李志君,王 勇

(1.江蘇無線電廠有限公司，南京，210022；2.南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京，210023）

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典型的PD雷達(dá)信號處理技術(shù)研究

李志君1,王 勇2

(1.江蘇無線電廠有限公司，南京，210022；2.南京郵電大學(xué)自動(dòng)化學(xué)院，南京，210023）

摘要：本文使用模糊函數(shù)為雷達(dá)信號設(shè)計(jì)的工具，通過對典型脈沖多普勒雷達(dá)信號模糊函數(shù)進(jìn)行仿真，分析怎樣設(shè)計(jì)波形才能得到高分辨率。并分析了幾種信號的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合。其中線性調(diào)頻信號屬于斜刀刃型模糊函數(shù)，能夠兼具高距離和速度分辨力，比較容易產(chǎn)生和處理，所以在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中經(jīng)常采用。

關(guān)鍵詞：模糊函數(shù)；脈沖多普勒雷達(dá)；信號仿真

1　研究背景及意義

雷達(dá)作為重要的信息獲取裝備，在國內(nèi)外先進(jìn)的作戰(zhàn)平臺和指揮控制系統(tǒng)中具有重要的作用，廣泛應(yīng)用于國防建設(shè)、經(jīng)濟(jì)建設(shè)、科學(xué)研究中，并獲得了持續(xù)發(fā)展。

雷達(dá)作為信息傳輸以及處理系統(tǒng)，在信號傳輸中會(huì)遭到雜波和噪聲干擾的影響，因此雷達(dá)信號處理設(shè)備作為消除和減少各種干擾和噪聲便應(yīng)運(yùn)而生。雷達(dá)信號的處理功能和目的已經(jīng)從早期簡單的雜波對消和目標(biāo)檢測拓展到復(fù)雜波形設(shè)計(jì)與脈沖壓縮、波束控制、干擾抑制、目標(biāo)成像、特征識別等。這就要求對雷達(dá)信號處理技術(shù)的研究不斷提高。

文獻(xiàn)[5] 提出，研究和設(shè)計(jì)雷達(dá)信號波形的主要數(shù)學(xué)工具是模糊函數(shù)。模糊函數(shù)不僅能描述雷達(dá)信號的分辨特性和模糊度，還可以描述由雷達(dá)信號決定的測量精度和雜波抑制性能。

2　雷達(dá)信號波形分析

模糊函數(shù)的定義和性質(zhì)

由發(fā)射信號波形和濾波器決定的函數(shù)稱為模糊函數(shù)，所以可用通過模糊函數(shù)判斷雷達(dá)發(fā)射什么波形，采用什么處理系統(tǒng)。由此可以知道雷達(dá)的測量精度、分辨能力、雜波抑制能力、模糊度。因此，在研究雷達(dá)系統(tǒng)的時(shí)候通常采用模糊函數(shù)來設(shè)計(jì)波形以及研究、分析雷達(dá)信號。

用來表示相鄰目標(biāo)的模糊度的三維圖形稱作模糊函數(shù)圖，有時(shí)為了方便，也可用模糊橢圓來表示模糊函數(shù)，它是幅度歸一化的模糊函數(shù)圖在某個(gè)高度上的二維截面圖，即為模糊度圖。

3　典型雷達(dá)信號的仿真

模糊函數(shù)將信號用時(shí)間和頻率的函數(shù)來表示，可以用它來研究雷達(dá)信號的設(shè)計(jì)。下面對這些典型的信號進(jìn)行分析，選取合適的信號波形。

圖2.1　矩形脈沖信號的模糊函數(shù)圖和模糊度圖

（1）單載頻脈沖信號

矩形脈沖的歸一化包絡(luò)可寫為

其中T為脈沖寬度。將式（2.23）代入模糊函數(shù)的定義式（2.5）得出

將上式分段積分化簡得到

因此，單載頻脈沖信號的模糊函數(shù)可以寫為

使用 Matlab 對上述模糊函數(shù)進(jìn)行仿真，得到單載頻矩形脈沖信號的模糊函數(shù)圖和模糊度圖，如圖 2.3所示。

從圖2.3和分析可得，單載頻脈沖信號模糊圖呈現(xiàn)正刀刃形，主要表現(xiàn)為模糊體積集中在和軸線重合的“山脊”上。窄脈沖沿著頻率軸取向，擁有較好的距離分辨力；而寬脈沖沿時(shí)延軸取向，擁有較好的速度分辨率。單載頻脈沖信號的缺點(diǎn)是不能既有高距離分辨率又兼具高速度分辨率。因?yàn)閱蚊}沖信號的形成和處理相對容易，所以對于測量精度和分辨力要求不高、對探測距離要求不遠(yuǎn)的雷達(dá)，可以采取這類信號。

（2）線性調(diào)頻脈沖信號（LFM）

線性調(diào)頻矩形脈沖信號可以表示為其中，信號的復(fù)包絡(luò)為

線性調(diào)頻信號的模糊函數(shù)為

仿真之后線性調(diào)頻信號的模糊圖和模糊度圖如圖 2.2所示。

圖2.2　線性調(diào)頻信號的模糊函數(shù)圖和模糊度圖

圖2.3　二相編碼信號的模糊函數(shù)圖和等高圖

由圖2.2和圖2.1比較可得，將矩形脈沖信號的模糊度圖轉(zhuǎn)一定的角度就是線性調(diào)頻信號的模糊度圖，由此可以有下面的好處：當(dāng)知道目標(biāo)距離時(shí)，雷達(dá)的測速精度很高；當(dāng)知道目標(biāo)速度時(shí)，雷達(dá)的測距精度很高；在多目標(biāo)環(huán)境中，相同速度的目標(biāo)具有高距離分辨率，相同距離的目標(biāo)具有高速度分辨率。

（3）相位編碼脈沖信號

由多個(gè)子脈沖構(gòu)成的信號是相位編碼脈沖信號，每個(gè)子脈沖寬度相等，而相位是由一個(gè)編碼序列決定的。若子脈沖寬度為，每個(gè)子脈沖連接緊密，編碼序列長度為N，對應(yīng)的相位編碼信號的等效時(shí)寬為，等效時(shí)寬B由子脈沖寬度決定，。所以，二相碼信號的時(shí)寬帶積為N。

用Matlab對其信號的模糊函數(shù)圖進(jìn)行仿真,設(shè)輸入的巴克碼信號其長度P=13, 脈沖寬度T=1，帶寬B=4MHz。則其模糊函數(shù)圖和等高圖為圖2.3所示。它既有較好的距離分辨力又有較好的速度分辨力。

（4）相參脈沖信號

雷達(dá)的天線波束是通過不同方式來掃描的，所以接收的目標(biāo)回波信號是有限個(gè)脈沖，通常稱為脈沖串。相參脈沖串信號通過延長信號持續(xù)時(shí)間但同時(shí)又維持信號帶寬不變的情況下，使雷達(dá)既有高距離分辨率又有高速度分辨力。相參脈沖串信號具有很多種類，如均勻脈沖串、加權(quán)脈沖串、頻率編碼脈沖串以及重復(fù)周期參差脈沖串等。其中均勻脈沖串信號是最簡單也是最重要的一種。

均勻脈沖串信號的復(fù)包絡(luò)為

相參脈沖串信號的模糊函數(shù)如下式

簡化可得

仿真可得相參脈沖串信號的模糊函數(shù)圖和模糊度圖如圖2.4所示。

圖2.4　相參脈沖串信號的模糊函數(shù)圖和等高圖

從圖中可以看到，相參脈沖串信號模糊函數(shù)的模糊體積大都在離原點(diǎn)很遠(yuǎn)的“模糊瓣”內(nèi)，原點(diǎn)處的主瓣尖面窄，所以具有較高的距離和速度分辨能力。但不足之處是當(dāng)距離和速度分布不在清晰范圍內(nèi)，將會(huì)出現(xiàn)距離和速度模糊。

4　結(jié)束語

本文介紹了四種典型雷達(dá)信號的模糊函數(shù)，用MATLAB對其模糊函數(shù)圖進(jìn)行了仿真，并分析了幾種信號的優(yōu)缺點(diǎn)及適用場合。其中線性調(diào)頻信號屬于斜刀刃型模糊函數(shù)，能夠兼具高距離和速度分辨力，比較容易產(chǎn)生和處理，所以在現(xiàn)代雷達(dá)系統(tǒng)中經(jīng)常采用。

參考文獻(xiàn)

[1] Skolnik M I.雷達(dá)手冊[M] .3版.南京電子技術(shù)研究所，譯.北京：電子工業(yè)出版社，2010.

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Research on Processing Technology of Typical PD(Pulse Doppler) Radar Signal

Li Zhijun1,Wang Yong2
(1.Jiangsu Radio Factory Co. Ltd.，Nanjing，Postcode 210022，2.Nanjing University of Posts and Telecommunications，Nanjing，Postcode 210023)

Abstract：In this paper,the fuzzy function is used to design the PD radar signal,and the typical radar signal ambiguity function is simulated to analyze how to design the waveform to get high resolution.The advantages and disadvantages of several kinds of signals are analyzed.The linear frequency modulation signal,which belongs to the fuzzy function of the oblique edge,can be both high range and speed resolution. It is easy to produce and deal with,so it is often used in modern radar system.

Keywords：Fuzzy Function；Pulse Doppler Radar；Signal Simulation