基于脉冲压缩与载波恢复的直接扩频信号相位差提取方法研究

2018-07-12李喜民

火控雷达技术 2018年2期

张　毅　李喜民　李　康

(西安电子工程研究所　西安　710100)

0　引言

相位干涉测向技术是根据测向天线对不同到达方向电磁波的相位响应的不同实现目标方向的测量。影响干涉仪测向精度的因素主要包括基线长度的准确度、频率稳定度、鉴相精度等，通过采用精密机加和高稳定度频综可以忽略基线长度和频率稳定度对测向精度的影响，鉴相精度成为影响测向精度的主要因素。

现代雷达往往采用复杂的信号形式以保证对目标的检测特性与低截获性能，本文以某相位干涉测向系统所采用的直接扩频信号为基础，讨论了针对该信号形式的相位差测量方法，通过仿真给出了两种方法在信噪比与多普勒频率变化时的相位差提取精度的仿真结果。

1　解扩FFT载波恢复鉴相法

解扩FFT载波恢复鉴相法的原理框图如图1所示。鉴相环路主要由下变频、低通滤波、相关脉压、恒虚警、解扩、FFT及相位差计算等组成。

相位差提取过程如下：由接收机输出的A、B两路中频信号经A/D采样后进行正交下变频与低通滤波处理，选取A路信号与事先存储的本地PN码进行相关脉冲压缩，脉压结果通过恒虚警检测以获得相关峰的位置。随后控制本地PN码与下变频后的基带扩频信号进行解扩处理以获得载波信号，分别对两路载波进行FFT，经过共轭复乘后求取两路信号的相位差。

图1　解扩FFT载波恢复鉴相法原理图

设A、B两路信号分别为：

A=PA×PN(t-tc)×cos(ωt+φA)+nA(t)
B=PB×PN(t-tc)×cos(ωt+φB)+nB(t)

(1)

其中PA、PB分别为A、B两路信号的幅度，φA、φB分别为A、B两路信号的初相，nA、nB分别为A、B两路信号的噪声。

设NCO的频率为ωc，采用正交处理，NCO可表示为：

C=e-j(ωct+φC)

(2)

经过下变频和低通滤波后A路信号可表示为：

IA(i)=PA×PN(iTs)×
cos[(ω-ωc)iTs+φA-φC]+nA(i)
QA(i)=PA×PN(iTs)×
sin[(ω-ωc)iTs+φA-φC]+nA(i)

(3)

B路信号可表示为：

IB(i)=PB×PN(iTs)×
cos[(ω-ωc)iTs+φB-φC]+nB(i)
QB(i)=PB×PN(iTs)×
sin[(ω-ωc)iTs+φB-φC]+nB(i)

(4)

选取A通道的基带数据与本地PN码相关处理后可得：

IA(i)=PAsinc[Td(ω-ωc)/2]×
cos[(φA-φC)Ts]+nA(i)
QA(i)=PAsinc[Td(ω-ωc)/2]×
sin[(φA-φC)Ts]+nA(i)

(5)

SA=PAej[(ω-ωc)iTs+φA]
SB=PBej[(ω-ωc)iTs+φB]

(6)

对两路信号进行FFT后经过共轭复乘可得：

SA-B=kej[φA-φB]

(7)

求取SA-B的相角可得A、B两路信号的相位差：Δφ=φA-φB。

2　相关脉冲压缩峰值鉴相法

相关脉冲压缩峰值鉴相法的原理框图如下图所示。鉴相环路主要由下变频、低通滤波、相关脉压、恒虚警及相位差计算等组成。

相位差提取过程如下：由接收机输出的A、B两路中频信号经A/D采样后进行正交下变频与低通滤波处理，随后与事先存储的本地PN码进行相关脉冲压缩，脉压结果通过恒虚警检测以获得相关峰的位置，分别在A、B两路脉压结果的对应位置取出相关峰值的复数形式结果，经过共轭复乘后求取两路信号的相位差。

图2　相关脉冲压缩峰值鉴相法原理图

A、B两通道的基带数据与本地PN码相关处理后可得：

IA(i)=PAsinc[Td(ω-ωc)/2]×
cos[(φA-φC)Ts]+nA(i)
QA(i)=PAsinc[Td(ω-ωc)/2]×
sin[(φA-φC)Ts]+nA(i)
IB(i)=PBsinc[Td(ω-ωc)/2]×
cos[(φB-φC)Ts]+nB(i)
QB(i)=PBsinc[Td(ω-ωc)/2]×
sin[(φB-φC)Ts]+nB(i)

(8)