徐雪菲,廖桂生

(西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710071)

高超聲速目標(biāo)雷達(dá)回波脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)模型

徐雪菲,廖桂生

(西安電子科技大學(xué)雷達(dá)信號(hào)處理國(guó)家重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室,陜西西安710071)

針對(duì)線性調(diào)頻脈沖壓縮雷達(dá)體制下高超聲速目標(biāo)回波信號(hào)建模問(wèn)題,采用目前常用的停走模型,由于忽略了目標(biāo)在一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)(簡(jiǎn)稱脈內(nèi))的運(yùn)動(dòng),不能真實(shí)反映目標(biāo)回波特點(diǎn),高超聲速目標(biāo)回波信號(hào)的脈沖壓縮輸出存在較嚴(yán)重的主瓣偏移并展寬的問(wèn)題,嚴(yán)重影響目標(biāo)信號(hào)的積累與檢測(cè)。對(duì)此,提出了高超聲速目標(biāo)回波信號(hào)的脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)模型,理論分析和數(shù)值仿真均表明了高超聲速目標(biāo)的回波信號(hào)采用脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)模型的必要性。在典型參數(shù)下,采用脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)模型比采用停走模型的脈沖壓縮增益提高3 d B以上。

回波模型;高超聲速;脈內(nèi)運(yùn)動(dòng);脈沖壓縮雷達(dá)

0 引 言

高超聲速飛行器是一類新式作戰(zhàn)武器,其最大的特點(diǎn)是飛行速度極高,是美國(guó)實(shí)現(xiàn)“全球一小時(shí)打擊”計(jì)劃的重要武器,對(duì)我國(guó)國(guó)土安全造成了嚴(yán)重威脅。目前,全世界對(duì)高超聲速臨近空間飛行器加緊研制,飛行器馬赫數(shù)越來(lái)越高,現(xiàn)已有對(duì)馬赫數(shù)為20甚至更高的飛行器的試飛實(shí)驗(yàn)。如果要求從遠(yuǎn)距離探測(cè)這類高超聲速隱身目標(biāo),對(duì)雷達(dá)而言,將面臨極大的挑戰(zhàn)。其中,對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)進(jìn)行相干積累以提高雷達(dá)接收機(jī)的信噪比是一個(gè)難題。

通常,在建模與分析脈沖壓縮雷達(dá)接收的運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)時(shí),廣泛采用停走(stop and go,SAG)模型,即認(rèn)為目標(biāo)在一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)(簡(jiǎn)稱脈內(nèi))的運(yùn)動(dòng)可以忽略不計(jì),而只考慮了脈沖之間的時(shí)延及多普勒效應(yīng),這樣的簡(jiǎn)化處理尤其給合成孔徑雷達(dá)(synthetic aperture radar,SAR)成像處理帶來(lái)了很大的方便[1-3]。后來(lái),人們發(fā)現(xiàn)這種SAG模型的近似,給一些應(yīng)用場(chǎng)合帶來(lái)誤差。文獻(xiàn)[4]針對(duì)星載雙站合成孔徑雷達(dá),研究了SAG模型假設(shè)帶來(lái)的斜距誤差及其對(duì)成像和干涉處理的影響,并提出了該斜距誤差可以近似等效為合成孔徑慢時(shí)間的一次函數(shù)形式,因而給出以衛(wèi)星位置、速度和加速度表示的等效斜距誤差計(jì)算公式。文獻(xiàn)[5]分析了調(diào)頻連續(xù)波SAR由于大的重復(fù)周期和100%的信號(hào)占空比,目標(biāo)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致SAG模型產(chǎn)生較大誤差。文獻(xiàn)[6]分析了SAG模型下星載SAR幾何校正誤差問(wèn)題,提出了持續(xù)運(yùn)動(dòng)模型星載SAR幾何校正方法。

雷達(dá)為提高分辨力和回波信號(hào)信噪比,通常發(fā)射脈沖信號(hào)的時(shí)寬帶寬積較大,在脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi),目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)可能導(dǎo)致回波產(chǎn)生較大的影響。然而,由于SAG模型一直被雷達(dá)界廣泛采用,很少涉及到脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)可能對(duì)這種SAG模型帶來(lái)誤差,或者都認(rèn)為這種誤差可以接受,因而目前還沒(méi)有文獻(xiàn)仔細(xì)研究脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)究竟帶來(lái)多大的誤差,對(duì)通常的脈沖壓縮雷達(dá)和合成孔徑成像雷達(dá)的距離像等造成何等程度的影響。文獻(xiàn)[7-8]針對(duì)多項(xiàng)式相位表示的高速機(jī)動(dòng)目標(biāo)回波信號(hào)的運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償,直接把多普勒頻移以及變速運(yùn)動(dòng)等項(xiàng)加入信號(hào)的載波線性項(xiàng)上進(jìn)行分析(同時(shí)忽略了運(yùn)動(dòng)對(duì)線性調(diào)頻信號(hào)中二次項(xiàng)的影響),得出了多普勒運(yùn)動(dòng)引起脈沖壓縮譜偏移,機(jī)動(dòng)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)引起譜展寬。其實(shí),文獻(xiàn)[7-8]把運(yùn)動(dòng)目標(biāo)的回波延時(shí)在一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)按常數(shù)來(lái)處理,相當(dāng)于目標(biāo)運(yùn)動(dòng)在一個(gè)脈沖持續(xù)時(shí)間內(nèi)忽略不計(jì),這本質(zhì)上就是“SAG模型”。

通過(guò)理論公式推導(dǎo)和數(shù)值仿真分析,發(fā)現(xiàn)采用目前常用的SAG模型,高超聲速目標(biāo)回波信號(hào)的脈沖壓縮輸出存在較嚴(yán)重的主瓣偏移并展寬的問(wèn)題,嚴(yán)重影響目標(biāo)信號(hào)的積累與檢測(cè)。對(duì)此,本文建立了目標(biāo)脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)的回波模型,為區(qū)別于以前的SAG模型,這里給出的模型稱為脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)(inner pulse motion,IPM)模型。理論分析和數(shù)值仿真均表明高超聲速臨近空間飛行器目標(biāo)的回波信號(hào)采用脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)模型的必要性。在典型參數(shù)下,采用脈內(nèi)運(yùn)動(dòng)模型比采用SAG模型的脈沖壓縮增益提高3 dB以上。

本文余下內(nèi)容安排如下:第1節(jié)給出傳統(tǒng)目標(biāo)回波信號(hào)的SAG模型;第2節(jié)給出高速目標(biāo)回波信號(hào)IPM模型;第3節(jié)給出兩種模型下對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行脈沖壓縮處理結(jié)果,給出了詳細(xì)的數(shù)學(xué)公式;第4節(jié)給出了高超聲速點(diǎn)目標(biāo)脈沖壓縮和擴(kuò)展目標(biāo)高分辨一維距離像的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果;最后給出本文的結(jié)論。

1 目標(biāo)回波信號(hào)SAG模型

設(shè)脈沖壓縮(pulse compression,PC)雷達(dá)發(fā)射信號(hào)為線性調(diào)頻脈沖,脈沖持續(xù)時(shí)間為Tp,單位為s,調(diào)頻斜率為K,單位為Hz/s。其基帶信號(hào)復(fù)數(shù)形式為

射的時(shí)間變量。

假定雷達(dá)波束照射到一個(gè)高超聲速目標(biāo),其相對(duì)于雷達(dá)的斜距離歷程隨時(shí)間變化用函數(shù)R(t)表示。通常R(t)可以用一個(gè)多項(xiàng)式表達(dá)[4]:

式中,R0為目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)的初始斜距;vr為目標(biāo)的徑向速度,沿著徑向靠近雷達(dá)為正,遠(yuǎn)離為負(fù);ar為目標(biāo)的徑向加速度,沿著徑向朝著雷達(dá)方向?yàn)檎?遠(yuǎn)離為負(fù)。

雷達(dá)界普遍認(rèn)為線性調(diào)頻脈沖對(duì)目標(biāo)運(yùn)動(dòng)的多普勒容限比較大,通常采用SAG模型,即認(rèn)為目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的運(yùn)動(dòng)在一個(gè)脈沖時(shí)間寬度內(nèi)所產(chǎn)生的位置變化很小,可以忽略不計(jì),而只考慮相鄰脈沖間目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的位置變化。換言之,雷達(dá)發(fā)射脈沖波形從其上升沿照射到目標(biāo),到其下降沿離開(kāi)目標(biāo)的期間內(nèi)認(rèn)為目標(biāo)一直處于“?！钡臓顟B(tài),不考慮目標(biāo)在脈沖時(shí)間寬度內(nèi)的運(yùn)動(dòng),直到下一個(gè)脈沖再次照射到目標(biāo)時(shí),目標(biāo)才跳躍到另一個(gè)位置。在這樣的假設(shè)下,第m個(gè)脈沖的照射的目標(biāo)時(shí),目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)的斜距歷程為

式中,m=0,1,2,…。在傳統(tǒng)SAG模型中,對(duì)于同一個(gè)脈沖,目標(biāo)的延時(shí)τm是一個(gè)不變的定值,由慢時(shí)間tm=m Tr確定,可以表示為

暫時(shí)假定目標(biāo)為理想點(diǎn)目標(biāo),依據(jù)現(xiàn)有的SAG模型,則接收回波基帶信號(hào)解析表達(dá)式[1]為

式中,c為光速;f0為發(fā)射載波頻率;Tr為脈沖重復(fù)周期;tm為慢時(shí)間的時(shí)刻;t為全時(shí)間變量。將式(4)代入式(5),得到

2 高速目標(biāo)回波信號(hào)IPM模型

對(duì)于高超聲速目標(biāo)的檢測(cè),一方面,目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)運(yùn)動(dòng)的速度馬赫數(shù)高達(dá)數(shù)十甚至20～30;另一方面,為了提高雷達(dá)作用距離和提高距離分辨率及探測(cè)精度,采用大時(shí)寬帶寬積的線性調(diào)頻信號(hào)是需要的。在這種情況下,高速目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)在一個(gè)脈沖時(shí)間寬度內(nèi)所產(chǎn)生的位置變化將不可忽視,但是目前文獻(xiàn)上給出信號(hào)回波模型,基本上還是上述SAG模型,雖然提到了目標(biāo)在一個(gè)脈沖時(shí)間寬度_內(nèi)的運(yùn)動(dòng)情況,然而并沒(méi)有真正在其信號(hào)模型中反映出來(lái)[78]。

IPM模型則認(rèn)為運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在一個(gè)脈沖時(shí)間寬度內(nèi),其與雷達(dá)之間的斜距歷程R(t)是時(shí)變的,不再同式(3)那樣為常數(shù)。R(t)仍可用式(2)表示,相應(yīng)的IPM模型下的回波信號(hào)表示如下

式中,t為全時(shí)間變量,其在第m個(gè)發(fā)射脈沖的脈沖時(shí)間寬度Tp內(nèi)連續(xù)變化的范圍為t∈[tm,tm+Tp]。

IPM模型下,雖然目標(biāo)與雷達(dá)之間的斜距R(t)仍可用式(2)表示,其回波信號(hào)模型式(7)與式(5)似乎形式相同。但是,其內(nèi)涵發(fā)生了根本性的變化。

在IPM模型中,目標(biāo)回波在脈沖時(shí)間寬度內(nèi)的延時(shí)可表示為

區(qū)別于τm,式(8)中τIPM為高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)在脈沖寬度內(nèi)的延時(shí),是一個(gè)由目標(biāo)瞬時(shí)位置確定的變量。即在同一個(gè)脈沖內(nèi),延時(shí)是一個(gè)關(guān)于目標(biāo)相對(duì)雷達(dá)斜距的連續(xù)函數(shù),和脈沖時(shí)間寬度這段時(shí)間有著連續(xù)的對(duì)應(yīng)關(guān)系,這樣就可以表示出目標(biāo)運(yùn)動(dòng)對(duì)脈沖時(shí)間寬度內(nèi)回波脈沖的影響。容易看出,SAG模型是IPM模型中的特例,即當(dāng)τIPM=τm(常數(shù)),也就是在脈沖時(shí)間寬度內(nèi)各個(gè)時(shí)刻相對(duì)于發(fā)射脈沖時(shí)間的延時(shí)為同一個(gè)常數(shù)τm。換言之,在這段時(shí)間內(nèi),目標(biāo)靜止不動(dòng)。將式(8)代入式(7),得

為了便于理解,可用一個(gè)特例來(lái)說(shuō)明,假若高速目標(biāo)做勻速運(yùn)動(dòng),其相對(duì)于雷達(dá)的斜距歷程可以表示為

將式(10)代入式(9),得

在時(shí)域,可以得到τIPM的變化范圍為

脈沖時(shí)間關(guān)系用下面示意圖1表示。

圖1 SAG模型與IPM模型對(duì)比示意圖

圖1表示徑向速度vr＞0(目標(biāo)靠近雷達(dá))和vr＜0(目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá))兩種情況下脈沖回波時(shí)間寬度的變化。即回波脈沖在同一時(shí)刻接收,但脈沖持續(xù)時(shí)間有變化。按照從上到下的順序依次是:發(fā)射脈沖時(shí)間寬度、SAG模型下脈沖回波時(shí)間寬度和IPM模型下脈沖回波時(shí)間寬度?？梢园l(fā)現(xiàn),在SAG模型中,認(rèn)為脈沖時(shí)間寬度和發(fā)射脈沖一致,均為Tp;而真實(shí)的IPM模型表明,脈沖回波時(shí)間寬度受到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)的影響而發(fā)生改變。對(duì)比SAG模型與IPM模型的回波信號(hào)脈沖持續(xù)時(shí)間發(fā)現(xiàn),描述同一個(gè)脈沖從發(fā)射到照射到目標(biāo)返回被雷達(dá)接收,IPM模型存在脈沖時(shí)間寬度的壓縮/展寬,壓縮/展寬系數(shù)為η。

3 脈沖壓縮性能分析

下面分析目標(biāo)高速運(yùn)動(dòng)對(duì)脈沖壓縮性能的影響。為便于理解,下面僅針對(duì)目標(biāo)做高速勻速直線運(yùn)動(dòng)情況下,推導(dǎo)上述兩種模型回波信號(hào)頻譜,來(lái)考察脈沖壓縮匹配濾波器響應(yīng)與壓縮性能。這些結(jié)果推廣到非勻速運(yùn)動(dòng)情況是容易的。

3.1 兩種模型回波信號(hào)頻譜

利用駐定相位原理(principle of stationary phase, POSP)[13],容易推導(dǎo)兩個(gè)模型下回波信號(hào)的頻譜。首先給出SAG模型的頻譜如下:

分析對(duì)比SAG模型與IPM模型的回波信號(hào)頻譜發(fā)現(xiàn),用真實(shí)的IPM模型描述時(shí),脈沖回波的頻譜(即帶寬)由KTp變?yōu)镵Tpη,頻率中心由f0變?yōu)?可以由下面的示意圖2表示。

圖2給出了發(fā)射脈沖頻譜變化范圍(即帶寬),在徑向速度vr＞0(目標(biāo)靠近雷達(dá))和vr＜0(目標(biāo)遠(yuǎn)離雷達(dá))兩種情況下帶寬的變化。按照從上到下的順序依次是:發(fā)射脈沖帶寬、SAG模型回波脈沖帶寬和IPM模型回波脈沖帶寬。在SAG模型中,認(rèn)為脈沖帶寬和發(fā)射脈沖一致,均為K Tp。而真實(shí)的IPM模型表明,接收回波脈沖的脈沖時(shí)間寬度受到目標(biāo)運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的多普勒效應(yīng)的影響而發(fā)生改變。帶寬展寬/壓縮系數(shù)η倍,而且信號(hào)的中心頻率有偏移,偏移的大小為順便指出,時(shí)域壓縮η倍,則頻域展寬η倍。

圖2 SAG模型與IPM模型下回波信號(hào)頻譜對(duì)比示意圖

3.2 兩種模型下脈沖壓縮處理對(duì)比

脈沖壓縮就是雷達(dá)系統(tǒng)中通過(guò)對(duì)發(fā)射的寬脈沖調(diào)制信號(hào)進(jìn)行匹配濾波壓縮處理成為窄脈沖的過(guò)程,以解決提高雷達(dá)作用距離和距離分辨率間的矛盾。

通常,雷達(dá)用發(fā)射波形對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行匹配處理,式(14)給出了發(fā)射線性調(diào)頻信號(hào)的頻譜公式。如果目標(biāo)回波信號(hào)滿足理想的SAG模型,即頻域表示為式(13)或時(shí)域表示為式(5),則匹配濾波器的頻域響應(yīng)為發(fā)射脈沖信號(hào)頻譜的共軛,即

因此,SAG模型下的脈沖壓縮的頻域?qū)崿F(xiàn)如下

容易看到,由于消去了相位中的二次項(xiàng),改寫得到

對(duì)式(18)進(jìn)行逆傅里葉變換,即

得到SAG模型下脈沖壓縮之后的結(jié)果為

然而,對(duì)于高超聲速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)不再滿足SAG模型,服從IPM模型。如果仍用發(fā)射脈沖信號(hào)頻譜的共軛作為脈沖壓縮的頻域響應(yīng),將無(wú)法實(shí)現(xiàn)對(duì)回波信號(hào)的“匹配”處理。

進(jìn)一步整理可以得到

對(duì)比式(18)可以看到,這里除矩形窗函數(shù)的寬度有壓縮/展寬、矩形窗中心有偏移之外,匹配之后的頻譜一次相位存在平移,即頻偏,為2在此基礎(chǔ)上同樣存在壓縮/展寬,系數(shù)為η。更重要的是,式(22)中,這個(gè)“匹配”濾波并沒(méi)有把IPM模型回波脈沖的二次相位消除,其二次相位變?yōu)榕c1的大小關(guān)系,越接近1,則二次相位產(chǎn)生的影響越小。對(duì)式(22)進(jìn)行逆傅里葉變換,得到脈壓處理后的時(shí)域信號(hào)為

由于式(22)存在二次相位,這時(shí)脈壓處理輸出的時(shí)域式(23)不再得到與SAG模型一樣的sinc函數(shù)。

對(duì)ˉX'pc(f,tm)進(jìn)行逆傅里葉變換到時(shí)域,可以得到x'(t,tm)=

實(shí)際上,我們應(yīng)該用與IPM模型相匹配的脈壓濾波器。由上面分析可知,如果目標(biāo)為勻速直線運(yùn)動(dòng)而且其速度已知,則通過(guò)式(15),可以由發(fā)射的LFM信號(hào),求得與IPM模型回波相匹配的脈壓濾波器頻域響應(yīng),即用^H(f)與IPM模型頻譜進(jìn)行匹配,并做逆傅里葉變換到時(shí)域

則匹配濾波輸出為一sinc函數(shù):

式(28)表明,通過(guò)式(26)表示的匹配濾波器,同樣可以消除IPM模型下頻譜相位中的二次項(xiàng),再進(jìn)行逆傅里葉變換,同樣得到類似理想的SAG模型下脈沖壓縮結(jié)果。

順便指出:脈沖壓縮匹配濾波器要求對(duì)目標(biāo)回波信號(hào)完全匹配,可以獲得理想的脈壓結(jié)果,即標(biāo)準(zhǔn)的sinc函數(shù)。上述針對(duì)IPM模型提出的脈壓濾波器要求已知目標(biāo)運(yùn)動(dòng)速度,實(shí)際上是難以實(shí)現(xiàn)的。在目標(biāo)運(yùn)動(dòng)參數(shù)未知情況下,脈壓匹配濾波仍是一個(gè)有待研究的問(wèn)題。這里提出一個(gè)原理性的方法,假定高超聲速目標(biāo)的運(yùn)動(dòng)速度范圍大致可知,則可按速度分段設(shè)計(jì)一組濾波器,用該組濾波器對(duì)回波信號(hào)進(jìn)行濾波處理和對(duì)比選優(yōu),并可進(jìn)一步縮小速度范圍和分段精度,找到滿足條件的匹配濾波器。

另外,還可以設(shè)計(jì)一種自適應(yīng)可調(diào)參數(shù)濾波器,有關(guān)工作后續(xù)介紹。

4 數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)

本節(jié)按實(shí)際物理過(guò)程,生成高超聲速目標(biāo)回波信號(hào),然后按SAG模型和IPM模型分別給出點(diǎn)目標(biāo)和擴(kuò)展目標(biāo)脈壓處理的數(shù)值仿真實(shí)驗(yàn)結(jié)果。之所以給出擴(kuò)展目標(biāo)高分辨一維距離像脈壓處理結(jié)果,目的是分析高超聲速運(yùn)動(dòng)對(duì)合成孔徑雷達(dá)(包括高超聲速目標(biāo)ISAR或星載SAR)的一維距離像處理的影響。

4.1 點(diǎn)目標(biāo)情況

參數(shù)設(shè)置:以高速目標(biāo)相對(duì)于雷達(dá)做徑向的勻速直線運(yùn)動(dòng)為例,信號(hào)中心頻率f0=3 GHz(S波段),信號(hào)帶寬300 MHz,其他參數(shù)隨圖給出。

圖3給出了按SAG模型和IPM模型下處理點(diǎn)目標(biāo)回波信號(hào)的脈壓結(jié)果,目標(biāo)沿徑向遠(yuǎn)離雷達(dá),速度大小分別取10馬赫、25馬赫和40馬赫,脈寬分別取0.1 ms和1 ms。由圖3可見(jiàn),隨著目標(biāo)速度的提高或者脈沖寬度增大,SAG模型與目標(biāo)實(shí)際運(yùn)動(dòng)存在較大的失配,導(dǎo)致脈壓輸出不僅增益嚴(yán)重下降,而且峰值位置發(fā)生嚴(yán)重的偏移。圖3中IPM模型只給出了目標(biāo)速度為25馬赫的情況,其他情況類似。

圖3 速度為10、25和40馬赫的點(diǎn)目標(biāo)在兩種模型脈壓結(jié)果(脈寬分別取0.1 ms和1 ms)

通過(guò)表1可以看到,對(duì)于實(shí)際高速運(yùn)動(dòng)的目標(biāo)回波,速度為25馬赫,脈寬0.1 ms,經(jīng)典模型脈壓損失約3.6 d B;速度為25馬赫,脈寬1 ms,經(jīng)典模型脈壓損失約16.4 dB。這對(duì)檢測(cè)時(shí)信噪比積累影響是很大的。而且,脈壓的峰值位置發(fā)生偏移,這將會(huì)對(duì)測(cè)距造成誤差。

表1_脈壓峰值_

4.2 擴(kuò)展目標(biāo)情況

參數(shù)設(shè)置:信號(hào)中心頻率為f0=3 GHz(S波段),帶寬300 MHz,LFM信號(hào)的脈寬分別取0.1 ms和1 ms,擴(kuò)展目標(biāo)為10 m的直線,1 m間隔設(shè)置一個(gè)點(diǎn)目標(biāo),共計(jì)10個(gè)點(diǎn)目標(biāo),目標(biāo)速度大小為25馬赫。

圖4和圖5分別給出了脈寬為0.1 ms和1 ms情況下脈壓處理仿真結(jié)果,由圖4、圖5可以看出,對(duì)于真實(shí)的高速運(yùn)動(dòng)目標(biāo)回波情況,如果仍用SAG模型進(jìn)行脈沖壓縮,高分辨一維距離像效果較差。

圖4 擴(kuò)展目標(biāo)在脈寬為0.1 ms、速度為25馬赫下兩種模型回波脈壓處理結(jié)果

圖5 擴(kuò)展目標(biāo)在脈寬為1 ms、速度為25馬赫下兩種模型回波脈壓處理結(jié)果

5 結(jié) 論

本文通過(guò)對(duì)傳統(tǒng)的SAG模型和IPM模型下脈沖壓縮的分析與比較表明,對(duì)于高速目標(biāo),即使不考慮機(jī)動(dòng)性(高階項(xiàng)影響)的情況下,直接對(duì)雷達(dá)接收回波信號(hào)按傳統(tǒng)的SAG模型進(jìn)行脈沖壓縮,也會(huì)導(dǎo)致脈沖壓縮增益降低和峰值位置偏移,文中給出了定量結(jié)果。本文研究表明,在高速運(yùn)動(dòng)情況下,SAG模型不再適用,而應(yīng)該采用本文所給出的IPM模型,尤其對(duì)于星載SAR成像處理,按照IPM模型進(jìn)行一維距離像處理,可得到更清晰的像。

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廖桂生(1963

徐雪菲(1990-),通信作者,男,教授,博士研究生導(dǎo)師,主要研究方向?yàn)槔走_(dá)信號(hào)處理。

E-mail:liaogs@xidian.edu.cn

IPM model for radar echo signal of hypersonic targets

XU Xue-fei,LIAO Gui-sheng
(National Lab of Radar Signal Processing,Xidian University,Xi’an 710071,China)

That stop and go(SAG)model of echo signal currently used in linear frequency modulation (LFM)pulse compression radar is inaccurate to hypersonic targets for overlooking the range variation within single pulse duration,which will cause the offset and broadening of mainlobe and increase sidelobe.A more realistic echo model-inner pulse motion(IPM)is presented.A comparison of pulse compression performance under the two models is made by theoretical analysis and experiment results.We found that the pulse compression gain has an increase of 3dB by using the IPM model compared to the SAG model.

echo model;hypersonic target;inner pulse motion(IPM);pulse compression radar

TN 957

A

10.3969/j.issn.1001-506X.2015.03.10

),女,博士研究生,主要研究方向?yàn)楦叱曀倌繕?biāo)探測(cè)。

E-mail:iexuxuefei@hotmail.com

網(wǎng)址:www.sys-ele.com

1001-506X(2015)03-0537-07

2014 01 20;

2014 06 12;網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版日期:2014 09 26。

網(wǎng)絡(luò)優(yōu)先出版地址:http://w ww.cnki.net/kcms/detail/11.2422.TN.20140926.1558.018.html

國(guó)家自然科學(xué)基金(61231017)資助課題