信号采集脉冲压缩处理仿真的技术分析

　中图分类号： TN958.3?34 文献标识码： A 文章编号： 1004?373X（2013）19?0052?03
　　0 引 言
　　随着电子与信息技术的飞速发展，信号源输出的波形的模式越来越多，同时，在信号源中装入软件就可以进一步扩展信号源的功能，这样就能使信号源更加灵活地产生所需的发射波形，从而使信号源的功能获得很好的扩展。通过对信号源产生的信号使用采集卡完成采集和处理，能够对接收通道的雷达回波信号的性能进行进一步分析。
　　1 系统原理分析
　　本次实验中，线性调频信号由装入信号源安捷伦E8267C提供，其调频斜率如式（1）所示[1]：
　　[μ=Δωτ=2πΔfτ] （1）
　　式中：[Δf]=5 MHz，为线性调频信号带宽；[τ]=40.25 μs，为脉冲宽度，该信号的中心频率为30 MHz。其角度变化规律如式（2）所示：
　　[ω=ω0+μt， t≤τ2] （2）
　　式中：[ω0]为信号的中心角频率。所以，该线性调频信号的表达式如式（3）所示[2]：
　　[Si（t）=Arecttτcos（ω0t+12μt2）] （3）
　　式中：[A]为信号的幅度；[rect（t/τ）]为矩形函数，当[-τ2≤][t≤τ2]时，矩形函数值为1，[t]为其他值时为0。由实测数据绘制出的线性调频信号在功率为-70 dBm下的波形如图1所示[3]。
　　通过计算机内部的PCI9820采集卡完成该线性调频信号的采集，其采样频率为120 MHz。最后将采集到的信号进行脉冲压缩处理仿真。其系统原理框图如图2所示。
　　在图2中，信号源和采集卡的触发由外部提供的同一个脉冲信号完成。PCI9820采集卡有两个采集通道，本次实验中使用通道0进行采集。
　　在脉冲压缩处理仿真中，首先将采集到的数据读入，然后分别对I、Q两路信号进行数字下变频、低通滤波和脉冲压缩处理。在本次实验中采用时域脉压进行处理[4]，设输入信号为[x（n），]匹配滤波器为[h（n），]那么输出信号[y（n）]的表达式如式（4）所示[5]：
　　[y（n）=x（n）?h（n）=k=0N-1x（k）h（n-k）] （4）
　　考虑到对时域脉冲压缩处理后输出信号旁瓣的抑制，必须进行加窗处理，同时，相比较而言hamming窗旁瓣抑制效果较好，实现较为容易：
　　 （5）
　　由以上的分析可知，经过采集卡采集得到的信号分I、Q两路信号进行数字下变频、低通滤波、脉冲压缩处理和旁瓣抑制，其原理图如图3所示[8]。
　　在图3中，将采集到的数字中频信号所存储的数据文件读入到脉冲压缩处理软件中，设读入的中频信号为[X，]所以，I、Q两路信号解调后的信号[XI]和[XQ]如式（6）～式（7）：
　　[XI=cos（n?f0fs?2π）?XT] （6）
　　[XQ=sin（n?f0fs?2π）?XT] （7）
　　式中：[n]为采样点数；[f0]为信号的中心频率；[fs]为采样频率；[XT]为[X]的转置信号。因此，在不考虑经过FIR低通滤波器后的延迟影响，时域脉压的输入信号[Xout]为：[Xout=XI+jXQ] （8）
　　再将式（8）代入式（4），同时给匹配滤波器考虑适当的窗函数，就可以得到脉压后的输出信号。
　　2 信号采集脉压处理仿真在收发组件测试中的
　　应用
　　通过对以上信号采集脉压处理系统原理分析，就可以将其应用于收发组件性能测试中，具体实现如图4所示。
　　在图4中，将信号源E8267C提供的和模拟射频信号相同脉冲宽度模拟中频信号[9]，通过PCI9820采集卡完成中频模拟信号的采集，最后在Matlab软件中将数据读入，并完成中频数字下变频及脉冲压缩处理仿真。
　　同时，信号源提供的模拟射频信号工作在X波段，经过收发组件下变频成30 MHz的中频信号，再通过计算机内的PCI9820采集卡完成中频模拟信号的采集，最后采用相同的方法在Matlab软件中完成数字下变频及脉冲压缩处理仿真。
　　通过以上的分析，为收发组件测试提供了一种新方法，将信号源提供的标准模拟中频信号以及标准模拟射频信号通过收发组件下变频输出的模拟中频信号，采用相同的中频数字下变频和脉冲压缩处理方法进行处理。从而通过处理结果的对比来进一步对收发组件的性能进行改善。
　　下面分别对模拟中频信号和模拟射频信号通过收发组件下变频输出的模拟中频信号的采集数据通过Matlab仿真完成数字下变频及脉冲压缩处理[10]。参数设计如下：
　　模拟射频：X波段；模拟中频：-70 dBm；窗函数：hamming窗。模拟射频信号通过收发组件采样后进行脉冲压缩处理回波如图5所示；模拟中频信号采样后进行脉冲压缩处理回波如图6所示。
　　从图5和图6的回波脉冲压缩处理结果可以看出，模拟射频信号通过收发组件输出后与信号源产生标准的中频信号相比，信噪比和旁瓣抑制比都有了一定的损失。通过计算得出收发组件输出回波信号的信噪比为19.10 dB，旁瓣抑制比为38.02 dB。信号源输出的回波信号的信噪比为31.44 dB，旁瓣抑制比为34.08 dB。由以上分析可知，与信号源输出的标准信号相比，能够用该方法来验证收发组件的性能，为检验收发组件提供了一种新的方法。
　　3 结 语
　　本文首先通过将Matlab产生的脉冲宽度为40.25 μs的线性调频信号的波形文件装入信号源E8267C；然后再用PCI9820采集卡对该线性调频信号进行采集；最后，分别通过Matlab完成模拟射频信号通过收发组件输出后回波信号和信号源产生的模拟中频回波信号的脉冲压缩处理仿真。实验表明，在没有信号产生板和脉冲压缩处理板的条件下，能够用该方法来验证收发组件的性能。
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