高頻地波雷達(dá)信號的設(shè)計(jì)與處理.pdf

1、雷達(dá)信號設(shè)計(jì)就是根據(jù)戰(zhàn)術(shù)要求和給定的目標(biāo)環(huán)境選擇合適信號,設(shè)定雷達(dá)信號類型及相關(guān)參數(shù),以滿足雷達(dá)各項(xiàng)戰(zhàn)術(shù)性能,實(shí)現(xiàn)雷達(dá)各項(xiàng)功能。高頻地波雷達(dá)與微波雷達(dá)的工作任務(wù)、傳播方式、探測范圍、目標(biāo)特性等諸多方面都存在差異,所以我們必須針對高頻地波雷達(dá)的工作要求和系統(tǒng)性能來選擇合適的信號,進(jìn)行適當(dāng)?shù)男盘柼幚?滿足最終需求。
　　目前高頻地波雷對信號波形的基本要求有:1.信號應(yīng)具有較大的不模糊距離,以避免遠(yuǎn)距離電離層雜波產(chǎn)生折疊干擾;2.信號應(yīng)

2、具有較高的占空比。高頻地波雷達(dá)傳播路徑與微波雷達(dá)不同,因此能量損耗較大,為了能夠最大限度地使用發(fā)射設(shè)備可發(fā)射的平均功率,應(yīng)當(dāng)采用高占空比信號;3.信號具有較短的信號周期(15-25ms),以保證在多頻時(shí)分復(fù)用模式下能夠探測飛機(jī)目標(biāo);4.信號在回波遮擋區(qū)域具有較好的脈沖壓縮特性(峰值旁瓣比低于-30dB),且多普勒容限性較好。要同時(shí)滿足高頻雷達(dá)的這些要求是十分困難的,一些需要考慮的因素之間可能相互矛盾。
　　為此,本文在研究前人信號

3、設(shè)計(jì)和旁瓣抑制方法的基礎(chǔ)上，圍繞信號設(shè)計(jì)、脈沖壓縮、旁瓣抑制三方面展開研究;提出了適合于高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)的幾種新信號;針對高頻地波雷達(dá)的特殊問題和新信號的特性,提出了相應(yīng)的回波處理方法,力求較好的滿足高頻地波信號的基本需求,解決目前系統(tǒng)當(dāng)中亟待解決的問題。本文的主要內(nèi)容如下:
　　(1)針對電離層雜波折疊問題研究了兩種正交編碼設(shè)計(jì)方法,一種是基于疊加正交矩陣的正交互補(bǔ)編碼,這種方法可以產(chǎn)生正交互補(bǔ)信號,而且信號的脈沖寬度和信號周期

4、能夠靈活改變,即使在多頻模式下也可以實(shí)現(xiàn)海空兼容探測;一種是根據(jù)實(shí)際系統(tǒng)的檢測需求,構(gòu)造代價(jià)函數(shù),采用優(yōu)化算法來產(chǎn)生滿足系統(tǒng)需求的正交編碼。這種編碼的互相關(guān)函數(shù)峰值小于自相關(guān)函數(shù)峰值旁瓣,是近似意義上的正交,可以基本消除電離層折疊雜波的影響。
　　(2)高頻地波雷達(dá)要求占空比很高,因此對近距離目標(biāo)產(chǎn)生嚴(yán)重的回波遮擋。對遮擋回波進(jìn)行脈壓的過程是一種部分相關(guān)的過程,目標(biāo)回波能量較小,旁瓣相對比較高。當(dāng)遮擋嚴(yán)重時(shí),強(qiáng)目標(biāo)的旁瓣不僅會造成

5、大量虛警,而且會影響弱目標(biāo)檢測。針對這一問題,本文提出了一種“子互補(bǔ)”信號,并以改進(jìn)Golay碼算法為基礎(chǔ),設(shè)計(jì)得到一種具有良好不完全碼壓縮特性的新信號,并將其應(yīng)用到高頻地波雷達(dá)中。改進(jìn)信號由于引入了非線性操作,使得信號在回波遮擋時(shí)仍具有較低旁瓣。這種信號參數(shù)設(shè)計(jì)靈活,能夠?qū)崿F(xiàn)高頻地波雷達(dá)多頻模式下?？占嫒萏綔y。
　　(3)為了進(jìn)一步降低電離層折疊雜波,本文提出采用一種非線性脈沖壓縮方法,這種方法主要針對互相關(guān)函數(shù)特性較好的多脈沖

6、信號(一個(gè)信號周期內(nèi)包含若干個(gè)不同脈沖)進(jìn)行處理,在傳統(tǒng)的濾波器上加上非線性壓縮算子,接收端對每個(gè)脈沖在獨(dú)立的信道進(jìn)行處理,使得信號的不模糊距離為一個(gè)信號周期。這種方法能夠克服編碼不完全正交的缺點(diǎn),有效的增大不模糊距離,是一種能夠抗距離模糊的脈沖壓縮方法。
　　(4)本文還研究了回波遮擋區(qū)域的回波處理方法,提出采用預(yù)濾波加分段匹配濾波的方法進(jìn)行脈沖壓縮。在一個(gè)采樣周期內(nèi),回波信號可能包含探測距離內(nèi)和探測距離外的目標(biāo),而且它們所對應(yīng)

7、的遮擋程度是不同的,因此無法用一個(gè)濾波器同時(shí)匹配所有的目標(biāo)回波。若在匹配濾波之前加上一個(gè)前置濾波器就可以使得遮擋效應(yīng)更為清晰地表現(xiàn)出來,然后再利用對應(yīng)的“遮擋后碼字”進(jìn)行分段匹配濾波,這樣就可以得到較為準(zhǔn)確的目標(biāo)距離譜。
　　(5)通常,高性能雷達(dá)要求峰值旁瓣比不高于-30dB,在一些特殊的戰(zhàn)術(shù)背景下還有可能有超低旁瓣的要求。當(dāng)發(fā)射信號無法滿足系統(tǒng)對旁瓣的需求時(shí),就需要采用信號處理的手段來降低旁瓣。本文比較了各種旁瓣抑制算法,結(jié)果

8、表明反相濾波算法的抑制效果最優(yōu),這種算法是對脈壓信號進(jìn)行兩次濾波處理,仿真實(shí)驗(yàn)證明不但旁瓣抑制效果優(yōu)于常用算法,而且有著非常好的多普勒容限性。
　　本文針對高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)進(jìn)行最優(yōu)波形設(shè)計(jì),力求滿足高頻地波雷達(dá)系統(tǒng)對于發(fā)射信號的各種特殊需求,這些新信號不但為高頻地波雷達(dá)發(fā)射信號提供了新的選擇,也為抗雜波(抗干擾)編碼的研究提供了有用參考。同時(shí),本文還根據(jù)高頻地波雷達(dá)特點(diǎn),研究了適當(dāng)?shù)拿}沖壓縮和旁瓣抑制方法,較大的提高了雷達(dá)的目標(biāo)分