基于频域窄带滤波的脉压处理方法

任腊梅 成沙辉 王超

摘要： 近年来有学者提出了基于频域窄带滤波的脉压处理方法，具有运算量小、压缩副瓣低、避免加权损失的特点。本文利用仿真数据和实测数据对该脉冲压缩方法性能进行了仿真分析，给出了在实际工程实践中的使用条件限制。

【关键词】频域窄带滤波 线形调频信号 脉冲压缩 多普勒频率

线性调频信号是现代雷达中最常采用的一种信号形式，有学者根据对線性调频信号频谱结构特点的研究，提出了一种新的频域脉压处理方法，并对该方法与传统频域匹配滤波脉压进行了仿真比较，认为新的频域脉压处理方法可以获得更窄的压缩宽度和更低的副瓣电平。

本文对这种新的脉冲压缩方法的处理性能进一步分析，得出压缩宽度、副瓣电平、压缩位置与线性调频信号特征参数之间的关系，给出了该方法在工程实践上使用的限制条件。为了便于描述，本文把这种新的脉冲压缩方法称为频域窄带滤波法。

1 原理

雷达发射线性调频信号，设某点目标到雷达的距离为R.，则接收信号s，（t），线性调频信号s（t）的离散表达式为s（n），回波信号s，（t）的离散表达式为s（m）。

S（m）= [zeros（l，p），s（n）* S_fd，zeros（l，q）]

O≤m

（1）

式中：M为回波序列长度，p为目标位置，s_fd=exp（j*2*pi* f_djn/f_s）为接收回波的多普勒频率信号。

回波信号s（m）的FFT变换为：

S（k）=FFT（S（m））

假设线性调频信号经压缩处理后的理想模型归一化为yy（m）=[1，zeros（l，M -1）]，则频域滤波器的频域表达式为：

H（k）= YY（k）/S （k）

2 性能分析

2.1 带宽和采样率匹配关系

频域窄带滤波法实现脉冲压缩不需要进行加窗处理，就能够获得较低的压缩副瓣和比较窄的主瓣压缩宽度，其压缩后主瓣宽度为（ ），但必须满足一个条件，即采样数据率必须与信号带宽保持一致。

设雷达发射线性调频信号带宽B=5MHz，采样数据率分别为fs=5MHz和20MHz。图1为频域窄带滤波法两种采样数据率下信号的脉冲压缩结果。从图l可以看出，对于多普勒速度为O的回波信号，采样速率和信号带宽不一致时，脉压主副瓣比基本一致。而对于多普勒速度不为0的回波信号，采样数据率与信号带宽不一致时，脉冲压缩副瓣急剧抬高，见图2。

2.2 脉压信号位置分析。

频域窄带滤波法中使用了表达式为日（ω）=exp（-j2πkp/M）的滤波器，该滤波器中的参数p为信号前沿滞后采样窗前沿的位置，脉冲压缩后信号主峰的位置在p点。对于处于搜索状态的雷达，由于目标回波位置本身不可预知，该处理无法得到回波信号的真实位置。对于跟踪雷达，由于可以知道目标的实际位置以及预测位置，则参数p可知。图3为频域窄带滤波法与频域匹配滤波法压缩处理目标回波位置对比。

2.3 脉压信号主瓣分析

频域窄带滤波脉冲压缩方法给出多普勒频率为0回波信号脉压结果表达式见式（5），理论分析脉压后脉冲宽度即为一个采样单元。图4给出了实测数据的频域窄带滤波脉压结果与频域匹配滤波脉压结果的对比。在实际工程实践上使用这种脉冲压缩方法时需要注意，若后端的距离跟踪环路使用面积重心法或双分裂波门法，则会影响跟踪的效果。

3 结语

本文对频域窄带滤波脉冲压缩数学原理及其处理流程进行了简要介绍，并使用仿真数据和实测数据对频域窄带滤波和频域匹配滤波两种脉压方法进行了比较，可以得出以下结论

（1）频域窄带滤波脉压能够避免加窗带来的主瓣展宽，获得更高的距离分辨率；

（2）使用频域窄带滤波脉压数据率必须与信号带宽保持一致。在工程实践上使用频域窄带滤波脉压需要注意：该方法只能应用于目标跟踪而不能用于搜索，并且在距离跟踪环路需要采取特殊的处理方法。

参考文献

[1]张圆圆，赵永波，线性调频信号的一种新的频域脉压处理方法[J].计算机仿真，2006 （10）.

[2]陈伯孝等.现代雷达系统分析与设计[M].西安：西安电子科技大学出版社，2012.