新型寬帶數(shù)字接收機(jī)及脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)參數(shù)估計(jì)算法研究.pdf

1、脈沖壓縮雷達(dá)發(fā)射大時(shí)寬-帶寬積的雷達(dá)信號(hào)，在接收時(shí)采用脈沖壓縮技術(shù)，將長(zhǎng)脈沖壓縮成窄脈沖，提高了雷達(dá)的距離分辨率的同時(shí)，降低了雷達(dá)信號(hào)的被截獲概率。脈沖壓縮雷達(dá)是一種低截獲概率雷達(dá)，對(duì)現(xiàn)代反輻射導(dǎo)彈(ARM)導(dǎo)引頭和其他被動(dòng)偵察接收機(jī)提出了新的挑戰(zhàn)。傳統(tǒng)的晶體視頻檢波接收機(jī)不再適應(yīng)截獲脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)的要求，急需發(fā)展寬帶數(shù)字接收機(jī)。寬帶數(shù)字接收機(jī)直接將中頻信號(hào)或射頻信號(hào)數(shù)字化，保留了脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)的頻率、相位調(diào)制信息，便于進(jìn)行信號(hào)檢測(cè)

2、、存儲(chǔ)、分析。
　　 對(duì)付脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)首先是檢測(cè)接收，然后是識(shí)別。在信號(hào)的載頻、帶寬均未知且時(shí)變的條件下，如何同時(shí)對(duì)不同體制的雷達(dá)信號(hào)進(jìn)行“盲接收”，是寬帶數(shù)字接收機(jī)首先要解決的問(wèn)題。數(shù)字信道化接收機(jī)可以處理同時(shí)到達(dá)信號(hào)，均勻信道化方法可以采用高效的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，是一種較為成熟的寬帶數(shù)字接收機(jī)體制，但是由于信道劃分是嚴(yán)格均勻且固定的，不適應(yīng)電子戰(zhàn)的環(huán)境，需要改進(jìn)。
　　 完整接收到信號(hào)后，還需要提取脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)的調(diào)制

3、參數(shù)。相位編碼信號(hào)、線性調(diào)頻信號(hào)、非線性調(diào)頻信號(hào)是脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)普遍采用的信號(hào)類型，其中相位編碼信號(hào)又分為二相編碼信號(hào)和多相編碼信號(hào)，四相編碼信號(hào)是最常用的多相編碼信號(hào)。相位編碼信號(hào)的參數(shù)識(shí)別包括估計(jì)載頻、碼元速率、編碼規(guī)律等。線性調(diào)頻和非線性調(diào)頻信號(hào)可以建模為多項(xiàng)式相位信號(hào)，前者的是二階多項(xiàng)式相位信號(hào)，后者是高階多項(xiàng)式相位信號(hào)。通過(guò)相位建模方法，估計(jì)出調(diào)頻信號(hào)的相位多項(xiàng)式的系數(shù)就可以完成識(shí)別。
　　 本課題圍繞寬帶數(shù)字接收機(jī)

4、平臺(tái)截獲和識(shí)別脈沖壓縮雷達(dá)信號(hào)，對(duì)動(dòng)態(tài)數(shù)字信道化方法、寬帶數(shù)字接收機(jī)的動(dòng)態(tài)范圍、相位編碼雷達(dá)信號(hào)和調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)算法進(jìn)行了深入細(xì)致的研究。
　　 在寬帶信道化接收技術(shù)方面，針對(duì)接收寬帶信號(hào)中存在多個(gè)非均勻分布且動(dòng)態(tài)變化的信道的情況，分析了現(xiàn)有信道化接收機(jī)的缺陷，指出由于信道劃分是嚴(yán)格均勻且固定的，不適應(yīng)電子戰(zhàn)的環(huán)境。提出了動(dòng)態(tài)數(shù)字信道化方法，結(jié)合濾波器組理論和信號(hào)重構(gòu)理論，推導(dǎo)出了兩種高效的實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)，基于DFT濾波器組的

5、高效結(jié)構(gòu)和基于短時(shí)快速傅立葉變換信號(hào)分析與綜合的高效結(jié)構(gòu)。兩種結(jié)構(gòu)可以對(duì)時(shí)變、非均勻信道進(jìn)行劃分，具有并行，實(shí)時(shí)的特點(diǎn)，運(yùn)算效率高，具有一定的自適應(yīng)能力。兩種結(jié)構(gòu)可以方便的映射到現(xiàn)有的FPGA器件上，文中給出了關(guān)鍵電路模塊的實(shí)現(xiàn)方法。
　　 在擴(kuò)展寬帶數(shù)字接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍方面，采用中頻數(shù)字AGC技術(shù)。研究了微波前端熱噪聲、放大器鏈路噪聲因數(shù)及非線性特性、超高速ADC有限量化精度等因素對(duì)寬帶數(shù)字接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍的限制。在分析數(shù)字AGC

6、控制算法的基礎(chǔ)上，提出了兩種中頻數(shù)字AGC系統(tǒng)以擴(kuò)展寬帶數(shù)字接收機(jī)動(dòng)態(tài)范圍。結(jié)合多速率數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)，提出了高效希爾伯特變換結(jié)構(gòu)提取信號(hào)的數(shù)字包絡(luò)，將超高速ADC數(shù)據(jù)流通過(guò)采樣率轉(zhuǎn)換技術(shù)進(jìn)行降速，給出了適于在FPGA上實(shí)現(xiàn)的高效信號(hào)包絡(luò)提取電路。
　　 在相位編碼雷達(dá)信號(hào)的參數(shù)估計(jì)算法方面，綜合運(yùn)用循環(huán)相關(guān)理論和連續(xù)小波變換方法，給出了一種較好的估計(jì)流程。根據(jù)PSK信號(hào)的循環(huán)平穩(wěn)特性，首先采用循環(huán)譜方法估計(jì)其載頻和碼元速率。由

7、于噪聲不具有循環(huán)平穩(wěn)特性，因而該方法具有良好的抗噪性能。利用載頻估計(jì)值將PSK信號(hào)搬移到基帶，分析了Haar小波變換提取基帶PSK信號(hào)相位跳變點(diǎn)的性能，指出當(dāng)殘留載頻趨近于0時(shí)，小波模極大值總是出現(xiàn)在相位跳變點(diǎn)處，根據(jù)此特征可以有效的提取相位跳變點(diǎn)的定時(shí)信息。在此基礎(chǔ)上，分析了殘留載頻對(duì)算法性能的影響以及存在殘留載頻時(shí)，小波尺度的選取策略。在編碼序列識(shí)別方面，提出了基于定時(shí)信息的直接相位法。采用大數(shù)判決對(duì)相位函數(shù)進(jìn)行校正，有效地消除噪聲

8、引入的跳周現(xiàn)象，提出采用長(zhǎng)度大于1的編碼游程估計(jì)殘留載頻引入的累積相位，從而消除累積相位，大大降低了殘留載頻對(duì)算法的影響。
　　 在調(diào)頻雷達(dá)信號(hào)參數(shù)估計(jì)算法方面，運(yùn)用了多項(xiàng)式相位建模法。研究了乘積型高階模糊度函數(shù)(PHAF)算法存在的漏檢問(wèn)題和誤差傳遞效應(yīng)。推導(dǎo)了PHAF算法漏檢問(wèn)題產(chǎn)生的條件，在此基礎(chǔ)上提出了PAHAF算法。分析了誤差傳遞效應(yīng)的實(shí)質(zhì)，提出通過(guò)Chirp-Z變換的方法提高頻率分辨率，從而提高多項(xiàng)式相位信號(hào)的高階相