調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)分析與處理策略探究

朱錦輝

摘要：在處理信號(hào)的過(guò)程中，頻率步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)可以頻域合成瞬時(shí)帶寬相對(duì)較窄的脈沖信號(hào)，從而得到合成寬帶雷達(dá)信號(hào)，高分辨距離像是通過(guò)信號(hào)處理的方法來(lái)獲取的，這種技術(shù)就是合成高分辨雷達(dá)技術(shù)。而調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)是對(duì)頻率步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的改進(jìn)，具有抗干擾能力強(qiáng)、距離分辨率高等優(yōu)點(diǎn)，在雷帶系統(tǒng)中被廣泛應(yīng)用。本文在分析調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的基礎(chǔ)上，對(duì)調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)的工作原理及信號(hào)的處理方法做出進(jìn)一步的探討。

關(guān)鍵詞：調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào) 頻率步進(jìn) 信號(hào)處理

中圖分類號(hào)：TN957.52 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A 文章編號(hào)：1007-9416（2016）08-0227-01

調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)技術(shù)屬于高距離分辨率雷達(dá)技術(shù)的其中一種，這種雷達(dá)可以發(fā)射較低的峰值功率而寬度較寬的頻率步進(jìn)脈沖，并合成處理脈沖串，這樣就可以獲得高距離分辨力。而頻率步進(jìn)信號(hào)是一種由簡(jiǎn)單的矩形子脈沖組成的信號(hào)，這種信號(hào)雖具有高距離分辨率和瞬時(shí)帶寬要求低的優(yōu)點(diǎn)，但也存在一定的局限性，在發(fā)射信號(hào)能量和數(shù)據(jù)率之間存在著矛盾[1]，為解決這一問(wèn)題，調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)這一新型的寬帶信號(hào)就這樣應(yīng)運(yùn)而生了。

1 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)概述

調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)是用Chirp子脈沖代替頻率步進(jìn)信號(hào)中的矩形子脈沖，子脈沖中心頻率均勻步進(jìn)[2]。這種寬帶合成的方式可以充分發(fā)揮頻率步進(jìn)信號(hào)和線性調(diào)頻信號(hào)這兩種高距離分辨信號(hào)的特點(diǎn)。線性調(diào)頻信號(hào)具備可以獨(dú)立控制時(shí)域?qū)挾群皖l域?qū)挾鹊奶攸c(diǎn)，使子脈沖時(shí)域?qū)挾仍谠龃蟮耐瑫r(shí)，可以穩(wěn)定頻域?qū)挾?，使雷達(dá)作用距離有所提高，使信號(hào)數(shù)據(jù)率有所提高，使雷達(dá)成像處理時(shí)間有所降低。此外，信噪比可以在脈內(nèi)壓縮子脈沖的時(shí)候大大提高，既使發(fā)射信號(hào)的能力得到有效的保證，同時(shí)寬的頻帶又在短時(shí)間的得以覆蓋，使高距離分辨和遠(yuǎn)距離探測(cè)之間的矛盾得以解決。

1.1 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的形式

調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)獲得高距離分辨力的途徑是脈內(nèi)壓縮及脈間相參合成，為一串載頻線形跳變的Chirp脈沖，其時(shí)域表達(dá)式為：

=

其中K為Chirp子脈沖的調(diào)頻斜率，K=B/T；為Chirp子脈沖；為第i個(gè)Chirp子脈沖的載頻；為矩形函數(shù)，。

1.2 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)模糊性分析

調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的模糊函數(shù)定義為：

它是由Chirp子脈沖的模糊函數(shù)沿軸移至，處，并經(jīng)相位因子

加權(quán)后疊加而成。

2 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的處理

2.1 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的處理過(guò)程

調(diào)頻步進(jìn)頻率雷達(dá)回波信號(hào)的混頻輸出信號(hào)數(shù)學(xué)表達(dá)式為：

其中，從上式可以看出其由線性調(diào)頻脈沖和由頻率步進(jìn)產(chǎn)生的部分這兩者組成，對(duì)于這種信號(hào)的處理利用匹配濾波器在各個(gè)脈沖重復(fù)周期內(nèi)對(duì)回波進(jìn)行脈沖壓縮，經(jīng)過(guò)脈沖壓縮之后，將得到的數(shù)據(jù)組成距離-脈沖矩陣，然后對(duì)各列進(jìn)行脈間處理（IDFT），從而得到高分辨距離像。

2.2 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的處理技術(shù)

調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)為多普勒敏感信號(hào)，其需要N個(gè)脈沖才能得到一次結(jié)果，數(shù)據(jù)率較低，多普勒效應(yīng)往往會(huì)對(duì)調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)中的子脈沖壓縮和頻率步進(jìn)產(chǎn)生影響，其會(huì)造成子脈沖壓縮后輸出包絡(luò)的距離走動(dòng)，對(duì)頻率步進(jìn)的影響主要是形成了一次、二次相位誤差，造成距離像的失真。為減小多普勒效應(yīng)對(duì)調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)，可應(yīng)用下列處理技術(shù)。

2.2.1 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)

運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償技術(shù)主要是對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)進(jìn)行速度補(bǔ)償，圍繞精確估計(jì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的速度參數(shù)來(lái)進(jìn)行，通過(guò)合理的雷達(dá)喜用參數(shù)設(shè)計(jì)來(lái)規(guī)避運(yùn)動(dòng)對(duì)子脈沖的影響，由前面可知脈沖壓縮后運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回?fù)苤械母蓴_相位頂為，為能通過(guò)一定的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償算法獲得目標(biāo)速度的精確估值v，應(yīng)將各子脈沖壓縮后的結(jié)果乘以加權(quán)因子后再進(jìn)行IDFT，由此來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的高精度速度補(bǔ)償。

2.2.2 調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的距離拼接技術(shù)

調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的距離拼接技術(shù)是對(duì)每個(gè)采樣點(diǎn)所形成的N點(diǎn)IDFT抽取一部分點(diǎn)進(jìn)行拼接，以達(dá)到消除距離像混疊，得到最優(yōu)一維距離像的目的。在調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)中，每個(gè)采樣點(diǎn)所能表示的實(shí)際距離范圍為，要從N點(diǎn)數(shù)據(jù)中抽取部分距離單元可通過(guò)舍棄法和同距離選大法來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中舍棄法是只從每個(gè)采樣點(diǎn)的N點(diǎn)IDFT結(jié)果中抽取長(zhǎng)度為的點(diǎn)，而舍棄其它點(diǎn)；同距離選大法是選擇抽取出的長(zhǎng)度為點(diǎn)中較大者作為抽取結(jié)果的方法。

3 結(jié)語(yǔ)

綜上所述，可知通過(guò)對(duì)頻率步進(jìn)信號(hào)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償，可避免多普勒效應(yīng)對(duì)調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的影響，為獲得真實(shí)完整的一維距離像應(yīng)采取目標(biāo)抽取算法（包括舍棄法和同距離取大法）。調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的正確處理應(yīng)以對(duì)調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)處理過(guò)程充分了解為前提，對(duì)處理過(guò)程中存在的問(wèn)題給予合理的解決方案，不斷改進(jìn)調(diào)頻步進(jìn)信號(hào)處理技術(shù)，提高調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)的質(zhì)量，保證信號(hào)的正常傳送。

參考文獻(xiàn)

[1]寧娜，王鵬.調(diào)頻步進(jìn)頻雷達(dá)信號(hào)處理關(guān)鍵技術(shù)研究[J].電子設(shè)計(jì)工程，2015（13）：1-4.

[2]歐建平，胡延平，李廣柱等.一種調(diào)頻步進(jìn)雷達(dá)信號(hào)運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償新算法[J].現(xiàn)代雷達(dá)，2012（3）：38-41.