雷达波形设计与LFM信号处理(雷达脉冲压缩)

本文关键词：雷达脉冲压缩,波形设计,二相编码信号,旁瓣抑制,检测与参数估计,反辐射导弹,抑制滤波器,分数阶,线性调频,回波,变换,多普勒频移,脉压,信噪比损失,时域信号,匹配滤波,模糊函数,联合分辨,距离旁瓣,峰值旁瓣电平 

雷达波形设计与线性调频(LFM)信号的处理在雷达系统中占有重要的位置。本文主要研究了雷达脉冲压缩波形的设计、脉压旁瓣抑制的性能分析与改进、旁瓣抑制滤波器的设计、LFM信号的分析与处理特别是反辐射导弹的检测与参数估计。 现代雷达技术中广泛使用LFM信号，对LFM信号的处理至关重要。雷达信号中线性调频项的产生有两种原因，一是人为因素有意产生的，如脉冲压缩技术中使用的LFM信号；二是目标本身客观存在的，如导弹的主动飞行段、飞机的机动飞行等产生的加速度，以及目标与雷达平台相对运动所产生的雷达回波信号中的线性调频项，如合成孔径雷达(SAR)回波、反辐射导弹回波等。 常规的雷达脉冲压缩波形有LFM信号和相位编码信号。LFM信号的模糊函数为斜刀刃形，优点是对多普勒频移不敏感，但时频联合分辨率差，脉压输出的峰值旁瓣电平高达-13.2dB；二相编码信号如13位Barkei。码具有图钉状的模糊函数，因而时频联合分辨率好，且脉压输出的峰值旁瓣电平相对较低，为-22.2dB，但对多普勒频移敏感。本文提出了一类新的脉压信号——二次伸缩二相编码信号，将具有特定Fourier级数展开系数的波形在时域进行二次伸缩，采样，并符号化为二值序列，即得到这类二次伸缩二相编码信号。信号本身兼有线性调频和调相，因而其模糊函数为刀刃型和图钉型的复合形状，对多普勒频移不敏感及有较好的距离一速度联合分辨率，且其峰值旁瓣可低于-30dB。 脉压波形经匹配滤波后，除了主瓣，尚存在不希望的距离旁瓣，影响了雷达对多目标的探测。对于LFM这类复信号，传统的旁瓣抑制方法是在匹配滤波后引入加权网络，在频域进行加权处理，使旁瓣降低。而对二相编码脉压信号等实信号，则用最小二乘法(LS)、线性规划法(LP)和加权失配滤波器法(WMMF)设计数字失配滤波器，在时域直接进行旁瓣抑制。处理的结果虽降低了距离旁瓣，但却导致了信噪比损失，而LFM信号的频域加权网络还使主瓣展宽。本文提出一种新的脉压旁瓣抑制，即匹配滤波后再取包络，然后经过旁瓣抑制滤波器抑制距离旁瓣。这样就既适用于LFM等复信号，又适用于二相编码等实信号。针对这种，得到了修正的旁瓣抑制滤波器设计方法。结果这种旁瓣抑制及相应的滤波器设计方法，在保持与常规旁瓣抑制相同峰值旁瓣的情况下，信噪比损失改善了0.2～4dB，且对于LFM信号，旁瓣抑制后的主瓣宽度更窄。 雷达目标回波中很大一部分为LFM信号。如SAR回波，反辐射导弹(ARM)发射初期的回波等。由于LFM为非平稳信号，经典Fourier分析不再适用，而Radon-Wigner变换非常适于分析LFM信号，但计算量很大。分数阶Fourjer变换是近几年兴起的一种新的时频分析工具，可看成Fourjer变换的推广并可用FFT实现，且信号FRFT的模平方即为其Radon-Wigner变换。 本文提出了分数阶Fouijer变换的一种新的解释，即其为广义时域信号的Fourjer变换，这个广义时域信号是由于时频平面中坐标轴的旋转，而使原时域信号呈现新的时域表示或称广义时域形式。另外，本文利用FRFT的角度相加性，用其对多分量LFM信号进行检测与参数估计，不需反变换回时域，直接在二维平面搜索出超过门限的峰值后，对该位置相应角度的FRFT数据继续进行FRFT，以逐次检测其它分量。这样，降低了一定的计算量。针对反辐射导弹发射初期的特点，本文提出运用频域掩蔽和分数阶Fourjer变换或分数阶相关来检测ARM。这种方法充分利用了现有载机的FFT数据，将载机FFT包络峰值附近的数据掩蔽掉，以实现弹机分离，从而避免了对导弹加速度的多通道相位补偿。接着对剩下的数据采用FRFT或分数阶自相关来实现ARM信号的检测与参数估计。仿真结果表明，基于频域掩蔽继之以FRFT或分数阶自相关的方法能够在强目标载机回波(载机与ARM回波功率比为27 dB)和低信噪比(ARM信噪比为-10dB)背景中将ARM信号准确检测出来，实现实时告警。 

作 者： 张仕元  

学科专业： 信号与信息处理  

授予学位： 博士  

学位授予单位： 东南大学  

导师姓名： 吴乐南  

学位年度： 2006  

研究方向：   

语 种： chi  

分类号： TN957.51 TJ761.17  

关键词： 编码信号  脉冲压缩  旁瓣抑制  反辐射导弹  雷达波形  信号处理  

机标分类号：