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LFM信号模型-01

LFM信号由于其具有较大的带宽时宽积,广泛应用于现代雷达系统中。频率线性地向上或向下扫过脉冲宽带,以向上线性调频为例,LFM 信号可以表示为

(1)x(t)=exp(j2π(f0t+μ2t2))Rect(tτ0)

其中,Rect(tτ0)表示宽带为τ0的矩形脉冲,该式为线性调频信号的解析信号。其频谱主要由exp(jπμt2)Rect(tτ0)决定,而exp(j2πf0t)相当于对频谱引入了关于中心频率为f0的频移。

​考虑基带LFM信号,调频信号的频率范围从f0f0+μτ0,故f0可设置为μτ02.设LFM信号的带宽为B,求得下列信号的傅里叶变换,即

(2)X^(f)=+exp(jπμt2)Rect(tτ0)ej2πftdt=τ02τ02ejπμt2ej2πftdf

考虑菲涅耳积分的形式,进行变量代换,设μ=πμ,令z=2π(μtπfμ),并且有dt=π2μdz,式(2)可以改写为

(3)X^(f)=π2μej(πf)2/μz1z2ejπz2/2dz=π2μej(πf)2/μ{0z1ejπz2/2+0z2ejπz2/2}z1=2μπ(τ02+πfμ)=Bτ02(1+fB/2)z2=2μπ(τ02fμ)=Bτ02(1fB/2)

利用C(z),S(z)表示菲涅尔(Fresnel)积分,定义为

(4)C(z)=0zcos(πv22)dvS(z)=0zsin(πv22)dv

C(z)=C(z),S(z)=S(z),其中,若z>>1,菲涅尔积分可近似表示为

(5)C(z)12+1πzsin(π2z2)S(z)121πzcos(π2z2)

进而可得到X^(f)的频谱为

(6)X^(f)=π2μej(πf)2/(μ){[C(z1)+C(z2)]+j[S(z1)+S(z2)]}=12μej(πf)2/(μ){[C(z1)+C(z2)]+j[S(z1)+S(z2)]}

令时宽带宽积为Q=Bτ0,若该值较大,从式(6)中可以推导,当频段处于调频信号的频段,即B/2B/2,此时z1z2近似相等,且此时C(z1),C(z2),S(z1),S(z2)均近似等于1/2, LFM信号的频谱幅值近似等于 1μ,当频段远大于B/2或远小于-B/2时,z1z2可近似认为互为相反数,于是其频谱幅值近似为0.后续仿真可验证此结论。

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