高頻地波雷達信號的設(shè)計與處理.pdf

1、雷達信號設(shè)計就是根據(jù)戰(zhàn)術(shù)要求和給定的目標環(huán)境選擇合適信號,設(shè)定雷達信號類型及相關(guān)參數(shù),以滿足雷達各項戰(zhàn)術(shù)性能,實現(xiàn)雷達各項功能。高頻地波雷達與微波雷達的工作任務(wù)、傳播方式、探測范圍、目標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的工作要求和系統(tǒng)性能來選擇合適的信號,進行適當?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。高頻地波雷達傳播路徑與微波雷達不同,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),以保證在多頻時分復(fù)用模式下能夠探測飛機目標;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。要同時滿足高頻雷達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)計和旁瓣抑制方法的基礎(chǔ)上，圍繞信號設(shè)計、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系統(tǒng)的幾種新信號;針對高頻地波雷達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)計方法,一種是基于疊加正交矩陣的正交互補編碼,這種方法可以產(chǎn)生正交互補信號,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現(xiàn)?？占嫒萏綔y;一種是根據(jù)實際系統(tǒng)的檢測需求,構(gòu)造代價函數(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)高頻地波雷達要求占空比很高,因此對近距離目標產(chǎn)生嚴重的回波遮擋。對遮擋回波進行脈壓的過程是一種部分相關(guān)的過程,目標回波能量較小,旁瓣相對比較高。當遮擋嚴重時,強目標的旁瓣不僅會造成

5、大量虛警,而且會影響弱目標檢測。針對這一問題,本文提出了一種“子互補”信號,并以改進Golay碼算法為基礎(chǔ),設(shè)計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)用到高頻地波雷達中。改進信號由于引入了非線性操作,使得信號在回波遮擋時仍具有較低旁瓣。這種信號參數(shù)設(shè)計靈活,能夠?qū)崿F(xiàn)高頻地波雷達多頻模式下?？占嫒萏綔y。
　　(3)為了進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(一個信號周期內(nèi)包含若干個不同脈沖)進行處理,在傳統(tǒng)的濾波器上加上非線性壓縮算子,接收端對每個脈沖在獨立的信道進行處理,使得信號的不模糊距離為一個信號周期。這種方法能夠克服編碼不完全正交的缺點,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行脈沖壓縮。在一個采樣周期內(nèi),回波信號可能包含探測距離內(nèi)和探測距離外的目標,而且它們所對應(yīng)

7、的遮擋程度是不同的,因此無法用一個濾波器同時匹配所有的目標回波。若在匹配濾波之前加上一個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”進行分段匹配濾波,這樣就可以得到較為準確的目標距離譜。
　　(5)通常,高性能雷達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。當發(fā)射信號無法滿足系統(tǒng)對旁瓣的需求時,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行兩次濾波處理,仿真實驗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系統(tǒng)進行最優(yōu)波形設(shè)計,力求滿足高頻地波雷達系統(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,本文還根據(jù)高頻地波雷達特點,研究了適當?shù)拿}沖壓縮和旁瓣抑制方法,較大的提高了雷達的目標分