连续波雷达载波泄露对消技术分析

2016-09-28姚学斌

中国新技术新产品 2016年18期

关键词：伪码接收机载波

姚学斌

（91913部队，辽宁大连 116041）

连续波雷达载波泄露对消技术分析

姚学斌

（91913部队，辽宁大连 116041）

连续波雷达在目标跟踪、导航等领域都有着极为广泛的应用，相对于传统的脉冲雷达，连续波雷达在对目标跟踪测量的精度、频域内抗杂波能力以及动目标区分识别等都有着较强的优势。但是不足之处是连续波雷达有着较为严重的载波泄露的问题，从而对连续波雷达的使用性能造成极为严重的影响。本文在分析连续波雷达载波泄露原因的基础上对几种常规的连续波雷达发射泄露的抑制方法进行分析阐述，提高连续波雷达的使用效果。

连续波雷达；载波泄露；泄露抑制

现代战争是电子化、信息化的战争，雷达在这一环节中起着非常重要的作用，通过使用雷达进行电子对抗进行电磁频谱控制权的争夺实现对于战场信息的获取与管控。自雷达发明以来，对抗与反对抗技术在不断地进步与发展，提高雷达对于战场信息的获取与生存能力是雷达研究与应用中需要考虑的问题。传统的雷达一直采用的是脉冲雷达的模式，究其原因是由于在收发雷达的共用天线的单站雷达中，对于连续波雷达的收发隔离较为难以控制，从天线出现的发射泄露严重影响了雷达的使用效果，采用脉冲雷达则可以规避这一问题。连续波雷达相较于脉冲雷达具有较多的优势也是雷达发展的一个重要的方向，因此，在连续波雷达的研究应用中应当做好对于共用天线的收发隔离，抑制连续波雷达的发射泄露，提高连续波雷达的使用效果。

1.连续波雷达发射泄露对雷达接收机造成的影响

连续波雷达在使用的过程中，由于发射载波泄露会在雷达的接收端产生严重的噪声干扰。连续波雷达所产生的载波泄露信号会对于雷达接收机的实际灵敏度产生严重的影响，FMCW雷达所发射的载波信号、接收目标回波信号以及直接耦合信号等所产生的噪声影响原理如图1所示。在连续波雷达所发射的信号与目标回波信号经过混频后会产生一定的中频差拍信号，这一信号会在连续波雷达的信号接收端产生严重的噪声干扰。在连续波雷达中对于中频放大器采用的是一个中心频率为f的带通滤波器，其频带宽度一般为三角波最高调制频率的3～4倍左右，通常情况下对于频带的带宽要较3～4倍高。在连续波雷达发射所泄露的载波信号产生的直接耦合噪声信号中的一部分旁瓣会落入到中频滤波器的通带内，尽管这一旁瓣信号相较于主瓣信号的功率较低，但是其相对于接收机的输出电平仍然较大，其所产生的噪声干扰会对连续波雷达的实际接收灵敏度产生严重的影响。在连续波信号中都具有一定的噪声边带，这种噪声边带可以分为调幅噪声边带和调相噪声边带，其从发射机载频一直延伸到开普勒频率，从而使得一些噪声功率落入到了接收机的带宽之内。在噪声功率较小是其不会对连续波雷达的接收机的灵敏度产生明显的干扰，但是，随着连续波雷达发生功率的提高，这一噪声影响就会变得极为明显，泄露所产生的功率会远远大于回波功率，从而使得连续波雷达所接收的回波信号淹没在噪声信号中，连续波雷达无法正常工作，同时在连续波雷达中由于发射泄露现象的存在使得连续波雷达在信号接收时会接收到虚假的多普勒信号，从而使得连续波雷达系统对虚假的信号产生误判。为提高连续波雷达的使用性能需要解决好连续波雷达接收与发射之间的隔离问题，避免发生泄漏载波信号对连续波雷达的接收造成影响。

2.连续波雷达收发信号主要隔离技术

连续波雷达最主要的是要做好对于收发信号之间的信号隔离，现今在雷达中主要应用的隔离技术有：时间隔离、频率隔离、空间隔离以及极化隔离等几种技术，为确保连续波雷达的信号接收质量，在连续波雷达收发信号中为解决连续波雷达的发生泄漏的问题可以采用以下几种方法：（1）将收发天线进行分开，接收与发射信号采用不同的天线。（2）可以采用微波动态对消环路来抵消连续波雷达发射中的载波泄露信号对连续波雷达所造成的影响。（3）在连续波雷达中采用中频动态对消环路在抵消中频载波泄露信号对连续波雷达做造成的影响。

3.连续波雷达载波泄露抑制原理分析

连续波雷达载波泄露信号对连续波雷达所造成的影响通常可以将各信号泄露点等效为多个功率反射点的反射信号的叠加。这些泄露信号所造成的功率发射多是由于各器件之间的连接或是特征阻抗变化以及雷达系统内部泄露所造成的。连续波雷达多用于对于目标的跟踪与距离的测量，其接收信号为目标移动所产生的多普勒频移，因此，连续波雷达所接收到的信号频移仅为几百赫兹，连续波雷达发射泄露信号所产生的噪声中相位造成对连续波雷达接收系统会产生较大的影响，因此，做好连续波雷达泄露的对消关键是要做好对于连续波雷达信号所产生的相位噪声。连续波雷达泄露信号对消的核心思想就是通过产生各个矢量的相位估计矢量。

3.1连续波雷达发射信号泄露对消技术方案

连续波雷达有多种发射信号对消技术：（1）微波自适应对消技术，此种技术中所采用的微波对消基本思想是通过在连续波雷达系统中产生各个泄露信号矢量的反相估计矢量，通过各矢量之间的线性叠加来消除发射泄露信号对连续波雷达系统所产生的影响。（2）中频自适应对消技术相较于微波自适应对消技术的前端处理方案采用的是在中频对噪声信号进行处理，且中频适应对消接收机的体积更小、重量更轻、成本及操作都更有优势，在对发射泄露信号的噪声处理方面要较微波对消系统更为优秀，但是不足之处是连续波雷达的接收端需要具有足够的动态范围，确保连续波雷达接收端不被发射泄露信号所阻塞或者是饱和产生新的虚假分量。中频自适应对消系统由主辅两个通道组成，发射泄露信号进入到连续波雷达系统中的接收支路中，用以对消的参考信号通过连续波雷达发射机耦合所得，参考信号在连续波雷达对消系统中分别进入矢量调制器和相关器的误差信号应以进行相应地运算，从而获得矢量调制器控制元件的控制权值，在这一控制权值的作用下，矢量调制器模拟输出与连续波雷达发射泄露信号幅值相等相位相反的一个对消信号，从而使得对消信号与连续波雷达的泄露信号进行两者之间的线性叠加，从而达到较小系统噪声的目的。（3）对于FMCW和CW雷达多使用上述两种对消技术，但是对于调相连续波雷达则可以使用伪码来进行调相，从而提高连续波雷达的工作性，伪码调相雷达是相位编码雷达的重要一种，对M序列调相雷达进行对消抑制发射泄露时，由于发射泄露所产生的伪码从连续波雷达的发射端到接收端之间的路径很短，因此，可以不考虑发射泄露信号所产生的伪码的延迟时间，认为本地伪码与发射泄露信号所产生的伪码之间是同步的，从而将延迟锁定环提取泄露信号中的伪码认定为延时参考码。

4.连续波雷达泄露信号对消系统设计

对于某连续波波雷达采用的是PMCW和CW两种工作方式，对于接收系统需要具有大动态、低噪声、超宽信号等的要求，为实现其对于大动态指标的要求，需要对连续波雷达发射泄露信号进行对消处理，确保连续波雷达的测量质量。

连续波雷达对消系统的接收机的接收通道由微波对消模块、前端模块以及中频对消模块和中放模块等组成，接收机接收到的回波信号进入到微波对消模块后实现自适应对消，待其进入到前端模块后在模块中实现X波段的宽带放大、镜像抑制滤波和第一混频得到的第一中频信号，而后对信号进行第二次混频得到第二中频，回波信号经过前端模块变成中频输出后将再次进入中频对消，将对消后的信号送入到中放模块中，在该模块中中频信号被放大成两路分别进入中频信号处理机和对放模块得到最终的输出信号。