連續(xù)波雷達(dá)及其信號(hào)處理技術(shù)

南軻錦

摘 要：新世紀(jì)以來，我國整體科技水平得到大幅度提高，帶動(dòng)了各領(lǐng)域的進(jìn)步與發(fā)展，尤其在雷達(dá)信號(hào)處理方面，已經(jīng)取得了顯著成果。連續(xù)波雷達(dá)不僅發(fā)射功率小，并且還具有較強(qiáng)的隱蔽性和抗反輻射導(dǎo)彈能力，在軍用、民用雷達(dá)當(dāng)中得到廣泛應(yīng)用?；诖?，本文首先對(duì)連續(xù)波雷達(dá)的特點(diǎn)、原理進(jìn)行簡單概述，并進(jìn)一步研究了連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的實(shí)際應(yīng)用，以期能夠促進(jìn)我國雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：連續(xù)波;雷達(dá);信號(hào)處理

目前來看，我國常用的雷達(dá)體制當(dāng)中，主要以脈沖多普勒體制、連續(xù)波體制為主導(dǎo)。連續(xù)波雷達(dá)不僅發(fā)射功率小，隱蔽性能好、抗反輻射導(dǎo)彈能力強(qiáng)，并且還具有抗有源干擾的能力，截獲率較低，同時(shí)還能夠在增加雷達(dá)作用距離，因此無論是在軍用方面還是民用方面都得到廣泛普及。不僅如此，與其他雷達(dá)相比，連續(xù)波雷達(dá)還有著體積小、重量輕的特點(diǎn)，具備其他雷達(dá)沒有的靈活性優(yōu)勢(shì)，這也在應(yīng)程度上提高了實(shí)際應(yīng)用過程中連續(xù)波雷達(dá)的生存能力。

一、連續(xù)波雷達(dá)的特點(diǎn)

早在上世紀(jì)20年代，人們就充分利用連續(xù)波調(diào)頻測距的運(yùn)行原理對(duì)電離層進(jìn)行了研究和觀測。連續(xù)波雷達(dá)也可以被稱為連續(xù)發(fā)射電磁波雷達(dá)，可以根據(jù)發(fā)射信號(hào)的形式不同來劃分為非調(diào)制單頻雷達(dá)以及調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)。非調(diào)制單頻連續(xù)波雷達(dá)為發(fā)射未經(jīng)任何調(diào)制的載頻為單一頻率（f0）的純連續(xù)波信號(hào)。當(dāng)發(fā)射的電磁波遇到目標(biāo)是，回波信號(hào)的頻率會(huì)產(chǎn)生多普勒頻移，而多普勒頻移的量與目標(biāo)的徑向速度是成正比的。因此接收天線所收到的回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)進(jìn)行混頻后，差頻信號(hào)即是多普勒頻率信號(hào)，由此可以計(jì)算出目標(biāo)的具體速度。非調(diào)制單頻連續(xù)波雷達(dá)能夠?qū)θ魏尉哂兴俣鹊哪繕?biāo)進(jìn)行測速，測速精確，但并不能使用在測定目標(biāo)的具體距離上。

調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)則是按照一定的規(guī)律周期變化來進(jìn)行工作。常用的線性調(diào)頻連續(xù)波雷達(dá)隨著時(shí)間周期性線性發(fā)生變化。目標(biāo)回波信號(hào)和發(fā)射信號(hào)混頻后的品茶信號(hào)能夠確定目標(biāo)的具體距離，并根據(jù)回波信號(hào)中的多普勒頻率來測定目標(biāo)的具體速度。另外還有相位編碼連續(xù)波雷達(dá)，發(fā)射信號(hào)有周期變化的編碼子脈沖序列進(jìn)行相位調(diào)制，可以根據(jù)目標(biāo)產(chǎn)生的回波信號(hào)與發(fā)射信號(hào)的相位變化來進(jìn)行測量，偽隨機(jī)相位編碼連續(xù)波雷達(dá)的反偵察反干擾能力較強(qiáng)，是目前最具發(fā)展的連續(xù)波雷達(dá)。而多頻連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射信號(hào)通常具有兩個(gè)以上載頻，利用不同的回波信號(hào)相位差來對(duì)目標(biāo)的距離進(jìn)行測定。連續(xù)波雷達(dá)對(duì)地物雜波的抑制力較強(qiáng)，能夠明確區(qū)分活動(dòng)目標(biāo)，非常適合進(jìn)行單一活動(dòng)目標(biāo)的檢測。這項(xiàng)技術(shù)被廣泛應(yīng)用在二戰(zhàn)中，用來測量飛機(jī)與地面的具體高度，并利用收發(fā)開關(guān)解決了連續(xù)波雷達(dá)收發(fā)隔離的情況，時(shí)至今日連續(xù)波雷達(dá)已經(jīng)可以通過同一個(gè)天線進(jìn)行收發(fā)。

連續(xù)波雷達(dá)在近程雷達(dá)系統(tǒng)或者次級(jí)雷達(dá)系統(tǒng)的應(yīng)用中比脈沖雷達(dá)更有優(yōu)勢(shì)。尤其針對(duì)當(dāng)今世界上的微波固態(tài)器件發(fā)展，采用連續(xù)波雷達(dá)能夠讓雷達(dá)結(jié)構(gòu)更加簡便。連續(xù)波雷達(dá)的結(jié)構(gòu)可以做到體小量輕，饋線損耗也可以控制到最低。在帶寬方面，連續(xù)波雷達(dá)接收機(jī)比較脈沖雷達(dá)接收機(jī)更窄，有利于對(duì)抗雜波，并且具有較強(qiáng)的電磁干擾能力。尤其是雷達(dá)進(jìn)行測速時(shí)，連續(xù)波雷達(dá)的優(yōu)越性就體現(xiàn)出來了，并且不存在距離遮擋等現(xiàn)象。

不僅如此，連續(xù)波雷達(dá)還具備更好的抗雜波、反隱身以及抗干擾能力。連續(xù)波雷達(dá)的發(fā)射機(jī)功率較低，在反偵察方面較有優(yōu)勢(shì)。對(duì)方的偵查接收機(jī)無法快速跟蹤雷達(dá)的瞬時(shí)頻率，不容易達(dá)到截獲連續(xù)波雷達(dá)的情況。連續(xù)波雷達(dá)的接收機(jī)帶寬較窄，能夠在雜波背景下保持良好的檢測運(yùn)行。就距離方程來看，連續(xù)波雷達(dá)能夠加大發(fā)射功率同時(shí)增益收發(fā)天線，對(duì)噪音系數(shù)和微波損耗也能夠做到最小。連續(xù)波雷達(dá)的這一特點(diǎn)滿足了世界對(duì)雷達(dá)探測技術(shù)的戰(zhàn)術(shù)要求，連續(xù)波雷達(dá)唯一的缺點(diǎn)是存在收發(fā)隔離的情況，但近幾年已經(jīng)通過安裝收發(fā)開關(guān)解決了這項(xiàng)難題。

二、連續(xù)波雷達(dá)的原理

雷達(dá)發(fā)射線性三角調(diào)頻連續(xù)波信號(hào)的同時(shí)，雷達(dá)的載頻為f0，此時(shí)的調(diào)頻帶寬為B，調(diào)頻間隔為T。信號(hào)頻率與時(shí)間關(guān)系為（圖一），可以看出，細(xì)實(shí)線代表的是發(fā)射的信號(hào)，而粗實(shí)線則代表了目標(biāo)回波的信號(hào)。粗虛線代表了多普勒頻率存在時(shí)的目標(biāo)回波信號(hào)。

當(dāng)發(fā)射信號(hào)與目標(biāo)回波信號(hào)的頻率差如圖二中顯示，圖二用實(shí)線表示出固定目標(biāo)回?fù)苄盘?hào)和發(fā)射信號(hào)的頻率差距，用虛線表示出運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)和發(fā)射信號(hào)的頻率差距。在發(fā)射信號(hào)的一個(gè)掃頻周期內(nèi)，三角線性調(diào)頻信號(hào)的正向調(diào)制段能夠用Bt，up（t）=A0cos[2π（f0t+?t2/2）+0，up]，其中f0、A0以及0、up代表了發(fā)射信號(hào)的頻率以及幅度和最初的相位，其中?=B/T是調(diào)制的斜率。

三、連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)的應(yīng)用

連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)處理技術(shù)應(yīng)用過程中，首先需要對(duì)信號(hào)處理系統(tǒng)進(jìn)行明確，將Q1作為支路結(jié)構(gòu)，再通過雜波抵抗形成更多支路。

信號(hào)的調(diào)制可以借助脈沖調(diào)制器，將信號(hào)進(jìn)行全面處理，產(chǎn)生0.6個(gè)空比，從而在最大程度上提高射頻信號(hào)的可靠性。

目標(biāo)反射信號(hào)的分析主要通過回波方式處理，在此過程中，可以先利用輔助天線能夠?qū)⑿盘?hào)傳輸?shù)介_關(guān)轉(zhuǎn)換器當(dāng)中，再輸送到接收機(jī)，接收機(jī)會(huì)將接收的信號(hào)轉(zhuǎn)遞到混頻電路，這時(shí)，其中的中頻信號(hào)會(huì)經(jīng)過數(shù)字化處理并進(jìn)入到輸入端。在經(jīng)過A/D轉(zhuǎn)換之后，信號(hào)會(huì)處于中頻相位信息的狀態(tài)，并會(huì)以這一狀態(tài)被送到雜波對(duì)消器。

通過這一系列的連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)處理，不僅能夠在很大程度上消除雜波對(duì)雷達(dá)信號(hào)造成的影響，并且還能夠減少數(shù)字信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍。不僅如此，連續(xù)波雷達(dá)憑借偽碼匹配濾波器，能夠在解擴(kuò)偽碼的同時(shí)，進(jìn)行多普勒失諧補(bǔ)償。偽碼解擴(kuò)過程中，會(huì)出現(xiàn)信號(hào)頻譜變窄的情況，并且信號(hào)波形也會(huì)發(fā)生變化，類似于正弦波形并帶有斷續(xù)周期，同時(shí)含有多普勒信息。這時(shí)，最大熵外推在預(yù)測外推時(shí)主要應(yīng)用了最大熵前后向。這次情況下，k個(gè)周期所呈現(xiàn)出的斷續(xù)波形信號(hào)會(huì)逐漸連接在一起，最終形成kT連續(xù)時(shí)間的連續(xù)波。間斷信號(hào)會(huì)造成加窗影響，這也是雷達(dá)信號(hào)處理過程中的常見問題，而通過連續(xù)波雷達(dá)信號(hào)處理，可以在一定程度上提高頻率分辨能力，通過消除、中斷間斷信號(hào)的方式避免這一問題的發(fā)生。

結(jié)束語

綜上所述，相較于脈沖雷達(dá)，連續(xù)波雷達(dá)的實(shí)際應(yīng)用有著無法取代的優(yōu)勢(shì)，無論是在軍事方面還是民用方面都有著廣闊的發(fā)展前景。因此，在未來發(fā)展過程中，應(yīng)該給予連續(xù)波雷達(dá)研究足夠的重視，加強(qiáng)對(duì)這一領(lǐng)域科研人才的培養(yǎng)，以此促進(jìn)我國雷達(dá)領(lǐng)域的進(jìn)一步發(fā)展。

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