调频步进雷达信号分析与处理策略探究
2016-05-14朱锦辉
朱锦辉
摘要：在处理信号的过程中，频率步进雷达信号可以频域合成瞬时带宽相对较窄的脉冲信号，从而得到合成宽带雷达信号，高分辨距离像是通过信号处理的方法来获取的，这种技术就是合成高分辨雷达技术。而调频步进雷达信号是对频率步进雷达信号的改进，具有抗干扰能力强、距离分辨率高等优点，在雷带系统中被广泛应用。本文在分析调频步进雷达信号的基础上，对调频步进雷达的工作原理及信号的处理方法做出进一步的探讨。
关键词：调频步进雷达信号 频率步进 信号处理
中图分类号：TN957.52 文献标识码：A 文章编号：1007-9416（2016）08-0227-01
调频步进雷达技术属于高距离分辨率雷达技术的其中一种，这种雷达可以发射较低的峰值功率而宽度较宽的频率步进脉冲，并合成处理脉冲串，这样就可以获得高距离分辨力。而频率步进信号是一种由简单的矩形子脉冲组成的信号，这种信号虽具有高距离分辨率和瞬时带宽要求低的优点，但也存在一定的局限性，在发射信号能量和数据率之间存在着矛盾[1]，为解决这一问题，调频步进雷达信号这一新型的宽带信号就这样应运而生了。
1 调频步进雷达信号概述
调频步进雷达信号是用Chirp子脉冲代替频率步进信号中的矩形子脉冲，子脉冲中心频率均匀步进[2]。这种宽带合成的方式可以充分发挥频率步进信号和线性调频信号这两种高距离分辨信号的特点。线性调频信号具备可以独立控制时域宽度和频域宽度的特点，使子脉冲时域宽度在增大的同时，可以稳定频域宽度，使雷达作用距离有所提高，使信号数据率有所提高，使雷达成像处理时间有所降低。此外，信噪比可以在脉内压缩子脉冲的时候大大提高，既使发射信号的能力得到有效的保证，同时宽的频带又在短时间的得以覆盖，使高距离分辨和远距离探测之间的矛盾得以解决。
1.1 调频步进雷达信号的形式
调频步进雷达信号获得高距离分辨力的途径是脉内压缩及脉间相参合成，为一串载频线形跳变的Chirp脉冲，其时域表达式为：
=
其中K为Chirp子脉冲的调频斜率，K=B/T；为Chirp子脉冲；为第i个Chirp子脉冲的载频；为矩形函数，。
1.2 调频步进雷达信号模糊性分析
调频步进雷达信号的模糊函数定义为：
它是由Chirp子脉冲的模糊函数沿轴移至，处，并经相位因子
加权后叠加而成。
2 调频步进雷达信号的处理
2.1 调频步进雷达信号的处理过程
调频步进频率雷达回波信号的混频输出信号数学表达式为：
其中，从上式可以看出其由线性调频脉冲和由频率步进产生的部分这两者组成，对于这种信号的处理利用匹配滤波器在各个脉冲重复周期内对回波进行脉冲压缩，经过脉冲压缩之后，将得到的数据组成距离-脉冲矩阵，然后对各列进行脉间处理（IDFT），从而得到高分辨距离像。
2.2 调频步进雷达信号的处理技术
调频步进信号为多普勒敏感信号，其需要N个脉冲才能得到一次结果，数据率较低，多普勒效应往往会对调频步进雷达信号中的子脉冲压缩和频率步进产生影响，其会造成子脉冲压缩后输出包络的距离走动，对频率步进的影响主要是形成了一次、二次相位误差，造成距离像的失真。为减小多普勒效应对调频步进雷达信号，可应用下列处理技术。
2.2.1 调频步进雷达信号的运动补偿技术
运动补偿技术主要是对运动目标进行速度补偿，围绕精确估计运动目标的速度参数来进行，通过合理的雷达喜用参数设计来规避运动对子脉冲的影响，由前面可知脉冲压缩后运动目标回拨中的干扰相位顶为，为能通过一定的运动补偿算法获得目标速度的精确估值v，应将各子脉冲压缩后的结果乘以加权因子后再进行IDFT，由此来实现对运动目标的高精度速度补偿。
2.2.2 调频步进雷达信号的距离拼接技术
调频步进雷达信号的距离拼接技术是对每个采样点所形成的N点IDFT抽取一部分点进行拼接，以达到消除距离像混叠，得到最优一维距离像的目的。在调频步进雷达中，每个采样点所能表示的实际距离范围为，要从N点数据中抽取部分距离单元可通过舍弃法和同距离选大法来实现，其中舍弃法是只从每个采样点的N点IDFT结果中抽取长度为的点，而舍弃其它点；同距离选大法是选择抽取出的长度为点中较大者作为抽取结果的方法。
3 结语
综上所述，可知通过对频率步进信号的运动补偿，可避免多普勒效应对调频步进雷达信号的影响，为获得真实完整的一维距离像应采取目标抽取算法（包括舍弃法和同距离取大法）。调频步进雷达信号的正确处理应以对调频步进雷达信号处理过程充分了解为前提，对处理过程中存在的问题给予合理的解决方案，不断改进调频步进信号处理技术，提高调频步进雷达信号的质量，保证信号的正常传送。
参考文献
[1]宁娜，王鹏.调频步进频雷达信号处理关键技术研究[J].电子设计工程，2015（13）：1-4.
[2]欧建平，胡延平，李广柱等.一种调频步进雷达信号运动补偿新算法[J].现代雷达，2012（3）：38-41.
