束有限工作方式相结合,通过双天线获取相干信息并从中获取分辨率单元的高度计值,通过采用偏离重心点高度跟踪算法(O ff 2set Cen ter of Gravity ,OCO G )设计与回波模型无关高 度跟踪器,实现高度计的海陆兼容,因而不仅能够同时用于海洋观测和陆地观测,而且还能够三维成像,用于地形测量。 2 I Q 幅度相位不平衡的影响 我们可以将接收机I 、Q 输出分别表示为: I (t )=cos (2Πf if t ) Q (t )=(1+Α)sin (2Πf if t +Ε)(1) 其中Α和Ε分别表示两个通道的幅度和相位不平衡度。由于两个通道间幅度和相位误差是相对值,因此将误差归结在一个通道中并不失一般性。接收机的输出复信号为: s (t )=I (t )+jQ (t ) =cos (2Πf if t )+j (1+Α)sin (2Πf f i +Ε)= 12 e j 2Π f if t +e -j 2Πf if t 第15卷 第2期2000年6月 遥 感 技 术 与 应 用 REMOTE SEN SI N G TECHNOLOGY AND A PPL I CA T I O N V ol .15 N o .2J un .2000

环境工程领域的脉冲功率技术应用

环境工程领域的脉冲功率技术应用 脉冲功率技术在我国高新技术发展中有着重要的应用,同时其应用范围也在不断地扩展,在民用部门、手工业、环境保护等领域都有着广泛的应用,并随着科学技术的发展对其的应用技术也在不断成熟。随着生活水平和经济水平的上升,环境问题逐渐成为了众多人关注的焦点,对环境工程领域中的技术应用也提出了更高的要求。 一、脉冲功率技术简述 1.脉冲功率技术在我国的发展 在国际上对脉冲功率技术的研究是开始于二十世纪三十年代的,到六十年代,该技术就成为了一个独立的发展学科,之后美国、日本、俄罗斯等国家都对该技术开始了深入研究。在我国,对脉冲功率的研究是开始于二十世纪七十年代末的,我国对它的研究是开始于“高功率电子束发器的研究”,“1979年北京高能物理所建成了当时我国最大的强流脉冲电子束加速器闪光—I,应用于射线模拟源”,随之而来的是对脉冲功率技术研究的高潮,层出不穷的强流脉冲电子加速器逐渐建成,进而为我国当时高新技术的研究,如准分子激光、集体离子加速、闪光射线照相、电磁轨道炮以及高功率微波等提供了很好的研究条件。脉冲功率技术发展 (1)脉冲功率装置 通常来讲,脉冲功率的装置包括以下几个部分,如图所示: 图一:脉冲功率装置图示

(2)高功率脉冲发展方向 当前,高功率脉冲的主要发展方向有以下几方面,第一,元件储能密度还需要提高。随着电容制造技术的提高以及分子工程技术的广泛应用,为储能元件储能密度的提高提供了发展条件,同时脉冲电容器储能空间也能够得到一定提升,这就有利于缓解大体积、大重量给脉冲功率系统带来的不良影响。根据不同器件电气强度极限值不同,其要求的储能密度也是不同的。但是,无论密度要求如何,电容的储能密度要远远低于电感储能密度,所以,不仅在我国,在国际上对这种电感储能高功率脉冲电源的研究也非常重视。第二、发展重复高功率脉冲。原来我国应用多是单次的脉冲功率技术,这种技术主要是为我国国防科学研究提供服务,应用范围与社会发展的要求产生了不可避免的矛盾,所以,为了适应民用、工业以及新兴领域对脉冲功率的要求,必须要发展重复频率高且具有平均功率的脉冲功率技术。第三、高频、大功率开关技术的研究。开关元件的相关参数对脉冲功率系统的整体都存在着一定的影响,这也决定了开关元件技术是脉冲功率技术中重点技术之一。随着社会科技的发展以及应用要求的提高,同时,大功率全控型的产品器件被大量生产并且产品化,为开关技术的发展研究提供了可靠的器件基础,为此“高重复率脉冲电源转换开关和开关的串联均压技术被大量使用在脉冲电源中,并取得了较为理想的结果”。第四,脉冲电源多元化发展。脉冲功率应用范围的扩展给脉冲电源的技术标准提出了更高的要求,所以在未来的研究中要加大对脉冲电源多元化的发展,比如低成本化、小型化、多样化等。第五,脉冲功率电源

一种快速脉冲压缩信号模拟算法

一种回波仿真快速算法 摘要: 针对雷达常规回波仿真算法难以快速实现的问题,本文提出了一种可生成脉冲压缩后回波信号的快速算法。该方法引入合成孔径雷达(SAR )的慢时间概念,将常规的向量运算转化为卷积运算,然后与脉冲压缩相结合,从而大大提高了仿真效率。同时本文讨论了该算法与常规算法的等价约束条件,比较了两者的运算量,最后通过仿真验证了该算法的正确性和高效性。 关键词:快速算法;回波仿真;卷积; SAR. Fast Algorithm for Echo Simulation Abstract :In order to obtain the fast realization of the conventional radar echo simulation, this papar involves a fast algorithm to generate post-pulse compression echo.This fast algorithm greatly improves the simulation efficiency, by which changes the vector operations of conventional algorithm into convolution operations by the introduction of the concept of the slow time in synthetic aperture radar(SAR) and combines with pulse compression.A research for the constrained equality and a comparison for the computation between the conventional algorithm and the fast algorithm is covered. Finally, simulations validate it availability and efficiency. keyword :fast algorithm; echo simulation; convolution; SAR. 1 引言 由于现代雷达所具有的高分辨特性要求将探测目标看成多散射点模型,而多散射点模型的回波仿真以及后续的脉冲压缩,需要大量的耗时运算,严重限制了雷达仿真系统的应用范围。如何快速实现仿真是目前亟待解决的问题。 关于快速回波仿真算法,国内外学者做了大量工作。文献[1]利用分布式仿真平台,多台机器并行分段生成回波,拼接成最后的SAR 回波。该算法通过分布式平台实现,需要多台机器协作,且要求雷达飞行轨迹已知。而机载、弹载雷达的飞行轨迹随着导引信息,实时改变,无法预知。文献[2]通过FFT 快速实现SAR 回波算法,整个流程需要插值,降低了仿真效率。文献[3-5]推导了星载SAR 回波的快速生成算法。该算法是通过二维卷积获得时域回波,需要已知雷达的运行轨迹,要求雷达天线保持稳定。而机载、弹载雷达系统的天线受伺服系统的控制,要实时调整指向,因此该算法也不能直接应用。 本文根据文献[3-5]的推导方法,引入SAR 的慢时间概念,将常规回波仿真算法复杂的向量运算转化为卷积运算;并与脉冲压缩合并实现,直接得到脉冲压缩后的回波信号。通过这两步运算,该算法有效的提高了仿真效率。 同时本文分析了该算法与常规回波仿真算法的等价约束条件,说明这两种算法在一定的误差条件下等价;比较了两种算法的运算复杂度,证明本文算法有效的提高了仿真效率;最后本文通过仿真实验验证了该算法的正确性和高效性。为了说明方便,下面简称常规回波仿真算法为常规算法。 2 常规回波仿真算法 设雷达为脉冲体制,射频发射信号为: ()0()exp 2()t u t A j f t p t π=-? (1) 其中:A 为发射信号幅度,0f 为发射载频,()p t 为视频调制脉冲。 则第i 散射点的射频回波可以表示为:

雷达信号的脉冲压缩原理

第二章 脉冲压缩 2.1 概述 表2.1 窄脉冲高距离分辨力雷达的能力 窄脉冲具有宽频谱带宽。如果对宽脉冲进行频率或相位调制,那么它就可以具有和窄脉冲相同的带宽。假设调制后的脉冲带宽增加了B ,由接收机的匹配滤波器压缩后,带宽将等于1/B ,这个过程叫脉冲压缩。 脉冲压缩雷达不需要高能量窄脉冲所需要的高峰值功率,就可同时实现宽脉冲的能量和窄脉冲的分辨力。 脉冲压缩比定义为宽脉冲宽度T 与压缩后脉冲宽度τ的之比,即/T τ。带宽B 与压缩后的脉冲宽度τ的关系为1/B τ≈。这使得脉冲压缩比近似为BT 。即压缩比等于信号的时宽-带宽积。在许多应用场合,脉冲压缩系统常用其时宽-带宽 积表征。 这种体制最显著的特点是: ⑴ 它的发射信号采用载频按一定规律变化的宽脉冲,使其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积1B τ≥,这两个信号参数基本上是独立的,因而可以分别加以选择

来满足战术要求。在发射机峰值功率受限的条件下,它提高了发射机的平均功率P增加了信号能量,因此扩大了探测距离。 av ⑵在接收机中设置一个与发射信号频谱相匹配的压缩网络,使宽脉冲的发射信号(一般认为也是接收机输入端的回波信号)变成窄脉冲,因此保持了良好的距离分辨力。这一处理过程称之为“脉冲压缩”。 ⑶有利于提高系统的抗干扰能力。对有源噪声干扰来说,由于信号带宽很大,迫使干扰机发射宽带噪声,从而降低了干扰的功率谱密度。 当然,采用大时宽带宽信号也会带来一些缺点,这主要有: ⑴最小作用距离受脉冲宽度 限制。 ⑵收发系统比较复杂,在信号产生和处理过程中的任何失真,都将增大旁瓣高度。 ⑶存在距离旁瓣。一般采用失配加权以抑制旁瓣,主旁瓣比可达30dB~35dB 以上,但将有1dB~3dB的信噪比损失。 ⑷存在一定的距离和速度测定模糊。 总之,脉冲压缩体制的优越性超过了它的缺点,已成为近代雷达广泛应用的一种体制。 根据上面讨论,我们可以归纳出实现脉冲压缩的条件如下: ⑴发射脉冲必须具有非线性的相位谱,或者说,必须使其脉冲宽度与有效频谱宽度的乘积远大于1. ⑵接收机中必须具有一个压缩网络,其相频特性应与发射信号实现“相位共轭匹配”,即相位色散绝对值相同而符号相反,以消除输入回波信号的相位色散。 第一个条件说明发射信号具有非线性的相位谱,提供了能被“压缩”的可能性,它是实现“压缩”的前提;第二个条件说明压缩网络与发射信号实现“相位共轭匹配”是实现压缩的必要条件。只有两者结合起来,才能构成实现脉冲压缩的充要条件。 综上所述,一个理想的脉冲压缩系统,应该是一个匹配滤波系统。它要求发射信号具有非线性的相位谱,并使其包络接近矩形;要求压缩网络的频率特性(包括幅频特性和相频特性)与发射脉冲信号频谱(包括幅度谱与相位谱)实现完全的匹配。 根据这些要求,可用下面的框图来描述一个理想的脉冲压缩系统, 如图2.1所示。

雷达发射LFM 信号时,脉冲压缩公式的推导与 Matlab 仿真实现雷达测距。

雷达发射LFM 信号时,脉冲压缩公式的推导与 Matlab 仿真实现雷达测距。 摘要:基于MATLAB平台以线性调频信号为例通过仿真研究了雷达信号处理中的脉冲压缩技术。在对线性调频信号时域波形进行仿真的基础上介绍了数字正交相干检波技术。最后基于匹配滤波算法对雷达回波信号进行了脉冲压缩仿真,仿真结果表明采用线性调频信号可以有效地实现雷达回波信号脉冲压缩、实现雷达测距并且提高雷达的距离分辨力。 关键词:线性调频,脉冲压缩,数字正交相干,匹配滤波。 When radar transmits LFM signal, the pulse compression formula is deduced and Matlab simulation is used to realize radar ranging Abstract: Based on the MATLAB platform as example for LFM signal is studied by simulation of pulse compression technology in radar signal processing. Based on the simulation of time domain linear FM signal waveform is introduced on the digital quadrature coherent detection technology. Finally, based on the matched filter algorithm of radar echo signal of pulse compression simulation, the simulation results show that the linear FM signal can effectively realize the radar echo signal of pulse compression radar, improve the range resolution. Key word: Linear frequency modulation,pulse compressiondigital,quadrature coherence,matched filtering. 1、引言 1.1雷达起源 雷达的出现,是由于二战期间当时英国和德国交战时,英国急需一种能探测空中金属物体的雷达(技术)能在反空袭战中帮助搜寻德国飞机。二战期间,雷达就已经出现了地对空、空对地(搜索)轰炸、空对空(截击)火控、敌我识别功能的雷达技术。 二战以后,雷达发展了单脉冲角度跟踪、脉冲多普勒信号处理、合成孔径和脉冲压缩的高分辨率、结合敌我识别的组合系统、结合计算机的自动火控系统、地形回避和地形跟随、无源或有源的相位阵列、频率捷变、多目标探测与跟踪等新的雷达体制。 后来随着微电子等各个领域科学进步,雷达技术的不断发展,其内涵和研究 1

脉冲功率技术

华中科技大学研究生课程考试答题本 考生姓名李猛虎 考生学号 M201371361 系、年级高电压与绝缘技术2013级类别硕士 考试科目脉冲功率技术 考试日期 2013年12月15日

脉冲功率技术是指把较小功率的能量以较长时间慢慢输入到能储存能量的设备中,然后通过动作时间在毫微秒左右的快速开关将此能量在毫微秒至微秒时间内释放到负载上,以得到极高的功率,实质上是输出功率对输入功率的放大。脉冲功率系统中能量的储存方式有许多种,如电容储能,电感储能,脉冲电机储能以及电池储能等。脉冲功率技术研究的技术指标为:电压1kV~10MV,电子能量0.3~15MeV(电子伏),述流大小1kA~10MA,脉冲宽度0.1~100ns,束流功率0.1~100TW,总能量:1kJ~15MJ。脉冲功率技术的特征是:高脉冲功率,短脉冲持续时间,高电压,大电流。 脉冲功率技术,是以电气科学技术为基础,把电工新技术和高电压-大电流技术融为一体的新型学科。脉冲功率技术在国防科研和高新技术领域有着极为重要的应用,而且现在已经越来越多地应用于工业和民用部门,它是高新技术研究的重要技术基础之一,有着极其广泛的发展和应用前景。 脉冲功率的发展历程 脉冲放电现象存在于大自然。人们最早是在20世纪30年代开始研究脉冲功率现象。1938年,美国人Kingdon和Tanis第一次提出用高压脉冲电源放电产生微秒级脉宽的闪光X 射线;1939年,苏联人制成真空脉冲X射线管,并把闪光X 射线照相技术用于弹道学和爆轰物理学实验。采用高压脉冲电容器并联充电、串联放电方式来获得较高电压脉冲。第二次世界大战期间,企图将脉冲功率技术应用于军事的电磁炮和其他研究再度兴起,也促进了脉冲功率科学技术的形成和发展。1947年,英国人A.D.Blumlien以专利的形式,把传输线波的折反射原理用于脉冲形成线,在纳秒脉冲放电方面取得了突破。1962年,英国原子能研究中心的J.C.Martin领导的研究小组,将Marx发生器与Blumlien的专利结合起来,建造了世界上第一台强流相对论电子束加速器SOMG(3MV,50kA,30ns),脉冲功率达TW(1012W)量级,开创了高功率脉冲技术的新纪元。1986年建成PBFA-II 装置,其峰值电压为12MV、电流8.4MA、脉宽40ns,其二极管束能为4.3MJ,脉冲功率1014W,是世界上第一台功率闯过100TW 大关的脉冲功率装置。 美国和俄罗斯目前在脉冲功率技术上处于领先地位。美国从事脉冲功率技术研究的机构有Sandia国家实验室、Lawrence Livermore国家实验室、Maxwell实验室、Los Alamos科学实验室、海军武器研究中心、Texas技术大学等。1967年在Sandia 实验室建成的Hermes2I 为当时最大的脉冲功率装置;1972年美国陆军的Hary Diamond实验室建成了Aurora装置,这个设备由4台Marx发生器组成,是脉冲功率史上的一个里程碑;1986年Sandia实验室又建成了FBFA2II,是世界上第1个闯过100TW 大关的装置。俄罗斯从事脉冲功率技术研究的机构有库尔恰托夫研究所、新西伯利亚核物理所、托姆斯科大电流电子学研究所、电物理装备所、列别捷夫所等, 建造了许多大型的Marx成形线型联合装置,1985 年建成的AHrapa25就是其中之一。日本的脉冲功率技术主要应用于强流粒子束加速器,特别重视轻离子的惯性约束聚变。从事脉冲功率技术研究的机构有东京大学、熊本大学、大阪大学、长岗技术大学等, 较著名的装置有大阪大学的Raiden2IV和1986年长岗技术大学建成ETIGO 2II。

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